WO2011161051A2 - Solarmodule mit strukturierter vorderseitiger kunststoffschicht - Google Patents

Solarmodule mit strukturierter vorderseitiger kunststoffschicht Download PDF

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WO2011161051A2
WO2011161051A2 PCT/EP2011/060223 EP2011060223W WO2011161051A2 WO 2011161051 A2 WO2011161051 A2 WO 2011161051A2 EP 2011060223 W EP2011060223 W EP 2011060223W WO 2011161051 A2 WO2011161051 A2 WO 2011161051A2
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Gunther Stollwerck
Rafael Oser
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Bayer Materialscience Ag
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    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to solar modules comprising a front-side plastic layer, which is structured so that the incident sunlight is directed from the inactive areas to the active solar cell.
  • the structure of a solar module usually consists of a transparent front glass or plastic plate or plastic film, a transparent hot melt adhesive layer of ethylene vinyl acetate (EVA) or thermoplastic polyurethane (TPU), in which the solar cells are embedded, and a mostly white backside composite film.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • front and back side consists of similar polymer films, wherein the backside film is colored white.
  • the polymer may be polycarbonate, polyethylene or polyethylene terephthalate.
  • the front is not structured.
  • WO-A 2008/152300 and WO-A 00/5111670 a structured glass front side for solar modules is known, wherein the structure leads to a higher light transmission. Also, this structure is not adapted to the contacts of the solar cells, so that the light falls uncontrolled on active solar cell surface and non-transparent contacts.
  • CN-A 102510565 (CN 200910030083.8) also discloses a front-side lenticular lens sheet on solar cells which concentrates the light on the active solar cell surface.
  • the disadvantage of the lenticular structure is that the sunlight due to the focal length of the lens is directed too far away from the contact to the solar cell, resulting in additional series resistance losses.
  • the object of the present invention was therefore to provide a plastic layer, e.g. in the form of a plastic film or lacquer layer, on the front side of a solar module to be structured such that the incident sunlight does not affect the inactive areas, e.g. Contacts or inactive spaces, but selectively on the directly adjacent to the inactive active solar cell surface is directed. As a result, the electrical power of the solar module is increased. Furthermore, the plastic film or lacquer layer should be weather-resistant.
  • This object has surprisingly been achieved by providing in a solar module at least one transparent plastic layer on the front side and one or more solar cells, the inactive areas, such as.
  • the transparent plastic layer on the front contains V-shaped depressions, wherein over the inactive areas of the solar cell (s) such a V-shaped recess is such that the recess respectively centered over the inactive areas.
  • the present invention therefore relates to a solar module comprising at least one transparent plastic layer on the front side - one or more solar cells, wherein there are inactive areas on the front side of the solar cell (s) or between the individual solar cells, characterized in that the transparent plastic layer on the front contains V-shaped recesses, wherein over the inactive areas of the solar module such a V-shaped recess is located such that the recess is arranged in each case centered over the inactive region.
  • the transparent plastic layer on the front contains V-shaped recesses, wherein over the inactive areas of the solar module such a V-shaped recess is located such that the recess is arranged in each case centered over the inactive region.
  • the V-shaped recesses may be arranged over all or only part of the inactive areas.
  • the contacts in solar modules can be divided according to collective contacts and contact fingers, usually represent the collective contacts the wider main contacts and the contact fingers the narrower side contacts.
  • Fig. 2 shows in the case of linear contacts an exemplary arrangement of collecting contacts and contact fingers. However, this representation is not to be construed as limiting, since there are many other possible arrangements of collective contacts and contact fingers.
  • These contacts are usually located on the front of the solar cell (s). As sunlight strikes these contacts, it will not be converted to energy.
  • a V-shaped depression is preferably arranged above each collecting contact. In preferred embodiments, further such V-shaped depressions may also be arranged over all or part of the contact fingers.
  • V-shaped recesses can also be arranged above the inactive intermediate regions between the individual solar cells.
  • Solar modules with crystalline solar cells usually have both contacts on the front of the solar cells and inactive intermediate areas between the solar cells.
  • Solar modules with thin-film solar cells usually have only inactive intermediate areas between the solar cells.
  • the V-shaped recesses are respectively arranged above these inactive intermediate areas between the individual solar cells
  • V-shaped indentation also includes, in addition to the exact V-structures, structures in which the edges and the tip of the V-profile are rounded (compare FIGS. 1A and 1B).
  • V-shaped depressions are preferably to be understood as meaning those depressions in which the legs of the V-structure substantially coincide with, respectively diverge due to constant slope, due to manufacturing due to the rounding at the edges and in the tip a deviation from the constant slope can be up to 20%, preferably up to 10% of the length of the legs.
  • the rounding and thus the deviations from the ideal V-structure with a constant pitch in the legs are preferably due to the manufacturing method described below, such as introducing the structure by hot stamping or stamping.
  • such wells are to be understood, in which the legs have a continuous curvature, ie diverge with constantly changing slope, such as the wells between the individual lens structures of lenticular lenses.
  • inactive regions encompasses those regions of the solar module in which the incident sunlight is not converted into energy.
  • Inactive regions within the scope of the invention include, in addition to the contacts mounted on the front side of the solar cell, such as collecting contacts and Contact fingers, also inactive intermediate areas between the individual solar cells, which are present both in crystalline solar cells and in particular in thin-film solar cells between the individual solar cells.
  • the inactive regions on the front side of the solar modules are line-shaped regions with a length x and a width y and the V-shaped depressions are V-shaped trenches with a length x and a maximum width (FIG. maximum opening of the V) of ⁇ y, where the V-shaped trenches are arranged above the line-shaped contacts such that the lowest point in the V-profile of the V-shaped trench is in the middle of the width (y / 2) above the j residing linear area is located.
  • the maximum width of the V-shaped trenches may be less than or equal to 0.95 ⁇ y, particularly preferably less than or equal to 0.9 ⁇ y. Most preferably, the maximum width of the V-shaped trenches may have a value of 0.6 x y to 0.9 x y.
  • the contacts on the front side of the solar cells and / or the inactive intermediate regions between the solar cells are line-shaped contacts and / or inactive intermediate regions with a length x and a width y and the V-shaped Depressions around V-shaped trenches with a length x and a maximum width (maximum opening of the V) of ⁇ y, the V-shaped trenches being arranged above the linear contacts and / or inactive intermediate regions such that the lowest point in the V-shaped trenches Profile of the V-shaped trench is located in the middle of the width (y / 2) above the respective linear contact and / or inactive intermediate region.
  • the maximum width of the V-shaped trenches may be less than or equal to 0.95 ⁇ y, particularly preferably less than or equal to 0.9 ⁇ y. All more preferably, the maximum width of the V-shaped trenches may have a value of 0.6 x y to 0.9 x y.
  • the inactive regions on the front side of the solar modules are point-shaped inactive regions with a diameter z and the V-shaped depressions are conical depressions with a maximum diameter of the cone of ⁇ z, where Conical recesses are arranged above the point-shaped regions such that the conical tip is arranged above the center of the respective point-shaped region.
  • the maximum diameter of the cone may preferably be less than or equal to 0.95 ⁇ z, particularly preferably less than or equal to 0.9 ⁇ z. Most preferably, the maximum diameter of the cone may have a value of 0.6 ⁇ z to 0.9 ⁇ z.
  • the inactive regions on the front side of the solar cells are punctiform contacts with a diameter z and the V-shaped depressions are conical depressions with a maximum diameter of the cone of ⁇ z, where Conical recesses are arranged above the punctiform contacts such that the conical tip is arranged above the center of the respective point-shaped contact.
  • the maximum diameter of the cone may preferably be less than or equal to 0.95 ⁇ z, particularly preferably less than or equal to 0.9 ⁇ z. Most preferably, the maximum diameter of the cone may have a value of 0.6 ⁇ z to 0.9 ⁇ z.
  • the solar module according to the invention can have both linear inactive areas and punctiform inactive areas.
  • the linear inactive regions may be linear contacts and / or linear inactive intermediate regions
  • the punctiform inactive regions may be punctiform contacts and / or punctiform inactive intermediate regions, but preferably punctiform contacts.
  • the V-profile of the V-shaped depressions has a depth of less than y / 2 in the case of linear inactive regions or of less than z / 2 in the case of punctiform inactive regions.
  • the transparent plastic layer on the front side of the solar module according to the invention may preferably be a plastic film, a plastic plate or a lacquer layer.
  • the transparent plastic layer on the front side of the solar module according to the invention may preferably be a one-layer or multi-layer plastic layer containing polycarbonate, polyurethane, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyvinyl fluoride, Polyvinylidene fluoride, poly-ethylene-tetrafluoroethylene or mixtures containing these.
  • the transparent plastic layer on the front of a plastic film or a plastic plate preferably a plastic film is used, it may be in preferred embodiments to one containing polycarbonate, polyvinyl fluoride or polyvinylidene fluoride, preferably such containing polycarbonate.
  • the lacquer in preferred embodiments may be one containing polyurethane.
  • the transparent plastic layer on the front of the solar module according to the invention preferably has a refractive index of 1.3 to 1.7, particularly preferably 1.3 to 1.6.
  • the transparent plastic layer on the front side of the solar module according to the invention is preferably weather-resistant by suitable additives known to the person skilled in the art.
  • the additives include u. a. UV absorbers, hydrolysis stabilizers and heat stabilizers.
  • the transparent plastic layer on the front side of the solar module according to the invention preferably has a thickness of 50 ⁇ m to 5 mm.
  • the transparent plastic layer is one made from a plastic film, it preferably has a thickness of 100 to 1000 ⁇ m, preferably 100 to 600 ⁇ m.
  • the transparent plastic layer is one made from a plastic plate, it preferably has a thickness of more than 1000 ⁇ m, preferably from 2 to 4 mm.
  • the transparent plastic layer is a lacquer layer, it preferably has a thickness of less than 500 ⁇ m, preferably from 50 to 400 ⁇ m.
  • the solar module according to the invention may be a non-flexible or flexible solar module.
  • the solar cells are preferably embedded within the solar module in at least one layer of at least one transparent plastic.
  • the layer of at least one transparent plastic in which the solar cells are embedded preferably has hot melt adhesive properties.
  • Preferred plastics for this layer are ethylene-vinyl acetate (EVA), thermoplastic polyurethane (TPU), polyvinyl butyral (PVB) or silicone rubber.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • silicone rubber silicone rubber.
  • the layer for embedding the solar cells generally has a thickness of 100 to 1000 ⁇ , preferably from 200 to 700 ⁇ on.
  • the layer for embedding the solar cells preferably has a refractive index of 1.3 to 1.7, more preferably between 1.3 and 1.6.
  • Suitable solar cells are solar cells made of mono- or polycrystalline silicon or thin-film solar cells.
  • the solar module according to the invention preferably contains a plurality of solar cells.
  • the solar module according to the invention also has a rear boundary.
  • Such back boundaries are known in the art. It may be a film or a plate, preferably a plastic film or plastic plate.
  • the back border can be white or black colored or coated.
  • the backside boundary is a mostly white backed composite film of polyvinyl fluoride (PVF) and polyethylene terephthalate (PET).
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PET polyethylene terephthalate
  • Such composite films are e.g. in WO-A 90/06849. They consist of a PET core, which is laminated on both sides with a PVF layer.
  • the PET serves as a cheaper but not weather-stable carrier, whereas the PVF layer causes the weather protection.
  • the solar module according to the invention may further comprise a profile frame. This may consist of metal, preferably of aluminum, or of a preferably weather-resistant plastic. It serves, for example, the protection of the front plastic plate, plastic film or paint layer during transport, handling and assembly as well as for attachment and stiffening of the solar module.
  • the glassless solar modules according to the invention are according to the invention on the sun-facing side (front side) with the transparent plastic layer structured according to the invention, e.g. encapsulated in the form of a plastic plate, plastic film or lacquer layer.
  • the sunlight does not fall on both the active solar cell surface and the inactive regions, such as those of conventional solar modules without such deliberately positioned structuring.
  • Contacts and / or inactive intermediate areas but is largely deflected away by the targeted structuring of the front of the inactive areas and directed to the active solar cell surface. This significantly increases the performance of the solar cell.
  • the inactive areas are contacts, then the light is advantageously deflected by the contacts by the deliberately positioned structuring such that it is preferably directed in direct proximity to the contacts onto the active solar cell surface, so that additional series resistances are avoided.
  • the solar modules according to the invention can be produced in different ways, depending on whether the transparent plastic layer is one made from a plastic film or sheet or a lacquer layer.
  • the appropriate manufacturing method is common but the procedure that initially a finished structure with possibly not yet hardened front transparent plastic layer and firmly positioned solar cells with the corresponding inactive areas, such as. Contacts and / or inactive intermediate areas, is produced in the solar module, and during which or subsequently the structuring is introduced specifically over these inactive areas in the transparent plastic layer on the front.
  • Such methods for the production of solar modules are not known from the literature.
  • a further object of the present invention is therefore a method for producing a solar module according to the invention, characterized in that a layer arrangement of a) at least one transparent plastic plate or plastic film for the front b) at least one film made of a transparent plastic for embedding the solar cells c) solar cells, wherein inactive areas are located on the front of the solar cells and / or between the solar cells, d) at least one single or multi-layer back sheet or plate is produced and subsequently laminated, characterized in that during the lamination process or after the lamination process by means of a hot embossing process the V-shaped recesses are received in the transparent plastic layer obtained from the transparent plastic plate or plastic film for the front, that the recesses are each centered on the respective inactive Areas are located.
  • the lamination process can take place at temperatures of 100 to 200 ° C., preferably from 120 to 180 ° C., particularly preferably from 130 to 160 ° C., very particularly preferably from 130 to 150 ° C.
  • At least one foil of a transparent plastic according to b) above the solar cells and at least one further foil made of a transparent plastic according to b) below the solar cells are preferably introduced.
  • the die (s) used for the hot stamping is (are) deposited over the inactive areas in question, e.g. Contacts of the respective solar cells and / or inactive intermediate areas between the solar cells targeted, i. accurately positioned.
  • the present invention further provides a process for producing a solar module according to the invention, characterized in that a layer arrangement of a) at least one not yet cured transparent lacquer layer on the front side b) at least one embedding layer made of a transparent plastic c) solar cells, wherein inactive areas are located on the front side of the solar cells and / or between the solar cells, d) at least one single- or multi-layered backsheet or plate, is produced, characterized in that in the not yet cured paint layer by means of a stamp, the V-shaped depressions are introduced into the paint layer such that the recesses are each centered over the respective inactive areas, wherein the paint is cured in the presence of the punch.
  • the stamp is shaped in such a way that the lacquer in the region of the V-shaped depressions has a higher layer thickness than between the V-shaped depressions (compare FIG. 4).
  • the term "in the region of the V-shaped depressions" should be understood to mean that this higher layer thickness both in the region of the V-shaped recesses themselves - but again less the respective V-shaped recess - as well as in the immediate vicinity of the V-shaped
  • This embodiment of the method according to the invention is advantageous, in particular, in the case where the transparent plastic layer on the front side is formed from a lacquer, since overall thinner layer thicknesses can generally be achieved with lacquers, which alone may be preferred for cost reasons
  • the (thickness-dependent) electrical insulation effect of the lacquer is ensured not only between the V-shaped recesses, that is, virtually between the inactive regions, but also over the inactive regions.
  • the curing of the paint can be carried out in the context of the invention thermally or by UV irradiation.
  • the stamp (s) introduced into the uncured varnish will be deposited over the inactive areas in question, e.g. Contacts of the respective solar cells and / or inactive intermediate areas between the solar cells targeted, i. accurately positioned.
  • At least one layer of a transparent plastic according to b) above the solar cells and at least one further layer of a transparent plastic according to b) below the solar cells are preferably also introduced here.
  • the advantage of the inventive method is that by using on the course of the inactive areas on the front of or between the individual solar cells Precision matched stamp can be done a targeted alignment of the V-shaped depressions on the inactive areas.
  • This offers over pre-fabricated pre-structured pre-structured films the advantage that irregularities - albeit possibly only a minor nature - can be considered in the arrangement of the solar cells in the design according to the invention, whereas in prefabricated planar pre-structured films, the deflection of the light randomly on the inactive areas or active solar cell surface occurs and in the worst case can even be done by the active solar cell surface on the inactive areas.
  • a separately adjustable (press) stamp is used for each individual solar cell.
  • FIG. 1A shows an exemplary schematic representation of a V-shaped depression 5 with ideal V-profile and maximum width 6 in a transparent plastic layer 3.
  • 1 b shows an exemplary schematic representation of a V-shaped recess 5 with rounded edges and rounded tip in the V-profile and maximum width 6 in a transparent plastic layer 3.
  • Fig. 2 shows in the case of linear contacts an exemplary arrangement of
  • Fig. 3 shows an example of the schematic cross section of a section of a
  • Layer structure which can be contained in a solar module according to the invention, wherein 1 the solar cell with contact 4 on the front, 2 the transparent plastic layer in which the solar cell is embedded with contact (embedding layer), 3 the transparent plastic layer on the front side, 5 the V -shaped depression and
  • Figure 6 illustrates the width of the V-shaped recess
  • Fig. 4 shows an example of the schematic cross section of a section of a
  • Layer structure which can be contained in a further solar module according to the invention, wherein 1 is the solar cell with contact 4 on the front side, 2 the transparent plastic layer into which the solar cell is embedded with contact (embedding layer),
  • Transparent plastic film on the front (cover film) with a thickness of 0.5 mm and a refractive index of 1.59 ⁇
  • Transparent plastic layer for embedding the solar cell including contacts (embedding film) with a thickness of 0.5 mm and a refractive index of 1, 5
  • FIG. 3 schematically shows the cross section of a section of the simulated structure, wherein FIG.
  • V-shaped recess was set at 0.5 mm as deep as the thickness of the cover sheet.
  • a solar cell could be provided with wider contacts, so that the series resistance losses are reduced, and with a structured front side according to the invention, the higher shadowing by the wider contacts can be compensated accordingly. As a result, a corresponding increase in performance is also achieved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Solarmodule enthaltend eine vorderseitige Kunststoffschicht, die so strukturiert ist, dass das auftreffende Sonnenlicht von den inaktiven Bereichen auf die aktive Solarzelle gelenkt wird.

Description

Solarmodule mit strukturierter vorderseitiger Kunststoffschicht
Die vorliegende Erfindung betrifft Solarmodule enthaltend eine vorderseitige Kunststoffschicht, die so strukturiert ist, dass das auftreffende Sonnenlicht von den inaktiven Bereichen auf die aktive Solarzelle gelenkt wird. Der Aufbau eines Solarmoduls besteht in der Regel aus einer transparenten vorderseitigen Glasoder Kunststoffplatte oder Kunststofffolie, einer transparenten Schmelzklebeschicht aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder thermoplastischem Polyurethan (TPU), in die die Solarzellen eingebettet sind, und einer meist weißen Rückseitenverbundfolie.
Aus JP-A 2005-277187 ist ein Solarmodul bekannt, dass vorder- und rückseitig aus gleichartigen Polymerfolien besteht, wobei die rückseitige Folie weiß eingefärbt ist. Das Polymer kann Polycarbonat, Polyethylen oder Polyethylenterephthalat sein. Die Vorderseite ist allerdings nicht strukturiert.
Aus EP-A 1 070 354 ist ein Solarmodul bekannt, verkapselt mit einer Polycarbonat-Fluorpolymer Verbundfolie. Auch diese Folie ist nicht strukturiert. Von der Firma SunWare Solartechnik Produktions- GmbH und Co. KG aus Duisburg sind Solarmodule seit langem kommerziell verfügbar, die vorderseitig eine strukturierte Deckfolie aufweisen. Die Struktur ist allerdings nicht auf die Solarzellenkontakte angepasst, sondern die Folie wird flächig homogen strukturiert.
Aus WO-A 2008/152300 und WO-A 00/5111670 ist eine strukturierte Glasvorderseite für Solarmodule bekannt, wobei die Struktur zu einer höheren Lichttransmission führt. Auch diese Struktur ist nicht an die Kontakte der Solarzellen angepasst, so dass das Licht unkontrolliert auf aktive Solarzellenfläche und intransparente Kontakte fällt.
Aus JP-A 10-335689 ist ein V-förmiger reflektierender Graben bekannt, auf dessen Boden ein ganzes Solarmodul befestigt ist. Auch hier fällt das Licht unselektiv auf die Solarzelle und auf den Kontakt.
Aus D E-A 43 37 128 ist eine Kunststoffvorderseite für Solarmodule bekannt, die eine Mikropyramidenstruktur zur Reflexionsminderung enthält. Auch hier fällt das Licht unselektiv auf die Solarzelle und auf den Kontakt.
In der wissenschaftlichen Literatur (Konzentratorsolarzellen aus Galliumarsenid: Modul- und Tandemanwendungen, U. Blieske, VDI-Verlag, 1995, Seite 37) sind ebenfalls strukturierte Kunststoffabdeckungen für Konzentratorsolarzellen bekannt. Dabei handelt es sich um sogenannte „Prismatic Covers". Das sind dünne Lenticularfolien, die auf Konzentratorsolarzellen aufgeklebt werden, um das Licht von den Kontakten weg auf die aktive Solarzellenoberfläche zu lenken. Diese Folien sind aber nicht witterungsstabil, so dass sie nicht auf die Außenseite von Solarmodulen geklebt werden können. Des Weiteren können mit den Folien, welche diese linearen Lentikularlmsenstruktur aufweisen, nur die Beklebung von Solarmodulen mit Solarzellen mit parallelen Kontakten möglich.
Aus CN-A 102510565 (CN 200910030083.8) ist ebenfalls eine vorderseitige Lentikularlinsenfolie auf Solarzellen bekannt, die das Licht auf die aktive Solarzellenfläche konzentriert. Der Nachteil der Lentikularstruktur ist allerdings, dass das Sonnenlicht aufgrund der Brennweite der Linse zu weit vom Kontakt entfernt auf die Solarzelle gelenkt wird, was zu zusätzlichen Serienwiderstandsverlusten führt.
Aus US-A 2006/37639 ist eine Ansammlung von Prismen beschrieben, die das Sonnenlicht auf das Solarmodul lenken. Auch hier wird das Sonnenlicht nicht selektiv auf die aktive Solarzellenfläche gelenkt, sondern auf Kontakte und Solarzelle gleichermaßen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine Kunststoffschicht, z.B. in Form einer Kunststofffolie oder Lackschicht, auf der Vorderseite eines Solarmoduls so zu strukturieren, dass das einfallende Sonnenlicht nicht auf die inaktiven Bereichen, wie z.B. Kontakte oder inaktive Zwischenräume, fällt, sondern selektiv auf die direkt neben dem inaktiven Bereich liegende aktive Solarzellenfläche gelenkt wird. Dadurch wird die elektrische Leistung des Solarmoduls erhöht. Des Weiteren soll die Kunststofffolie oder Lackschicht witterungsstabil sein.
Diese Aufgabe wurde überraschend dadurch gelöst, dass in einem Solarmodul enthaltend wenigstens eine transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite und eine oder mehrere Solarzellen, die inaktive Bereiche, wie z.B. Kontakte oder inaktive Zwischenräume, vorzugsweise Sammelkontakte und Kontaktfinger auf der Vorderseite aufweisen, die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite V-förmige Vertiefungen enthält, wobei sich über den inaktiven Bereichen der Solarzelle(n) eine solche V-förmige Vertiefung derart befindet, dass die Vertiefung jeweils zentriert über den inaktiven Bereichen angeordnet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Solarmodul enthaltend wenigstens eine transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite - eine oder mehrere Solarzellen, wobei sich auf der Vorderseite der Solarzelle(n) oder zwischen den einzelnen Solarzellen inaktive Bereiche befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite V-förmige Vertiefungen enthält, wobei sich über den inaktiven Bereichen des Solarmoduls eine solche V- förmige Vertiefung derart befindet, dass die Vertiefung jeweils zentriert über dem inaktiven Bereich angeordnet ist. Unter Vorderseite ist im Rahmen der Erfindung die der Sonneneinstrahlung zugewandte Frontseite des Solarmoduls zu verstehen.
Die V-förmigen Vertiefungen können dabei über allen oder nur einem Teil der inaktiven Bereiche angeordnet sein. Die Kontakte in Solarmodulen lassen sich nach Sammelkontakten und Kontaktfingern aufteilen, wobei im Regelfall die Sammelkontakte die breiteren Hauptkontakte und die Kontaktfinger die schmäleren Nebenkontakte darstellen. Fig. 2 zeigt für den Fall linienförmiger Kontakte eine beispielhafte Anordnung von Sammelkontakten und Kontaktfingern. Diese Darstellung ist jedoch nicht als beschränkend aufzufassen, da es vielfältige weitere Anordnungsmöglichkeiten von Sammelkontakten und Kontaktfingern gibt. Diese Kontakte befinden sich in der Regel auf der Vorderseite der Solarzelle(n). Sofern Sonnenlicht auf diese Kontakte auftrifft, wird dieses nicht in Energie umgewandelt. Für den Fall, dass es sich bei den inaktiven Bereichen um Kontakte handelt, ist vorzugsweise über jedem Sammelkontakt eine V- förmige Vertiefung angeordnet. In bevorzugten Ausführungsformen können weitere solcher V- förmigen Vertiefungen auch über allen oder einem Teil der Kontaktfinger angeordnet sein. Sowohl in kristallinen Solarzellen als auch in Dünnschichtsolarzellen treten zwischen den einzelnen Solarzellen inaktive Zwischenbereiche auf. Sofern Sonnenlicht auf diese Stellen des Solarmoduls auftrifft, wird dieses ebenfalls nicht in Energie umgewandelt. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können - sofern sowohl Kontakte als auch inaktive Zwischenbereiche vorhanden sind - zusätzlich zu den V-förmigen Vertiefungen über den Sammelkontakten und gegebenenfalls über den Kontaktfingern auch V-förmige Vertiefungen jeweils über den inaktiven Zwischenbereichen zwischen den einzelnen Solarzellen angeordnet sein. Solarmodule mit kristallinen Solarzellen weisen in der Regel sowohl Kontakte auf der Vorderseite der Solarzellen als auch inaktive Zwischenbereiche zwischen den Solarzellen auf. Solarmodule mit Dünnschichtsolarzellen weisen in der Regel lediglich inaktive Zwischenbereiche zwischen den Solarzellen auf. In den Ausführungsformen der Erfindung, in denen die Solarzellen keine Kontakte auf der Vorderseite aufweisen, sondern das Solarmodul lediglich inaktive Bereiche zwischen den Solarzellen aufweist, sind die V-förmigen Vertiefungen jeweils über diesen inaktiven Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Solarzellen angeordnet
Unter V-förmiger Vertiefung werden im Rahmen der Erfindung neben den exakten V-Strukturen auch solche Strukturen umfasst, bei denen die Kanten sowie die Spitze des V-Profils abgerundet sind (vgl. Fig. 1A und 1 B). Demnach sind unter V-förmigen Vertiefungen bevorzugt solche Vertiefungen zu verstehen, bei denen die Schenkel der V-Struktur im Wesentlichen mit jeweils konstanter Steigung auseinanderlaufen, wobei herstellungsbedingt durch die Abrundungen an den Kanten und in der Spitze eine Abweichung von der konstanten Steigung auf bis zu 20 %, vorzugsweise auf bis zu 10 % der Länge der Schenkel vorliegen kann. Die Abrundungen und damit die Abweichungen von der idealen V-Struktur mit konstanter Steigung in den Schenkeln sind vorzugsweise durch die im Folgenden beschriebenen Herstellverfahren, wie z.B. Einbringen der Struktur durch Heißprägen oder Stempeln bedingt. Nicht unter V-förmiger Vertiefung im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind solche Vertiefungen zu verstehen, bei denen die Schenkel eine durchgehende Krümmung aufweisen, d.h. die mit sich ständig ändernder Steigung auseinanderlaufen, wie z.B. die Vertiefungen zwischen den einzelnen Linsenstrukturen von Lentikular linsen.
Von dem Begriff „inaktive Bereiche" sind im Rahmen der Erfindung solche Bereiche des Solarmoduls umfasst, bei denen das einfallende Sonnenlicht nicht in Energie umgewandelt wird. Inaktive Bereiche im Rahmen der Erfindung umfassen neben den auf der Vorderseite der Solarzelle angebrachten Kontakten, wie z.B. Sammelkontakten und Kontaktfingern, auch inaktive Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Solarzellen , die sowohl bei kristallinen Solarzellen als auch insbesondere bei Dünnschichtsolarzellen zwischen den einzelnen Solarzellen vorhanden sind.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarmoduls handelt es sich bei den inaktiven Bereichen auf der Vorderseite der Solarmodule um linienförmige Bereiche mit einer Länge x und einer Breite y und bei den V-förmigen Vertiefungen um V-förmige Gräben mit einer Länge x und einer maximalen Breite (maximalen Öffnung des V) von < y, wobei die V-förmigen Gräben über den linienförmigen Kontakten derart angeordnet sind, dass der tiefste Punkt im V- Profil des V-förmigen Grabens sich in der Mitte der Breite (y/2) über dem j eweiligen linienförmigen Bereich befindet. Bevorzugt kann die maximale Breite der V-förmigen Gräben dabei kleiner oder gleich 0,95 · y, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · y sein. Ganz besonders bevorzugt kann die maximale Breite der V-förmigen Gräben einen Wert von 0,6 · y bis 0,9 · y aufweisen.
In besonderes bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarmoduls handelt es sich b ei den Kontakten auf der Vorderseite der Solarzellen und/oder den inaktiven Zwischenbereichen zwischen den Solarzellen um linienförmige Kontakte und/oder inaktive Zwischenbereiche mit einer Länge x und einer Breite y und bei den V-förmigen Vertiefungen um V-förmige Gräben mit einer Länge x und einer maximalen Breite (maximalen Öffnung des V) von < y, wobei die V-förmigen Gräben über den linienförmigen Kontakten und/oder inaktiven Zwischenbereichen derart angeordnet sind, dass der tiefste Punkt im V-Profil des V-förmigen Grabens sich in der Mitte der Breite (y/2) über dem jeweiligen linienförmigen Kontakt und/oder inaktiven Zwischenbereich befindet. Bevorzugt kann die maximale Breite der V-förmigen Gräben dabei kleiner oder gleich 0,95 · y, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · y sein. Ganz besonders bevorzugt kann die maximale Breite der V-förmigen Gräben einen Wert von 0,6 · y bis 0,9 · y aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarmoduls handelt es sich bei den inaktiven Bereichen auf der Vorderseite der Solarmodule um punktförmige inaktive Bereiche mit einem Durchmesser z und bei den V-förmigen Vertiefungen um kegelförmige Vertiefungen mit einem maximalen Durchmesser des Kegels von < z, wobei die kegelförmigen Vertiefungen über den punktförmigen Bereichen derart angeordnet sind, dass die Kegelspitze über dem Mittelpunkt des jeweiligen punktförmigen Bereiches angeordnet ist. Bevorzugt kann der maximale Durchmesser des Kegels dabei kleiner oder gleich 0,95 · z, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · z sein. Ganz besonders bevorzugt kann der maximale Durchmesser des Kegels einen Wert von 0,6 · z bis 0,9 · z aufweisen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarmoduls handelt es sich bei den inaktiven Bereichen auf der Vorderseite der Solarzellen um punktförmige Kontakte mit einem Durchmesser z und bei den V-förmigen Vertiefungen um kegelförmige Vertiefungen mit einem maximalen Durchmesser des Kegels von < z, wobei die kegelförmigen Vertiefungen über den punktförmigen Kontakten derart angeordnet sind, dass die Kegelspitze über dem Mittelpunkt des jeweiligen punktförmigen Kontaktes angeordnet ist. Bevorzugt kann der maximale Durchmesser des Kegels dabei kleiner oder gleich 0,95 · z, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · z sein. Ganz besonders bevorzugt kann der maximale Durchmesser des Kegels einen Wert von 0,6 · z bis 0,9 · z aufweisen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Solarmodul sowohl linienförmige inaktive Bereiche als auch punktförmige inaktive Bereiche aufweisen. Dabei kann es sich bei den linienförmige inaktive Bereiche um linienförmige Kontakte und/oder linienförmige inaktive Zwischenbereiche und bei den punktförmigen inaktiven Bereichen um punktförmige Kontakte und/oder punktförmige inaktive Zwischenbereiche, vorzugsweise jedoch um punktförmige Kontakte handeln.
Weiterhin bevorzugt weist dass das V-Profil der V-förmigen Vertiefungen eine Tiefe von kleiner y/2 im Falle linienförmiger inaktiver Bereiche oder von kleiner z/2 im Falle von punktförmigen inaktiven Bereichen auf. Bei der transparenten Kunststoffschicht auf der Vorderseite des erfindungsgemäßen Solarmoduls kann es sich bevorzugt um eine Kunststofffolie, eine Kunststoffplatte oder eine Lackschicht handeln. Vorzugsweise kann es sich bei der transparenten Kunststoffschicht auf der Vorderseite des erfindungsgemäßen Solarmoduls um eine ein oder mehrschichtige Kunststoffschicht enthaltend Polycarbonat, Polyurethan, Polymethylmethacrylat, Polyethylenterephthalat, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Poly-Ethylen-Tetrafluorethylen oder Mischungen enthaltend diese handelt. Für den Fall, dass für die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte, vorzugsweise eine Kunststofffolie eingesetzt wird, kann es sich dabei in bevorzugten Ausführungsformen um eine solche enthaltend Polycarbonat, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, vorzugsweise um eine solche enthaltend Polycarbonat handeln. Für den Fall, dass für die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite eine Lackschicht eingesetzt wird, kann es sich bei dem Lack in bevorzugten Aus führungs formen um einen solchen enthaltend Polyurethan handeln.
Die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist vorzugsweise einen Brechungsindex von 1,3 bis 1,7, besonders bevorzugt zwischen 1,3 und 1,6 auf.
Bevorzugt ist die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite des erfindungsgemäßen Solarmoduls durch geeignete dem Fachmann bekannte Additive witterungsstabil ausgerüstet. Die Additive umfassen u. a. UV- Absorber, Hydrolysestabilisatoren und Thermostabilisatoren. Die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist vorzugsweise eine Dicke von 50 μηι bis 5 mm auf. Für den Fall, dass es sich bei der transparenten Kunststoffschicht um eine solche hergestellt aus einer Kunststofffolie handelt, weist diese bevorzugt eine Dicke von 100 bis 1000 μηι, bevorzugt von 100 bis 600 μηι auf. Für den Fall, dass es sich bei der transparenten Kunststoffschicht um eine solche hergestellt aus einer Kunststoffplatte handelt, weist diese bevorzugt eine Dicke von mehr als 1000 μηι, bevorzugt von 2 bis 4 mm auf. Für den Fall, dass es sich bei der transparenten Kunststoffschicht um eine Lackschicht handelt, weist diese bevorzugt eine Dicke von weniger als 500 μηι, bevorzugt von 50 bis 400 μηι auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Solarmodul kann es sich um ein nicht-flexibles oder flexibles Solarmodul handeln. Die Solarzellen sind innerhalb des Solarmoduls vorzugsweise in wenigstens eine Schicht aus wenigstens einem transparenten Kunststoff eingebettet. Die Schicht aus wenigstens einem transp arenten Kunststo ff, in die die S olarzellen eingebettet sind, weist bevorzugt Schmelzklebeeigenschaften auf. Als bevorzugt geeignete Kunststoffe kommen für diese Schicht Ethylenvinylacetat (EVA), thermoplastische Polyurethan (TPU), Polyvinylbutyral (PVB) oder Silikongummi in Frage. Die Schicht zur Einbettung der Solarzellen weist in der Regel eine Dicke von 100 bis 1000 μηι, bevorzugt von 200 bis 700 μηι auf.
Die Schicht zur Einbettung der Solarzellen weist vorzugsweise einen Brechungsindex von 1 ,3 bis 1,7, besonders bevorzugt zwischen 1,3 und 1,6 auf. Als S olarzellen kommen Solarzellen aus mono- oder polykristallinem Silizium oder Dünnschichtsolarzellen in Frage. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Solarmodul mehrere Solarzellen.
Das erfindungsgemäße Solarmodul weist zudem eine rückseitige Begrenzung auf. Solche rückseitigen Begrenzungen sind dem Fachmann bekannt. Dabei kann es sich um eine Folie oder eine Platte, vorzugsweise eine Kunststofffolie oder Kunststoffplatte handelt. Die rückseitige B egrenzung kann weiß oder schwarz eingefärbt oder beschichtet sein. In speziellen Ausführungsformen handelt es sich bei der rückseitigen Begrenzung um eine meist weiße Rucks eitenverbundfolie aus Polyvinylfluorid (PVF) und Polyethylenterephthalat (PET). Solche Verbundfolien sind z.B. in WO-A 90/06849 beschrieben. Sie bestehen aus einem PET -Kern, der beidseitig mit einer PVF-Schicht kaschiert wird. Das PET dient als preiswerter aber nicht witterungsstabiler Träger, wohingegen die PVF-Schicht den Witterungs schütz bewirkt. Des Weiteren kommen b evorzugt Polyvinylflourid-f r e i e Polyethylenterephthalate oder Polyethylenterephthalat-Blends oder Polycarbonatblends in Frage. Das erfindungsgemäße Solarmodul kann weiterhin einen Profilrahmen aufweisen. Dieser kann aus Metall, bevorzugt aus Aluminium, oder aus einem bevorzugt witterungsbeständigen Kunststoff bestehen. Er dient beispielsweise dem Schutz der vorderseitigen Kunststoffplatte, Kunststofffolie oder Lackschicht beim Transport, der Handhabung und Montage sowie für die Befestigung und die Versteifung des Solarmoduls.
Die erfindungsgemäßen glaslosen Solarmodule sind erfindungsgemäß auf der sonnenzugewandten Seite (Vorderseite) mit der erfindungsgemäß strukturierten transparenten Kunststoffschicht, z.B. in Form einer Kunststoffplatte, Kunststofffolie oder Lackschicht verkapselt. Das Sonnenlicht fällt dabei nicht wie bei herkömmlichen Solarmodulen ohne eine derartige gezielt positionierte Strukturierung sowohl auf die aktive Solarzellenoberfläche als auch auf die inaktiven Bereiche, wie z.B. Kontakte und/oder inaktive Zwischenbereiche, sondern wird durch die gezielt positionierte Strukturierung der Vorderseite von den inaktiven Bereichen weitestgehend weggelenkt und auf die aktive Solarzellenoberfläche gelenkt. Dadurch lässt sich die Leistung der Solarzelle signifikant steigern. Sind die inaktiven Bereiche Kontakte, so wird durch die gezielt positionierte Strukturierung das Licht vorteilhafterweise von den Kontakten derart abgelenkt, dass es bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu den Kontakten auf die aktive Solarzellenoberfläche gelenkt wird, so dass zusätzliche Serienwiderstände vermieden werden.
Die erfindungsgemäßen Solarmodule können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, je nachdem, ob es sich bei der transparenten Kunststoffschicht um eine solche hergestellt aus einer Kunststofffolie oder -platte handelt oder um eine Lackschicht. Den geeigneten Herstellverfahren gemeinsam ist aber die Vorgehens weise, dass zunächst ein fertiger Aufbau mit ggf. noch nicht ausgehärteter vorderseitiger transparenter Kunststoffschicht sowie fest positionierten Solarzellen mit den entsprechenden inaktiven Bereichen, wie z.B . Kontakten und/oder inaktiven Zwischenbereichen, im Solarmodul hergestellt wird, und während dessen oder anschließend die Strukturierung gezielt über diesen inaktiven Bereichen in die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite eingebracht wird. Solche Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen sind bisher aus der Literatur nicht bekannt.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmodul, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtanordnung aus a) wenigstens einer transparenten Kunststoffplatte oder Kunststofffolie für die Vorderseite b) wenigstens einer Folie aus einem transparenten Kunststoff zur Einbettung der Solarzellen c) Solarzellen, wobei sich inaktive Bereiche auf der Vorderseite der Solarzellen und/oder zwischen den Solarzellen befinden, d) wenigstens einer ein- oder mehrschichtigen Rückseitenfolie oder -platte, hergestellt und anschließend laminiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Laminiervorgangs oder nach dem Laminiervorgang mittels eines Heißprägeverfahrens die V- förmigen Vertiefungen derart in die transparente Kunststoffschicht erhalten aus der transparenten Kunststoffplatte oder Kunststofffolie für die Vorderseite eingebracht werden, dass die Vertiefungen sich jeweils zentriert über den jeweiligen inaktiven Bereichen befinden.
Dabei kann der Laminiervorgang je nach verwendeten Kunststoffmaterialien bei Temperaturen von 100 bis 200°C, bevorzugt von 120 bis 180°C, besonders bevorzugt von 130 bis 160°C, ganz besonders bevorzugt von 130 bis 150°C erfolgen.
Bevorzugt wird zur Einbettung der Solarzellen in die Schichtanordnung wenigstens eine Folie aus einem transparenten Kunststoff gemäß b) oberhalb der Solarzellen und wenigstens eine weitere Folie aus einem transparenten Kunststoff gemäß b) unterhalb der Solarzellen eingebracht. Der oder die für die Heißprägung verwendete(n) Pressstempel wird (werden) dabei über den betreffenden inaktiven Bereichen, wie z.B. Kontakten der jeweiligen Solarzellen und/oder inaktiven Zwischenbereichen zwischen den Solarzellen gezielt, d.h. passgenau positioniert.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmodul, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtanordnung aus a) wenigstens einer noch nicht ausgehärteten transparenten Lackschicht auf der Vorderseite b) wenigstens einer Einbettungsschicht aus einem transparenten Kunststoff c) Solarzellen, wobei sich inaktive Bereiche auf der Vorderseite der Solarzellen und/oder zwischen den Solarzellen befinden, d) wenigstens einer ein- oder mehrschichtigen Rückseitenfolie oder -platte, hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die noch nicht ausgehärtete Lackschicht mittels eines Stempels die V-förmigen Vertiefungen derart in die Lackschicht eingebracht werden, dass die Vertiefungen sich jeweils zentriert über den jeweiligen inaktiven Bereichen befinden, wobei der Lack in Gegenwart des Stempels ausgehärtet wird.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form ist der Stempel dabei derart geformt, dass der Lack im Bereich der V-förmigen Vertiefungen eine höhere Schichtdicke aufweist als zwischen den V-förmigen Vertiefungen (vgl. Fig. 4). Dabei ist der Begriff „Im Bereich der V-förmigen Vertiefungen" derart zu verstehen, dass diese höhere Schichtdicke sowohl im Bereich der V- förmigen Vertiefungen selbst - jedoch wiederum abzüglich der jeweiligen V-förmigen Vertiefung - als auch in unmittelbarer Umgebung der V-förmigen Vertiefungen auftritt. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere für den Fall vorteilhaft, dass die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite aus einem Lack gebildet wird, da insbesondere mit Lacken in der Regel insgesamt dünnere Schichtdicken erzielt werden können, was schon allein aus Kostengründen bevorzugt sein kann. Durch die höhere Schichtdicke im Bereich der V-förmigen Vertiefungen wird die (dickenabhängige) elektrische Isolierwirkung des Lackes nicht nur zwischen den V-förmigen Vertiefungen, d.h. quasi zwischen den inaktiven Bereichen, sondern auch über den inaktiven Bereichen gewährleistet.
Die Aushärtung des Lackes kann im Rahmen der Erfindung thermisch oder mittels UV- Bestrahlung erfolgen.
Der oder die in den nicht ausgehärteten Lack eingebrachten Stempel wird (werden) dabei über den betreffenden inaktiven Bereichen, wie z.B. Kontakten der jeweiligen Solarzellen und/oder inaktiven Zwischenbereichen zwischen den Solarzellen gezielt, d.h. passgenau positioniert.
Bevorzugt wird auch hierbei zur Einbettung der Solarzellen in die Schichtanordnung wenigstens eine Schicht aus einem transparenten Kunststoff gemäß b) oberhalb der Solarzellen und wenigstens eine weitere Schicht aus einem transparenten Kunststoff gemäß b) unterhalb der Solarzellen eingebracht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass durch Verwendung von auf den Verlauf der inaktiven Bereiche auf der Vorderseite der oder zwischen den einzelnen Solarzellen passgenau abgestimmte Stempel eine gezielte Ausrichtung der V-förmigen Vertiefungen über den inaktiven Bereichen erfolgen kann. Dies bietet gegenüber vorgefertigten flächig vorstrukturierten Folien den Vorteil, dass Unregelmäßigkeiten - wenn auch gegebenenfalls nur geringfügiger Art - in der Anordnung der Solarzellen in der erfindungsgemäßen Ausführung berücksichtigt werden können, wohingegen bei vorgefertigten flächig vorstrukturierten Folien die Ablenkung des Lichtes zufallsbedingt auf die inaktiven Bereiche oder die aktive Solarzellenoberfläche erfolgt und im ungünstigsten Fall sogar von der aktiven Solarzellenoberfläche auf die inaktiven Bereiche erfolgen kann.
Bevorzugt wird daher für jede einzelne Solarzelle ein separat justierbarer (Press-)Stempel verwendet.
Die Verfahren des Heißprägens sowie der thermischen oder mittels UV-Bestrahlung durchgeführten Härtung von Lacken unter Einsatz vom strukturierten Stempeln sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Fig. 1A zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer V-förmigen Vertiefung 5 mit idealem V-Profil und maximaler Breite 6 in einer transparenten Kunststoffschicht 3.
Fig. lB zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer V-förmigen Vertiefung 5 mit abgerundeten Kanten und abgerundeter Spitze im V-Profil und maximaler Breite 6 in einer transparenten Kunststoffschicht 3.
Fig. 2 zeigt für den Fall linienförmiger Kontakte eine beispielhafte Anordnung von
Sammelkontakten (3) und Kontaktfingern (2) in einer Solarzelle (1)
Fig. 3 zeigt beispielhaft den schematischen Querschnitt eines Ausschnitts aus einem
Schichtaufbau, welcher in einem erfindungsgemäßen Solarmodul enthalten sein kann, wobei 1 die Solarzelle mit Kontakt 4 auf der Vorderseite, 2 die transparente Kunststoffschicht, in die die Solarzelle mit Kontakt eingebettet ist (Einbettungsschicht), 3 die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite, 5 die V-förmige Vertiefung und
6 die Breite der V-förmigen Vertiefung darstellt
Fig. 4 zeigt beispielhaft den schematischen Querschnitt eines Ausschnitts aus einem
Schichtaufbau, welcher in einem weiteren erfindungsgemäßen Solarmodul enthalten sein kann, wobei 1 die Solarzelle mit Kontakt 4 auf der Vorderseite, 2 die transparente Kunststoffschicht, in die die Solarzelle mit Kontakt eingebettet ist (Einbettungsschicht),
3 die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite, 5 die V-förmige Vertiefung und
7 die Erhöhung rechts und links der V-förmigen Vertiefung darstellt Die folgenden Beispiele dienen der exemplarischen Erläuterung der Erfindung und sind nicht als Beschränkung aufzufassen.
Beispiel:
Es wurde ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit folgendem Aufbau simuliert:
• Transparente Kunststofffolie auf der Vorderseite (Deckfolie) mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Brechungsindex von 1,59 · Transparente Kunststoffschicht zur Einbettung der Solarzelle einschließlich Kontakten (Einbettungsfolie) mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Brechungsindex von 1,5
• Solarzelle aus Silizium mit einer Fläche von 156 x 156 mm mit drei parallelen linienförmigen Sammelkontakten mit einer Breite von 2 mm, einer Länge von 156 mm und einer Höhe von 0,15 mm auf der Vorderseite, Die Berechnung wurde mit der Raytracing Software Speos 2007 der Firma Optis durchgeführt.
Zunächst wurde simuliert, wie viel Leistung auf die Solarzelle bei nicht strukturierter Deckfolie und ohne Kontakt auf die Solarzelle fällt.
Dann wurde simuliert, wie viel Leistung auf die Solarzelle bei nicht strukturierter Deckfolie und mit den drei oben genannten Sammelkontakten auf die Solarzelle fällt. Anschließend wurde simuliert wie viel Leistung auf die Solarzelle bei erfindungsgemäß eingesetzter strukturierter Deckfolie und mit den drei oben genannten Sammelkontakten auf die Solarzelle fällt. Angegeben ist jeweils der Anteil der gewonnenen Energie im Verhältnis zu der Leistung, die durch die Sammelkontakte abgeschattet wird. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 für unterschiedliche Breiten der V-förmigen Vertiefung zusammengefasst. In Fig. 3 ist schematisch der Querschnitt eines Ausschnitts der simulierten Struktur gezeigt, wobei 1 die Solarzelle, 2 die Einbettungsfolie, 3 die Deckfolie, 4 einen der Sammelkontakte, 5 die V- förmige Vertiefung und 6 die Breite der V-förmigen Vertiefung darstellt. Die V-förmige Vertiefung wurde mit 0.5 mm genauso tief angesetzt wie die Dicke der Deckfolie.
Tab. 1:
Breite der V-förmigen Anteil gewonnene Energie, Anteil gewonnene Energie, Vertiefung senkrechte Einstrahlung Einstrahlung unter 45°
0 mm 0 % 0%
1.4 mm 33% 76%
1.6 mm 48% 75% 1.74 mm 61% 74%
2.0 mm 24% 72%
Demnach kann bei einer Solarzelle, bei der die Metallisierung der Gesamtfläche durch die Sammelkontakte ca. 3,8 % beträgt eine Leistungssteigerung von bis zu ca. 2,3 % für den Fall senkrechter Lichteinstrahlung erreicht werden. Überraschend zeigt sich zudem, dass die maximale Leistungssteigerung bei V-förmigen Vertiefungen erreicht wird, die schmaler sind als die Kontakte selbst.
Des Weiteren könnte mit der vorliegenden Erfindung eine Solarzelle mit breiteren Kontakten versehen werden, so dass die Serienwiderstandsverluste reduziert werden, und mit einer erfindungsgemäßen strukturieren Vorderseite die höhere Abschattung durch die breiteren Kontakte entsprechend kompensiert werden. Dadurch wird ebenfalls eine entsprechende Leistungssteigerung erzielt.

Claims

Solarmodul enthaltend
- wenigstens eine transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite
- eine oder mehrere Solarzellen, wobei sich auf der Vorderseite der Solarzelle(n) oder zwischen den einzelnen Solarzellen inaktive Bereiche befinden,, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite V- förmige Vertiefungen enthält, wobei sich über den inaktiven Bereichen eine solche V- förmige Vertiefung derart befindet, dass die Vertiefung jeweils zentriert über den inaktiven Bereichen angeordnet ist.
Solarmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den inaktiven Bereichen um Kontakte auf der Vorderseite der Solarzelle(n) und/oder um inaktive Zwischenbereiche zwischen den Solarzellen handelt.
Solarmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den inaktiven Bereichen um linienförmige Bereiche mit einer Länge x und einer Breite y handelt und bei den V-förmigen Vertiefungen um V-förmige Gräben mit einer Länge x und einer maximalen Breite (maximalen Öffnung des V) von < y handelt, wobei die V-förmigen Gräben über den linienförmigen inaktiven Bereichen derart angeordnet sind, dass der tiefste Punkt im V-Profil des V-förmigen Grabens sich in der Mitte der Breite (y/2) über dem jeweiligen linienförmigen inaktiven Bereich befindet.
Solarmodul gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Breite der V- förmigen Gräben kleiner oder gleich 0,95 · y, bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · y ist, besonders bevorzugt einen Wert von 0,6 · y bis 0,9 · y aufweist.
Solarmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den inaktiven Bereichen um punktförmige Bereiche mit einem Durchmesser z und bei den V- förmigen Vertiefungen um kegelförmige Vertiefungen mit einem maximalen Durchmesser des Kegels von < z handelt, wobei die kegelförmigen Vertiefungen über den punktförmigen inaktiven Bereichen derart angeordnet sind, dass die Kegelspitze über dem Mittelpunkt des jeweiligen punktförmigen inaktiven Bereich angeordnet ist.
Solarmodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser des Kegels kleiner oder gleich 0,95 · z, bevorzugt kleiner oder gleich 0,9 · z ist, besonders bevorzugt einen Wert von 0,6 · z bis 0,9 · z aufweist.
7. Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der transparenten Kunststoffschicht auf der Vorderseite um eine Kunststofffolie, eine Kunststoffplatte oder eine Lackschicht handelt.
8. Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoffschicht auf der Vorderseite witterungsstabil ausgerüstet ist.
9. Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das V-Profil der V-förmigen Struktur eine Tiefe von kleiner y/2 im Falle linienförmiger inaktiver Bereiche oder von kleiner z/2 im Falle von punktförmigen inaktiven Bereichen aufweist. 10. Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der transparenten Kunststoffschicht auf der Vorderseite um eine ein oder mehrschichtige Kunststoffschicht enthaltend Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyethylenterephthalat, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Poly-Ethylen- Tetrafluorethylen, Polyurethan oder Mischungen enthaltend diese handelt. 11. Verfahren zur Herstellung eines Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtanordnung aus a) wenigstens einer transparenten Kunststoffplatte oder Kunststofffolie für die Vorderseite b) wenigstens einer Folie aus einem transparenten Kunststoff c) Solarzellen, wobei sich inaktive Bereiche auf der Vorderseite der Solarzellen und/oder zwischen den Solarzellen befinden, d) wenigstens einer ein- oder mehrschichtigen Rückseitenfolie oder Platte hergestellt und anschließend laminiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Laminiervorgang oder nach dem Laminiervorgang mittels eines Heißprägeverfahrens die V- förmigen Vertiefungen derart in die transparente Kunststoffschicht bestehend aus der transparenten Kunststoffplatte oder Kunststofffolie für die Vorderseite eingebracht werden, dass die Vertiefungen sich jeweils zentriert über den jeweiligen inaktiven Bereichen befinden.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Laminiervorgang bei Temperaturen von 100 bis 200°C, bevorzugt von 120 bis 180°C, besonders bevorzugt von 130 bis 160°C, ganz besonders bevorzugt von 130 bis 150°C erfolgt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmodul gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtanordnung aus a) wenigstens einer transparenten Lackschicht auf der Vorderseite b) wenigstens einer Einbettungsschicht aus einem transparenten Kunststoff c) Solarzellen, wobei sich inaktive Bereiche auf der Vorderseite der Solarzellen und/oder zwischen den Solarzellen befinden, d) wenigstens einer ein- oder mehrschichtigen Rückseitenfolie oder -platte hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die noch nicht ausgehärtete Lackschicht mittels eines Stempels die V-förmigen Vertiefungen derart in die Lackschicht eingebracht werden, dass die Vertiefungen sich jeweils zentriert über denjeweiligen inaktiven Bereichen befinden, wobei der Lack in Gegenwart des Stempels ausgehärtet wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung des Lackes thermisch oder mittels UV-Bestrahlung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel derart
Figure imgf000017_0001
geformt, dass der Lack im Bereich der V-förmigen Vertiefungen eine höhere Schichtdicke besitzt als in den Bereichen zwischen den V-förmigen Vertiefungen.
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