WO2012156149A1 - Solarmodul - Google Patents

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WO2012156149A1
WO2012156149A1 PCT/EP2012/056044 EP2012056044W WO2012156149A1 WO 2012156149 A1 WO2012156149 A1 WO 2012156149A1 EP 2012056044 W EP2012056044 W EP 2012056044W WO 2012156149 A1 WO2012156149 A1 WO 2012156149A1
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solar module
layer
edge
solar
reinforcing layer
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PCT/EP2012/056044
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Holger Schumacher
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Saint-Gobain Glass France
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module, a method for producing a solar module and a flat roof with solar module.
  • Photovoltaic layer systems for the direct conversion of solar radiation into electrical energy are well known.
  • the materials and the arrangement of the layers are coordinated so that incident radiation from one or more semiconducting layers with the highest possible radiation yield is converted directly into electrical current.
  • Photovoltaic and extensive coating systems are called solar cells.
  • Solar cells contain semiconductor material in all cases. The largest known efficiencies of more than 20% are achieved with high-performance solar cells made of monocrystalline, polycrystalline or microcrystalline silicon or gallium arsenide. More than 80% of the currently installed solar cell power is based on crystalline silicon. Thin film solar cells require carrier substrates to provide sufficient mechanical strength.
  • thin-film systems with amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), copper indium (gallium) selenide sulfide (Cu (ln, Ga) (S, Se) 2 ), copper-zinc-tin-sulfo-selenide (CZTS) and organic semiconductors are particularly suitable for solar cells.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • CZTS copper-zinc-tin-sulfo-selenide
  • organic semiconductors are particularly suitable for solar cells.
  • the pentenary semiconductor Cu (In, Ga) (S, Se) 2 belongs to the group of chalcopyrite semiconductors, often referred to as CIS (copper indium diselenide or sulfide) or CIGS (copper indium gallium diselenide, copper indium gallium disulfide or copper indium gallium disulfoselenide).
  • CIS copper indium diselenide or sulfide
  • CIGS copper indium gallium diselenide, copper indium gallium disulfide or copper indium gallium disulfoselenide.
  • S in the abbreviation CIGS stands for selenium, sulfur or a mixture of both chalcogens.
  • An electrical circuit of several solar cells is referred to as a photovoltaic or solar module.
  • the circuit of solar cells is permanently protected from environmental influences in known weather-resistant structures.
  • two slices of low-iron soda-lime glass and adhesion-promoting polymer films are connected to the solar cells to form a weather-resistant solar module.
  • the solar modules can be connected via junction boxes or connection housing in a circuit of several solar modules to be involved.
  • the circuit of solar modules is connected via known power electronics with the public utility network or a self-sufficient electrical power supply.
  • Flat roofs of warehouses or industrial plants have a large, exposed and unpaved surface. They are therefore particularly well suited for the installation of photovoltaic systems.
  • the roof of flat roofs is usually made of metal sheets and, for example, trapezoidal sheets.
  • Flat roofs usually have only a low roof pitch of 2% to 17.6% and have only a low load-bearing capacity of, for example, 75 kg / m 2 .
  • Solar modules according to the prior art in which the solar cells are laminated between two slices of soda-lime glass, have a high basis weight of, for example, 18 kg / m 2 . They are therefore not suitable for mounting on flat roofs with low load capacity.
  • US 2010/00651 16 A1 discloses a thin-glass solar module with a basis weight of 5 kg / m 2 to 10 kg / m 2 .
  • the thin-glass solar module comprises a carrier layer, solar cells and a front pane of very thin, chemically hardened glass.
  • the very thin glass is flexible.
  • the windshield is so flexible that the impact energy of a hailstone is absorbed by the carrier layer on the back of the solar module in the legally required hail impact test.
  • Such a structure is not suitable for high-power solar cells made of crystalline silicon.
  • the crystalline silicon is brittle and would break due to the bending of the windscreen. This usually leads to the destruction of a large area of the solar cell, even if the windscreen is so flexible that it is not damaged.
  • the solar cells are connected by bus bars and the bus bars are led out of the solar module.
  • the bus bars are led out, for example, at an outer edge of the solar module from the composite of the two panes.
  • the bus bars are led around the outer edge and on the Glued back of the solar module.
  • the exit point of the composite busbar is a weak point for mechanical damage to the busbar. In addition, moisture can easily penetrate into the solar module at the exit point.
  • JP 2003 161 003 A describes an encapsulated solar module in which a watertight and thin connection box is arranged on the rear side of the solar module.
  • the housing of the solar module is integrally molded from a resin.
  • DE 197 12 747 A1 discloses a photovoltaic solar module with an incident light facing Au OHusion, at least one in the light incident direction behind creating a disc space with spaced inner cover and the Au OHusion and the inner cover circumferentially tightly interconnecting edge structure. Between the outer pane and the inner cover embedded solar cells in cast resin, composite film (s) or the like are arranged. The solar cells are connected to an electrically interconnecting conductor system, lead from the connecting lines for electrical connection with adjacent other solar modules in the lying outside of the solar module area.
  • FR 2 362 494 A1 describes a solar module with series-connected solar cells, in which the Au 88an gleich is arranged in the edge region of the solar module.
  • connection system for the electrical connection of the solar module.
  • the connection system comprises a connector element for external electrical connection of the module.
  • the connector element includes a mechanical connection means for another connector element so that the connector system is modularly expandable.
  • the Connector element is preferably arranged in the corner region of the solar panel or to a certain extent on a main surface of the solar panel.
  • WO 2008/148524 A2 discloses a solar module with an electrical connection system for the electrical connection of the solar module.
  • the connection system comprises a connector element which is arranged on the edge of the solar module on a projection of a first disc over a second disc.
  • EP 1 860 705 A1 discloses a stable, self-supporting solar module, which is arranged at its outer regions in a mounting frame.
  • the mounting frame has notches through which liquids located on the solar module can drain.
  • DE 10 2009 016 735 A1 describes a solar module with a windshield and a rear window, wherein one of the disks has a thickness of at least 3 mm and the other has a thickness of at most 2 mm.
  • DE 10 2008 049 890 A1 discloses a photovoltaic arrangement with a transparent plastic layer and a photovoltaic module arranged on one side of the transparent plastic layer.
  • the photovoltaic module has at least one photovoltaic cell which is arranged between a front side covering layer facing the transparent plastic layer and a rear side covering layer facing away from the plastic layer.
  • US 4,830,038 A describes a solar module which is supported and encapsulated by an elastomer.
  • the elastomer is cast in an injection molding process around the back, sides and part of the front.
  • the object of the present invention is to provide a solar module with improved lead-out of the bus bars.
  • the improved solar module should be particularly lightweight and suitable for installation on a flat roof.
  • the object of the present invention is achieved by a solar module according to claim 1. Preferred embodiments will become apparent from the dependent claims. Furthermore, the invention comprises a method for producing a Solar module. A use of the solar module according to the invention is evident from further claims.
  • the solar module according to the invention comprises
  • Interlayer at least one solar cell, a second intermediate layer and a windscreen and
  • the carrier layer has a circumferential projection over the windshield, the first edge reinforcing layer above the circumferential overhang
  • the second edge reinforcing layer is disposed above the first edge reinforcing layer and having an opening and the bus bar is disposed in the recess and in the opening.
  • the carrier layer has a circumferential projection over the front pane of at least 0.3 cm, preferably from 0.5 cm to 5 cm and particularly preferably from 1 to 2 cm.
  • the edge reinforcing layer can be arranged on the supernatant and glued to the supernatant, for example. As a result, secure attachment of the edge reinforcement and additional protection of the outer edge of the solar module are achieved. Furthermore, the outer edge of the solar module is protected against penetrating moisture, in particular in the area in which the bus bars are led out between the front screen and the carrier layer.
  • the solar cell comprises a monocrystalline or polycrystalline solar cell, preferably with a doped semiconductor material such as silicon or gallium arsenide.
  • the solar cell comprises a thin-film solar cell, which is preferably amorphous, micromorphous or polycrystalline Silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), copper indium (gallium) selenide sulfide (Cu (In, Ga) (S, Se) 2 ), copper-zinc-tin-sulfo Selenide (CZTS) or organic semiconductors contains.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • Cu (In, Ga) (S, Se) 2 copper-zinc-tin-sulfo Selenide
  • organic semiconductors contains.
  • the solar cell comprises a tandem cell of two superimposed solar cells of different types, for example a crystalline silicon solar cell in combination with a thin-film solar cell, an organic solar cell or an amorphous silicon solar cell.
  • the solar cell comprises all solar cells, which are themselves brittle and / or their support material and break or damage by slight bending or punctual load with low forces.
  • a slight bending means, for example, a curvature with a radius of curvature of less than 1500 mm.
  • a point load with low forces means, for example, an indentation by the impact of a hailstone with a diameter of 25 mm and a speed of 23 m / s in a hail impact test.
  • Damage means a deterioration of the photovoltaic properties of the solar cell due to mechanical damage to the semiconductor material, the carrier material or electrical line connections, for example due to a short circuit or a line break.
  • the damage to the solar cell reduces the efficiency of the solar cell, for example, immediately after the impact by more than 3%. Usually, a further deterioration of the efficiency due to microcracks occurs over time.
  • the first and / or second intermediate layer contains an adhesive layer, preferably one or more adhesive films, more preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB), ionomers, thermoplastic polyurethane (TPU), thermoplastic elastomer polyolefin (TPO), thermoplastic elastomer (TPE) or other materials with appropriate adhesive and moisture-proofing properties.
  • an adhesive layer may vary widely and is preferably from 0.2 mm to 1 mm and in particular 0.4 mm.
  • the outer dimensions of the solar module according to the invention can vary widely and are preferably from 0.6 mx 0.6 m to 1.2 mx 2.4 m.
  • One Inventive solar module preferably contains from 6 to 100 individual solar cells or solar cell arrays.
  • the area of a single solar cell is preferably from 153 mm ⁇ 153 mm to 178 mm ⁇ 178 mm.
  • the windshield contains a material which is largely transparent to sunlight, preferably glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, solar glass, soda-lime glass, or polymers, preferably polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and / or mixtures thereof.
  • the windscreen particularly preferably contains low-iron soda-lime glass with a particularly high transparency for sunlight of more than 90% in a wavelength range of 300 nm to 1500 nm.
  • the windscreen preferably contains thermally toughened or tempered glass with a preload of 30 MPa to 120 MPa, and preferably from 32 MPa to 85 MPa.
  • the windshield may have additional additional coatings, such as anti-reflection coatings, anti-adhesion coatings or anti-scratch coatings.
  • the windscreen can have a one-sided or two-sided microstructuring or nanostructuring, which for example reduces the reflection of incident sunlight.
  • the windscreen may be a single disk or a composite disk of two or more disks.
  • the composite pane may contain further layers, such as transparent thermoplastic adhesive layers or plastic layers.
  • the windscreen must be sufficiently stable and unyielding to protect the underlying solar cells from damage. Possible causes of damage include hailstorm, wind load, snow load or bending during assembly as well as entry by persons or animals or the fall class of a tool. At the same time the windscreen should be as thin as possible and have a low weight to be suitable for mounting on flat roofs with low wearing capacity.
  • solar modules according to the invention with windscreens of partially prestressed or tempered soda lime glass with a thickness of at least 0.9 mm meet the technical requirements with respect to torsional rigidity and stability.
  • windscreens according to the invention with a thickness of at least 0.9 mm offer sufficient protection for crystalline solar cells contained in the solar module in the hail impact test according to IEC 61215.
  • the hail impact test comprises fitting the front side of the solar module with hailstones having a diameter of 25 mm and a speed of 23 m / s.
  • the windscreen according to the invention has sufficient stability and intransigence to absorb the energy of the impact of a hailstone without damaging the crystalline solar cell inside the solar module.
  • the windscreen can be flexible and resilient under load. The forces occurring are absorbed by the carrier layer. Deflecting windshields, that is windshields made of flexible materials or very thin front windows are not suitable for solar modules with brittle or crystalline solar cells. The crystalline solar cell would break due to the bending of the windscreen. This usually leads to the destruction of a large area of the solar cell, even if the windscreen is not damaged.
  • the thickness of the windscreen significantly determines the weight of the solar module.
  • windscreens with a thickness of at most 2.8 mm are preferably used.
  • An inventive solar module with a front glass with a thickness of 2.8 mm has a basis weight of about 10 kg / m 2 .
  • Such a solar module is suitable for mounting on flat roofs with a low load reserve of at least 10 kg / m 2 .
  • the windshield according to the invention itself is not damaged by the hail impact test, unless the hail impact occurs in an edge region.
  • the margins of glass panes are particularly sensitive to chipping and Ausmuschelungen.
  • the edge area of the windscreen can be stabilized by an edge reinforcement.
  • the edge reinforcement according to the invention protects the edge region of the windshield from damage in the hail impact test.
  • the edge reinforcement comprises one or more layers, preferably of metal, glass, rubber, plastic or glass fiber reinforced plastic.
  • the edge reinforcement particularly preferably comprises the material of the carrier layer.
  • the carrier layer advantageously has a coefficient of thermal expansion adapted to the solar module and the front pane. As a result, no or only small mechanical stresses occur due to different thermal expansion of the materials of the solar module.
  • the top of the edge reinforcement is arranged flush with the windscreen.
  • the edge reinforcement is increased by a height h over the windshield.
  • the height h is preferably at least 0.5 mm and more preferably 1 mm to 5 mm.
  • the externa ßere range of a windshield is particularly prone to chipping or Ausmuschelungen the glass, for example, when hitting a hailstone in the hail impact test. Due to the increase h of the edge reinforcement over the windscreen creates a protected area. A hailstone with a diameter of, for example, 25 mm can not penetrate into the particularly susceptible to damage edge area of the windshield because of the increase h the edge reinforcement.
  • the height h can be determined by simple tests in the hail impact test.
  • the edge reinforcement covers a peripheral edge region of the windshield.
  • the edge reinforcement preferably covers the peripheral edge region of the front pane over a width b of at least 0.3 cm, particularly preferably from 0.5 cm to 2 cm.
  • the edge reinforcement Since the edge reinforcement partially overshoots or overlaps the windscreen, a peripheral border is formed, which surrounds the windscreen in an annular manner.
  • water may accumulate in the area between the windshield and the edge reinforcement, which can not drain due to the peripheral edge reinforcement.
  • the standing water accumulation promotes the formation of algae.
  • the permanent Water exposure pollute the moisture seals of the solar module. Furthermore, this area collects dirt, sand and dust that can not be washed away by rainwater.
  • An important aspect of the present invention therefore comprises water drainage channels which are incorporated in the edge reinforcement.
  • Rainwater or melt water can drain off through the water drainage channels.
  • the effluent water can carry dirt, sand and dust with it and keep the windscreen of the solar module free from contamination.
  • the edge reinforcement at each corner of the solar module at least one water drainage channel, which connects the inside of the edge reinforcement with the Au .
  • Outside of the edge reinforcement here means the side of the edge reinforcement, which is located on the outside of the solar module Au.
  • Inside the edge reinforcement means the side opposite the outside of the edge reinforcement.
  • the edge reinforcement on each circumferential outer side of the solar module on at least one water drainage channel.
  • the width of the water gutter is advantageously chosen so that a hailstone with a diameter of 25 mm at a speed of 23 m / s with a central or lateral impact on the water gutter, the windscreen not damaged.
  • the width of the water drainage channel is dependent on the thickness of the edge reinforcement, that is, the height h of the increase in the edge reinforcement over the windscreen, and can be determined by simple experiments.
  • the Wasserablaufrinne (8.1, 8.2) has a width (d) of 0.5 mm to 5 mm, preferably from 2.5 mm to 5 mm.
  • the edge reinforcement comprises a first edge reinforcing layer and a second edge reinforcing layer.
  • the first and / or the second edge reinforcing layer may consist of two or more parts.
  • the first and second edge reinforcing layers may alternatively be integrally formed and have a first portion forming the first edge reinforcing layer and having a second portion forming the second edge reinforcing layer.
  • the first edge reinforcing layer is arranged at least in sections above the circumferential overhang of the carrier layer over the front pane.
  • the first edge reinforcing layer is arranged above the circumferential overhang, in particular on the side of the solar module, at which the bus bars are led out of the solar module.
  • the first edge reinforcing layer has one or more recesses, preferably two recesses.
  • the second edge reinforcing layer is disposed above the first edge reinforcing layer.
  • the second edge reinforcing layer has one or more openings, preferably two openings.
  • the first edge reinforcement layer and the second edge reinforcement layer are adhesively bonded to one another and / or to the carrier layer and the front pane by adhesive layers.
  • the adhesive layers seal the edge area of the solar module against the ingress of moisture and insulate the live parts of the solar module.
  • the adhesive layers preferably contain an acrylate adhesive, ethylene vinyl acetate (EVA), silicone or a double-sided adhesive film.
  • the recess of the first edge reinforcement layer is designed to be open to the layer structure consisting of intermediate layers, solar cells and front pane.
  • the recess is arranged at the point at which the bus bar leaves the layer structure, wherein the bus bar is arranged after the exit from the layer structure within the recess.
  • the thickness of the first edge reinforcing layer is preferably smaller than the thickness of the layer structure.
  • the second edge reinforcing layer is disposed above the first edge reinforcing layer and may overlap it. The opening of the second edge reinforcing layer is above the recess of the first Edge reinforcing layer arranged and forms with this a common cavity.
  • connection housing for each bus conductor.
  • the bus bar is disposed after leaving the layer structure and before entering the terminal housing within the cavity of recess of the first edge reinforcing layer and opening of the second edge reinforcing layer.
  • the bus bar comes out of the edge reinforcement through the opening.
  • the bus bar is electrically connected in the connection housing with the connecting cable.
  • the connection is preferably via plug, contact pins, contact tongues, spring element, crimp connections, solder joints, welding sites or other electrical wiring.
  • the connection housing covers the complete opening.
  • the connection housing and / or the cavity formed from the opening and recess can be closed by a Vergussstoff.
  • the casting agent seals the solar module against moisture penetration and contains, for example, polyurethane, acrylic, silicone or other suitable sealing materials.
  • the recess of the first edge reinforcing layer is, for example, rectangular, with pointed or rounded corners or semicircular.
  • the recess may also have other shapes in which one or more bus bars can be arranged.
  • the recess is preferably limited in a narrow area around the bus bars around.
  • the opening of the second edge reinforcing layer is preferably rectangular, square, or circular, although all forms are suitable, within which the bus bar can be conveniently arranged.
  • An important aspect of the invention comprises the adaptation of the thermal expansion coefficients of the front screen and the carrier layer: different coefficients of thermal expansion of the front screen and the carrier layer can lead to a different temperature expansion when the temperature changes.
  • a different temperature expansion of the front screen and carrier layer can lead to a bending of the solar module and thus to damage of the crystalline solar cells.
  • Temperature changes of more than 100 ° C occur, for example, in the lamination of the solar module or when heating the solar module on the roof.
  • the second coefficient of thermal expansion is preferably from 8 ⁇ 10 -6 / K to 10 ⁇ 10 -6 / K and for partially tempered soda-lime glass, for example from 8 ⁇ 10 -6 / K to 9 , 3 x 10 -6 / K.
  • the difference between the first thermal expansion coefficient of the carrier layer of a solar module according to the invention and the second coefficient of thermal expansion of the windscreen ⁇ 300%, preferably ⁇ 200% and particularly preferably ⁇ 50% of the second coefficient of thermal expansion of the windshield.
  • the carrier layer contains a glass fiber reinforced plastic.
  • the glass fiber reinforced plastic contains, for example, a multi-layer glass fiber fabric which is embedded in a casting resin molded from unsaturated polyester resin.
  • the glass content of the glass fiber reinforced plastic is preferably from 30% to 75%, and more preferably from 50% to 75%.
  • the carrier layer has a first coefficient of thermal expansion of 7 ⁇ 10 -6 / K to 35 ⁇ 10 -6 / K, preferably from 9 ⁇ 10 -6 / K to 27 ⁇ 10 -6 / K and especially preferably from 9x10 "6 / K to 20x10 " 6 / K.
  • the difference between the first thermal expansion coefficient and the second thermal expansion coefficient is ⁇ 17%, preferably ⁇ 12% and particularly preferably ⁇ 7% of the second coefficient of thermal expansion.
  • the carrier layer contains a metal foil having a first coefficient of thermal expansion of 7.3 ⁇ 10 -6 / K to 10.5 ⁇ 10 -6 / K.
  • the first intermediate layer may include a stacking sequence of at least a first adhesive layer, an insulating layer and a second adhesive layer.
  • the insulating layer preferably contains a solid, insulating film, for example of polyethylene terephthalate (PET).
  • the insulating layer has the task of isolating the bus bars and the back of the solar cells from the electrically conductive metal foil of the carrier layer.
  • the metal foil preferably contains a stainless steel, preferably a stainless steel of the EN material number 1 .4016, 1 .4520, 1 .451 1, 1 .4017, 1 .41 13, 1 .4510, 1 .4516, 1 .4513, 1 .4509, 1 .4749, 1 .4724 or 1. 4,762th
  • Another aspect of the invention comprises a flat roof with
  • roof skin and the solar module according to the invention by at least one adhesive layer and / or connecting means are connected to each other at least in sections.
  • the roof inclination of 2% (1, 1 °) to 17.6% (10 °), preferably from 5% (2.9 °) to 17.6% (10 °) and especially preferably from 5% (2.9 °) to 8.8% (5 °).
  • the adhesive layer with which the solar module according to the invention and the roof skin are connected preferably contains an acrylate adhesive, a butyl adhesive, a bitumen adhesive or a silicone adhesive or a double-sided adhesive film.
  • the connecting means preferably contain screw, clamp or rivet and / or support rails, guide rails or eyelets made of plastic or metal, such as aluminum, steel or stainless steel.
  • the roof skin contains a plastic, preferably polymethyl methacrylate (PMMA, Plexiglas®), polyester, bitumen, polymer modified bitumen, polyvinyl chloride (PVC) or olefin-based thermoplastic elastomers (TPO), preferably having a flat, chambered or corrugated profile.
  • a plastic preferably polymethyl methacrylate (PMMA, Plexiglas®), polyester, bitumen, polymer modified bitumen, polyvinyl chloride (PVC) or olefin-based thermoplastic elastomers (TPO), preferably having a flat, chambered or corrugated profile.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVC polyvinyl chloride
  • TPO olefin-based thermoplastic elastomers
  • the roof skin contains a metal sheet, preferably a metal sheet of copper, aluminum, steel, galvanized and / or plastic-coated steel.
  • the metal sheet has, for example, a trapezoidal profile and is referred to below as a trapezoidal sheet.
  • further layers may be arranged, for example layers for thermal insulation.
  • the layers for thermal insulation preferably contain plastics or plastic foams, for example of polystyrene or polyurethane.
  • the screwing of the solar module with the roof skin of a flat roof according to the invention is preferably carried out in a region of the edge reinforcement of the solar module and in particular in the region of the supernatant of the carrier layer over the windshield.
  • This has the particular advantage that no hole must be made in the windscreen. Inserting a hole in the glass front panel is a complex and expensive process step. Furthermore, the stability of the windshield is reduced by the hole.
  • a further aspect of the invention comprises a method for producing a solar module according to the invention, wherein at least
  • a supernatant of the carrier layer is arranged over the windscreen and the bus bars are passed through the recess,
  • a second edge reinforcing layer is arranged with at least one opening above the first edge reinforcing layer and the bus bars are passed through the opening and
  • connection housing is connected to the bus bars.
  • first intermediate layer Between the carrier layer and the front pane, at least a first intermediate layer, a solar cell and a second intermediate layer are arranged.
  • Backing layer, first intermediate layer, solar cell, second intermediate layer and front pane are laminated together, preferably at a temperature of 100 ° C to 170 ° C interconnected.
  • the structure obtained is hereinafter referred to as laminated layer sequence.
  • the edge reinforcement is formed from at least one first edge reinforcing layer and a second edge reinforcing layer arranged flush with the surface of the front pane.
  • the first edge reinforcing layer and the second edge reinforcing layer may be configured in one piece or in several parts and are joined to one another and to the laminated layer sequence, for example, by adhesive layers.
  • the first edge reinforcing layer and the second edge reinforcing layer preferably include a glass fiber reinforced plastic.
  • the edge reinforcement is formed from at least one first edge reinforcing layer and at least one second edge reinforcing layer partially overlapping the front pane in an edge region.
  • the first edge reinforcing layer and the second edge reinforcing layer are bonded by adhesive layers having the laminated layer sequence and each other.
  • the edge reinforcement is arranged on the carrier layer before lamination and connected to the layer sequence by the lamination process.
  • a strand is extruded with the cross-section of the edge reinforcement, the strand is divided into segments and recesses and openings are introduced into the segments.
  • water drainage channels can be introduced into the segments.
  • the segments of the edge reinforcement are connected to the laminated layer sequence, for example glued.
  • the extrusion of the edge reinforcement is carried out by per se known extrusion methods in which plastics or other viscous, curable materials are pressed in a continuous process through a specially shaped die.
  • the result is a strand with the cross section of the nozzle in any length.
  • the strand can be divided into segments, the length of each one Side of the solar module have.
  • the strand can be divided into segments, each having a circumferential length of the solar module.
  • the plastics may be thermoplastics that are heated during extrusion.
  • the recesses, openings and water drainage channels are preferably introduced by cutting or milling in the surface of the segments.
  • the water drainage channels can be introduced into the surface of the segments during the extrusion, for example by a moving mold.
  • the water drainage channels may alternatively be introduced into the segments after extrusion and prior to bonding to the laminated layer sequence.
  • the water drainage channels can be introduced in a further alternative after bonding with the laminated layer sequence.
  • Extruded edge reinforcements preferably contain polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polycarbonate (PC), styrene butadiene (SB), polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PUR) and polyethylene terephthalate (PET).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • PC polycarbonate
  • SB styrene butadiene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PUR polyurethane
  • PET polyethylene terephthalate
  • the edge reinforcement is produced by reaction injection molding (RIM) or by an injection molding process.
  • reaction Injection Molding two components (and possibly further additives) are mixed thoroughly in a mixer and then immediately injected as a reaction mass into a shaping tool. The curing takes place in the forming tool.
  • the recesses, openings and water drainage channels can already be specified by the shaping tool or introduced after curing in the blank of the edge reinforcement.
  • Plastics such as polyurethane (PUR), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), polyurea and polyisocyanurate (PIR) are particularly suitable for producing edge reinforcement by reaction injection molding.
  • PUR polyurethane
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • PIR polyisocyanurate
  • melts of thermoplastic materials are pressed into a shaping tool.
  • the recesses, openings and water drainage channels can already be predetermined by the shape or be introduced after curing in the blank of the edge reinforcement.
  • Another aspect of the invention comprises the use of a solar module according to the invention on a flat roof, preferably on a metal flat roof of a building or a vehicle for locomotion by water, on land or in the air.
  • a solar module according to the invention are particularly flat roofs of warehouses, industrial plants and garages or shelters such as carports suitable whose roofs have a large, exposed and unshaded surface and have a low roof pitch.
  • a further aspect of the invention comprises the use of a solar module according to the invention on a flat roof with a roof pitch of 1% (0.6 °) to 23.1% (13 °), preferably from 2% (1, 1 °) to 17.6 % (10 °), more preferably from 5% (2.9 °) to 17.6% (10 °) and most preferably from 5% (2.9 °) to 8.8% (5 °).
  • FIG. 1 A is a schematic representation of an exemplary embodiment of a solar module according to the invention
  • FIG. 1 B is a cross-sectional view along the section line DD 'from FIG. 1A
  • FIG. 1 C is a cross-sectional view along the section line CC from FIG. 1A
  • FIG. 1 D is a cross-sectional view along the section line AA' from FIG. 1A
  • FIG. 1F shows a simplified schematic illustration of the connection region of the solar module according to the invention from FIG. 1A
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the edge of an alternative embodiment of a solar module according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a solar module according to the invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the layer structure of an alternative
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a flat roof according to the invention.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a flat roof according to the invention.
  • FIG. 5C shows a cross-sectional view of a further alternative embodiment of a flat roof according to the invention
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of an embodiment of a solar module according to the invention taken along section line A-A 'of FIG. 1A, FIG.
  • FIG. 6B shows a detail of FIG. 2A with a hailstone in the hail impact test
  • FIG. 7 shows a detailed flow chart of the method according to the invention.
  • FIG. 1 A illustrates a solar module according to the invention designated overall by the reference numeral 1.
  • FIG. 1A shows a plan view of the front side, that is to say the side facing the sun, of the solar module.
  • the rear side of the solar module 1 is in the context of the present invention, the side facing away from the front side.
  • outer sides I, II, III, IV of the solar module 1 the sides surrounding the outer edge of the front side and the rear side are referred to below.
  • the solar module 1 comprises a plurality of series-connected solar cells 4, of which six are shown in FIG.
  • the solar cells 4 are in this example monocrystalline silicon solar cells.
  • Each solar cell has a rated voltage of, for example, 0.63 V, so that the solar module 1 has a total rated voltage of 3.8 V, for example.
  • the voltage is applied via two bus bars 21 .1, 21. 2 to two connection housings 20 in the edge region of side III of the solar module 1 led out.
  • connection housings 20 the electrical line connection to the connection lines 22.
  • the connection lines 22 are connected to a power grid or other solar modules, which are not shown in this figure.
  • the bus bars 21 .1, 21 .2 are electrically conductively connected to the solar cells 4.
  • a bus bar 21 usually contains a metallic band, for example a tinned copper band with a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a width of 2 mm to 16 mm. Copper has proven itself for such busbars, as it has a good electrical conductivity and good processability to films. At the same time, the material costs are low.
  • Other electrically conductive materials can also be used which can be processed into films. Examples of these are aluminum, gold, silver or tin and alloys thereof.
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view along the section line D-D 'and FIG. 1C shows a cross-sectional view along the section line C-C from FIG. 1A.
  • the solar module 1 according to the invention comprises a layer structure comprising carrier layer 2, first intermediate layer 3, solar cell 4, second intermediate layer 5 and front pane 6.
  • the carrier layer 2 has a circumferential projection 13 over the front pane 6 of, for example, 2 cm.
  • the solar module 1 according to the invention has a first edge reinforcement layer 7.1 with a recess 16.
  • the first edge reinforcement layer 7.1 is arranged above the projection 13.
  • a second edge reinforcement layer 7.2 is arranged with an opening 17 above the first edge reinforcement layer 7.1.
  • the second edge reinforcement layer 7.2 covers a circumferential edge region 9 of the front pane 6, for example, 1 cm.
  • the bus bars 21 .1, 21 .2 are connected at one end to the solar cell 4 and at the other end via an electrical line connection 23 to the connecting line 22.
  • the bus bars 21 .1, 21 .2 are arranged in the region of the edge reinforcement 7 within the recess 16 of the first edge reinforcing layer 7.1 and within the opening 17 of the second edge reinforcing layer 7.2.
  • the bus bar 21 is rotated within the recess 16 by 90 ° along its central axis. The location of the rotation is designated by the reference numeral 27.
  • FIG. 1 D shows a cross-sectional view along the section line AA 'from FIG. 1 A. From FIG. 1 D, the layer structure of the solar module 1 according to the invention is once again apparent.
  • the solar module 1 contains a carrier layer 2 of, for example, a glass fiber reinforced plastic.
  • the glass fiber reinforced plastic contains, for example, a multi-layer glass fiber fabric which is embedded in a casting resin molded from unsaturated polyester resin.
  • the carrier layer 2 has, for example, a glass content of 54%, a basis weight of 1.65 kg / mm 2 and a thickness of 1 mm.
  • the first intermediate layer 3 contains, for example, an adhesive film of ethylene-vinyl acetate (EVA) with a thickness of 0.4 mm.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the crystalline solar cell 4 consists for example of a monocrystalline silicon solar cell with a size of 156 mm x 156 mm. All solar cells 4 of a solar module 1 according to the invention are electrically conductively connected to one another via bus bars and, depending on the intended use, connected in series or in parallel. Furthermore, blocking or bypass diodes can be integrated into the solar module 1.
  • a second intermediate layer 5 which contains, for example, an adhesive film of ethylene-vinyl acetate (EVA) with a thickness of 0.4 mm.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the windshield 6 contains, for example, a low-iron soda-lime glass with a thickness of 0.9 mm to 2.8 mm and in particular of 1 mm.
  • the soda-lime glass is thermally partially prestressed with a prestress of, for example, 40 MPa.
  • Part toughened glass differs from toughened glass by a slower cooling process. The slower cooling process results in less stress differences between the core and the surfaces of the glass.
  • the flexural strength of semi-tempered glass is between that of unbiased and tempered glass.
  • Part toughened glass has in Breakage a high residual capacity and is therefore particularly suitable for crash-proof glazing on buildings or in the roof area.
  • the carrier layer 2 has a first thermal expansion coefficient of, for example, 27 ⁇ 10 -6 / K.
  • the front pane 6 has a second coefficient of thermal expansion of, for example, 9 ⁇ 10 -6 / K.
  • the difference between the first and second coefficients of thermal expansion is 18 ⁇ 10 -6 / K and thus 200% of the second thermal expansion coefficient.
  • the carrier layer 2 has in this embodiment, a circumferential projection 13 on the windscreen 6.
  • the width a of the supernatant is preferably from 0.5 cm to 10 cm and for example 2 cm.
  • the edge reinforcement 7 is arranged above the overhang 13 of the carrier layer 2 and above an edge region 9 of the front pane 6.
  • the width b of the edge region 9 is preferably 0.5 cm to 10 cm and for example 1 cm.
  • the edge reinforcement 7 includes a first edge reinforcing layer 7.1 and a second edge reinforcing layer 7.2.
  • the first edge reinforcing layer 7.1 is connected to the carrier layer 2 via an adhesive layer 14 and, for example, via a double-sided adhesive tape.
  • the thickness of the first edge reinforcing layer 7.1 is selected, for example, such that the upper side of the first edge reinforcing layer 7.1 and the upper side of the front pane 6 form a flush and planar surface.
  • the first edge reinforcement layer 7.1 may also contain a layer sequence of several layers and, for example, two layers.
  • the first edge reinforcing layer 7.1 may also contain only one adhesive, for example a double-sided adhesive tape, the thickness of the adhesive tape compensating for the height difference between the carrier layer 2 and the front pane 6.
  • the second edge reinforcing layer 7.2 is arranged in sections above the first edge reinforcing layer 7.1 and above an edge region 9 of the front pane 6.
  • the second edge reinforcing layer 7.2 is connected by an adhesive layer 15 to the first edge reinforcing layer 7.1 and the edge region 9 of the windshield 6.
  • the second edge reinforcing layer 7.2 protects the sensitive outer edge region 9 of the windshield 6 from damage, for example from hailstorm.
  • the edge reinforcement 7 with a first edge reinforcing layer 7.1 and a second edge reinforcing layer 7.2 can nevertheless be made of one piece, for example of a plastic such as polyurethane (PU) or polyvinyl chloride (PVC).
  • the one-piece edge reinforcement 7 then has a first section with a strip-shaped recess, for example, and a second section with a, for example, round opening, which is arranged above the strip-shaped recess of the first section.
  • the edge reinforcement 7 can be produced for example by extrusion, injection molding or Reaction Injection Molding (RIM).
  • FIG. 1E shows a cross-sectional view along the section line B-B 'from FIG. 1A.
  • a plurality of water drainage channels 8.1, 8.2 are arranged in the form of recesses.
  • the water drainage channels 8.1, 8.2 connect the inner edge 10 of the second edge reinforcing layer 7.2 with the externa ßeren edge
  • the width d of the water drainage channels 8.1, 8.2 is from 1 mm to 5 mm and for example 3 mm.
  • the width d of the water drainage channels 8.1, 8.2 and the thickness of the second edge reinforcement layer 7.2 are chosen so that a hailstone with a diameter of 25 mm does not damage the windscreen in the hail impact test. This can be determined in the context of simple experiments.
  • the water drainage channels 8.1 are arranged for example at an angle of 45 ° to the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1.
  • each long outside II, IV of the solar module 1 has five water drainage channels 8.2 and each short Au JOzan I, III of the solar module 1 three water drainage channels 8.2.
  • the water drainage channels 8.2 on the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1 are arranged, for example, at right angles to the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1.
  • the solar module 1 according to the invention has a basis weight of about 5.6 kg / m 2 .
  • FIG. 1F shows a simplified schematic representation of the connection region of the solar module according to the invention from FIG. 1A.
  • the first edge reinforcing layer 7.1 is disposed below the second edge reinforcing layer 7.2.
  • the recesses 16 of the first edge reinforcing layer 7.1 are arranged below the openings 17 of the second edge reinforcing layer 7.2.
  • the bus bars 21 .1, 21 .2 run within the recess 16 to below the openings 17. There, the bus bars 21 .1, 21 .2 out orthogonal to the carrier layer 2 upwards and out of the second edge reinforcing layer 7.2 out.
  • the connection housing and connection lines are not shown for clarity in Figure 1 F.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the edge of an alternative embodiment of a solar module according to the invention.
  • the first edge reinforcing layer 7.1 and the second edge reinforcing layer 7.2 each have a thickness which corresponds to approximately half of the layer structure of the first intermediate layer 3, solar cells 4, second intermediate layer 5 and front pane 6.
  • the second edge reinforcement layer 7.2 forms a flush transition 25 with the windshield 6.
  • This embodiment is particularly suitable for thick windscreens 6, preferably with a thickness of more than 2.8 mm. In contrast to thin windshields 6, thick windshields 6 are not damaged in the hail impact test with exposure to hail in the edge region of the windshield 6.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another embodiment of a solar module according to the invention.
  • the bus bars 21 include, for example, a tinned copper metal foil having a width of 5 mm and a thickness of 0.2 mm.
  • the bus bars 21 may have an additional insulation 26 in a region around the point where they protrude beyond the windscreen 6, for example a polyimide film or a butyl rubber.
  • the insulation 26 may be arranged on the upper side, that is to say the side of the bus bar 21 facing the front screen 6.
  • the insulation 26 encloses the bus bar 21 on the top, the bottom and the two outer sides. The insulation 26 isolates the bus bar against moisture, which penetrates into the space between the windscreen 6 and edge reinforcement 7.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional representation of the layer structure of an alternative exemplary embodiment of a solar module 1 according to the invention.
  • the layer structure comprises a carrier layer 2, a first intermediate layer 3, crystalline solar cells 4, a second intermediate layer 5 and a front screen 6.
  • the carrier layer 2 contains in this embodiment a metal foil, for example a foil of a stainless steel such as stainless steel, material number 1 .4016 with a thickness of 0.3 mm.
  • the first intermediate layer 3 contains a stacking sequence of a first adhesive layer 3.1, an insulating layer 3.2 and a second adhesive layer 3.3.
  • the first adhesive layer 3.1 and the second adhesive layer 3.3 contain, for example, an adhesive film of ethylene vinyl acetate (EVA) with a thickness of 0.4 mm.
  • the insulating layer 3.2 contains a solid, insulating film, for example of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 50 ⁇ .
  • PET polyethylene terephthalate
  • the insulation layer 3.2 has the task of isolating the bus bars 21 and the rear side of the solar cells 4 from the electrically conductive metal foil of the carrier layer 2.
  • the electrical insulation by the additional insulation layer 3.2 is particularly important, since in particular unevenness and solder joints of the solar cells 4 and bus bars 21 can penetrate a thin and comparatively soft intermediate layer of ethylene-vinyl acetate (EVA) in the lamination process. This can lead to short circuits and leakage currents in the solar module 1.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • FIG. 5 A shows a cross-sectional illustration of a flat roof 30 according to the invention with solar modules 1 according to the invention.
  • the solar modules 1 are shown in a section along the section line B-B 'of Figure 1A.
  • the roof skin 31 of the flat roof 30 according to the invention contains, for example, a membrane of bitumen, polymer-modified bitumen, thermoplastic olefin-based elastomers (TPO) or polyvinyl chloride (PVC).
  • TPO thermoplastic olefin-based elastomers
  • PVC polyvinyl chloride
  • the solar modules 1 are glued in each case via an adhesive layer 32 with the roof skin 31.
  • the adhesive layer 32 contains, for example, butyl, acrylic, bitumen, silicone or another weather-resistant adhesive.
  • the roof skin 31 of the flat roof 30 has, for example, an inclination of 3 °.
  • the water accumulating on the windscreen can drain off via the water drainage channels 8.1 and 8.2.
  • FIG. 5B shows a cross-sectional illustration of an alternative embodiment of a flat roof 30 according to the invention.
  • the solar modules 1 are shown in a section along the section line BB 'from FIG. 1A.
  • Several U-shaped support rails 35 are firmly connected to the roof skin 31 of the flat roof 30.
  • the support rails 35 include, for example, a plastic or a metal such as aluminum.
  • the solar modules 1 according to the invention are introduced into and held by the U-shaped retaining rails 35 on two opposite outer sides I, III or II, IV.
  • FIG. 5C shows a cross-sectional illustration of a further alternative embodiment of a flat roof 30 according to the invention.
  • the solar modules 1 are shown in a section along the section line B-B 'from FIG. 1A.
  • the roof skin 31 includes a trapezoidal sheet 34 with high points, so-called webs and recesses located therebetween, so-called beads.
  • the distance from one center of the bead to the next is, for example, 207 mm.
  • the tread depth, that is, the height difference between the web and bead is, for example, 35 mm.
  • the trapezoidal sheet has a thickness of, for example, 0.75 mm and consists of a galvanized sheet steel.
  • the solar modules 1 are bolted to the trapezoidal sheet 34 in the region of the edge reinforcement 7 and in particular in the region of the projection of the carrier layer 2 via the front pane 6.
  • Figure 6 A shows a cross-sectional view of an alternative embodiment of a solar module 1 according to the invention along the section line A-A 'of Figure 1 A.
  • the embodiment differs from the example of Figure 1 B in that the second edge reinforcement 7.2 does not overlap the windscreen 6.
  • the second edge reinforcement 7.2 is increased by a height h over the windshield 6.
  • the height h is, for example, 1 mm.
  • FIG. 6B shows a section of the edge of the solar module 1 from FIG. 6A.
  • the outer region of a front pane 6 is particularly susceptible to chipping or shelling of the glass, for example when a hailstone 40 strikes in the hail impact test.
  • Due to the elevation h of the second edge reinforcing layer 7.2 on the windshield 6 creates a protected area 41st A hailstone 40 with a diameter of, for example, 25 mm can not penetrate into the region 41 of the windshield 6 which is particularly susceptible to damage because of the elevation with the height h of the second edge reinforcing layer 7.2.
  • the height h can be determined by simple tests in the hail impact test.
  • FIG. 7 shows a detailed flowchart of the method according to the invention.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul (1), welches mindestens umfasst: a) eine Trägerschicht (2) und darauf übereinander angeordnet eine erste Zwischenschicht (3), mindestens eine Solarzelle (4), eine zweite Zwischenschicht (5) und eine Frontscheibe (6), b) eine erste Randverstärkungsschicht (7.1) und eine zweite Randverstärkungsschicht (7.2), mindestens ein Anschlussgehäuse (20) und mindestens zwei Sammelleiter (21.1, 21.2), die die Solarzelle (4) mit dem Anschlussgehäuse (20) elektrisch leitend verbinden, wobei die Trägerschicht (2) einen umlaufenden Überstand (13) über die Frontscheibe (6) aufweist, die erste Randverstärkungsschicht (7.1) oberhalb des umlaufenden Überstandes (13) angeordnet ist und eine Aussparung (16) aufweist, die zweite Randverstärkungsschicht (7.2) oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht (7.1) angeordnet ist und eine Öffnung (17) aufweist und der Sammelleiter (21.1, 21.2) in der Aussparung (16) und in der Öffnung (17) angeordnet ist.

Description

Solarmodul
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul, ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls sowie ein Flachdach mit Solarmodul.
Photovoltaische Schichtsysteme zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie sind hinreichend bekannt. Die Materialien und die Anordnung der Schichten sind so abgestimmt, dass einfallende Strahlung von einer oder mehreren halbleitenden Schichten mit möglichst hoher Strahlungsausbeute direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird. Photovoltaische und flächig ausgedehnte Schichtsysteme werden als Solarzellen bezeichnet.
Solarzellen enthalten in allen Fällen Halbleitermaterial. Die größten bislang bekannten Wirkungsgrade von mehr als 20 % werden mit Hochleistungssolarzellen aus monokristallinem, polykristallinem oder mikrokristallinem Silizium oder Gallium-Arsenid erzielt. Mehr als 80% der zurzeit installierten Solarzellenleistung basiert auf kristallinem Silizium. Dünnschichtsolarzellen benötigen Trägersubstrate zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften und der technologischen Handhabbarkeit sind Dünnschichtsysteme mit amorphen, mikromorphen oder polykristallinen Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium- Arsenid (GaAs), Kupfer-lndium-(Gallium)-Selenid-Sulfid (Cu(ln,Ga)(S,Se)2), Kupfer- Zink-Zinn-Sulfo-Selenid (CZTS) sowie organischen Halbleitern besonders für Solarzellen geeignet. Der pentenäre Halbleiter Cu(ln,Ga)(S,Se)2 gehört zur Gruppe der Chalkopyrit-Halbleiter, die häufig als CIS (Kupferindiumdiselenid oder -sulfid) oder CIGS (Kupferindiumgalliumdiselenid, Kupferindiumgalliumdisulfid oder Kupferindiumgalliumdisulfoselenid) bezeichnet werden. S kann in der Abkürzung CIGS für Selen, Schwefel oder eine Mischung beider Chalkogene stehen.
Eine elektrische Schaltung von mehreren Solarzellen wird als Photovoltaik- oder Solarmodul bezeichnet. Die Schaltung von Solarzellen wird in bekannten witterungsstabilen Aufbauten dauerhaft vor Umwelteinflüssen geschützt. Üblicherweise sind zwei Scheiben aus eisenarmem Kalk-Natron-Glas und haftvermittelnde Polymerfolien mit den Solarzellen zu einem bewitterungsstabilen Solarmodul verbunden. Die Solarmodule können über Anschlussdosen oder Anschlussgehäuse in eine Schaltung von mehreren Solarmodulen eingebunden sein. Die Schaltung von Solarmodulen ist über bekannte Leistungselektronik mit dem öffentlichen Versorgungsnetz oder einer autarken elektrischen Energieversorgung verbunden.
Flachdächer von Lagerhallen oder Industrieanlagen haben eine große, exponierte und nicht abgeschattete Fläche. Sie eignen sich daher besonders gut für die Installation von Photovoltaikanlagen. Die Dachhaut von Flachdächern besteht in der Regel aus Metallblechen und beispielsweise aus Trapezblechen. Flachdächer weisen üblicherweise nur eine geringe Dachneigung von 2% bis 17,6% auf und haben nur eine geringe Tragfähigkeit von beispielsweise 75 kg/m2.
Solarmodule nach dem Stand der Technik, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Scheiben aus Kalk-Natron-Glas einlaminiert sind, haben ein hohes Flächengewicht von beispielsweise 18 kg/m2. Sie eignen sich deshalb nicht zur Montage auf Flachdächern mit geringer Tragfähigkeit.
US 2010/00651 16 A1 offenbart ein Dünnglas-Solarmodul mit einem Flächengewicht von 5 kg/m2 bis 10 kg/m2. Das Dünnglas-Solarmodul umfasst eine Trägerschicht, Solarzellen und eine Frontscheibe aus sehr dünnem, chemisch gehärtetem Glas. Das sehr dünne Glas ist flexibel. Die Frontscheibe ist so nachgiebig, dass die Einschlagsenergie eines Hagelkorns bei dem gesetzlich vorgeschriebenen Hagelschlagtest durch die Trägerschicht auf der Rückseite des Solarmoduls aufgenommen wird.
Ein solcher Aufbau ist für Hochleistungssolarzellen aus kristallinem Silizium nicht geeignet. Das kristalline Silizium ist spröde und würde durch die Verbiegung der Frontscheibe brechen. Dies führt in der Regel zur Zerstörung eines großen Bereichs der Solarzelle, selbst wenn die Frontscheibe so flexibel ist, dass sie nicht beschädigt wird.
In Solarmodulen nach dem Stand der Technik, werden die Solarzellen durch Sammelleiter verbunden und die Sammelleiter aus dem Solarmodul herausgeführt. Wie aus US 2008/0041434 A1 bekannt ist, werden die Sammelleiter beispielsweise an einer Au ßenkante des Solarmoduls aus dem Verbund der zwei Scheiben herausgeführt. Die Sammelleiter werden um die Au ßenkante herumgeführt und auf der Rückseite des Solarmoduls verklebt. Die Austrittsstelle des Sammelleiters aus dem Verbund ist eine Schwachstelle für eine mechanische Beschädigung des Sammelleiters. Außerdem kann an der Austrittsstelle Feuchtigkeit leicht in das Solarmodul eindringen.
Aus US 2008/0041434 A1 ist ebenfalls ein Solarmodul bekannt, bei dem die Sammelleiter durch Öffnungen in der rückwärtigen, der Sonneneinstrahlung abgewandten Scheibe herausgeführt werden. Das Einbringen der Öffnungen in eine Scheibe aus Glas ist ein aufwendiger und kostenintensiver Prozessschritt. Des Weiteren wird die Scheibe durch die Öffnung in ihrer Stabilität geschwächt.
JP 2003 161 003 A beschreibt ein verkapseltes Solarmodul, bei dem eine wasserdichte und dünne Anschlussbox auf der Rückseite des Solarmoduls angeordnet ist. Das Gehäuse des Solarmoduls ist dabei einstückig aus einem Harz geformt.
DE 197 12 747 A1 offenbart ein photovoltaisches Solarmodul mit einer dem einfallenden Licht zugewandten Au ßenscheibe, wenigstens einer in Lichteinfallsrichtung dahinter unter Erzeugung eines Scheibenzwischenraumes mit Abstand angeordneten Innenabdeckung und einem die Au ßenscheibe und die Innenabdeckung umlaufend dicht miteinander verbindenden Randaufbau. Zwischen der Außenscheibe und der Innenabdeckung sind in Gießharz, Verbundfolie(n) oder dergleichen eingebettete Solarzellen angeordnet. Die Solarzellen sind mit einem elektrisch verschaltenden Leitersystem verbunden, von dem Anschlussleitungen zum elektrischen Verbinden mit benachbarten weiteren Solarmodulen in den außerhalb des Solarmoduls liegenden Bereich führen.
FR 2 362 494 A1 beschreibt ein Solarmodul mit serienverschalteten Solarzellen, bei dem der Au ßenanschluss im Randbereich des Solarmoduls angeordnet ist.
DE 10 2005 020 129 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einem elektrischen Anschlusssystem zur elektrischen Verschaltung des Solarmoduls. Das Anschlusssystem umfasst ein Verbinderelement zum externen elektrischen Anschluss des Moduls. Das Verbinderelement enthält ein mechanisches Anschlussmittel für ein weiteres Verbinderelement, so dass das Verbindersystem modular erweiterbar ist. Das Verbinderelement ist bevorzugt im Eckbereich des Solarpanels oder zu einem gewissen Teil auf einer Hauptfläche des Solarpanels angeordnet.
WO 2008/148524 A2 offenbart ein Solarmodul mit einem elektrischen Anschlusssystem zur elektrischen Verschaltung des Solarmoduls. Das Anschlusssystem umfasst ein Verbinderelement, das am Rand des Solarmoduls auf einem Überstand einer ersten Scheibe über einer zweiten Scheibe angeordnet ist.
EP 1 860 705 A1 offenbart ein stabiles, selbsttragendes Solarmodul, das an seinen äußeren Bereichen in einem Montagerahmen angeordnet ist. Der Montagerahmen weist Kerben auf, durch die auf dem Solarmodul befindliche Flüssigkeiten abfließen können.
DE 10 2009 016 735 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einer Frontscheibe und einer Rückscheibe, wobei eine der Scheiben eine Dicke von mindestens 3 mm und die andere eine Dicke von höchstens 2 mm aufweist.
DE 10 2008 049 890 A1 offenbart eine photovoltaische Anordnung mit einer transparenten Kunststoffschicht und einem auf einer Seite der transparenten Kunststoffschicht angeordneten Photovoltaik-Modul. Das Photovoltaik-Modul weist mindestens eine Photovoltaikzelle auf, die zwischen einer der transparenten Kunststoffschicht zugewandten Vorderseiten-Abdeckschicht und einer der Kunststoffschicht abgewandten Rückseiten-Abdeckschicht angeordnet ist.
US 4,830,038 A beschreibt ein Solarmodul, das durch ein Elastomer unterstützt und eingekapselt wird. Das Elastomer wird in einem Spritzgussverfahren um die Rückseite, die Seitenflächen und einen Teil der Frontseite gegossen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Solarmodul mit verbesserter Herausführung der Sammelleiter bereitzustellen. Das verbesserte Solarmodul soll insbesondere leichtgewichtig und zur Installation auf einem Flachdach geeignet sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Solarmodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls. Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Solarmoduls geht aus weiteren Ansprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Solarmodul umfasst
a) eine Trägerschicht und darauf übereinander angeordnet eine erste
Zwischenschicht, mindestens eine Solarzelle, eine zweite Zwischenschicht und eine Frontscheibe und
b) eine erste Randverstärkungsschicht und eine zweite Randverstärkungsschicht, mindestens ein Anschlussgehäuse und mindestens zwei Sammelleiter, die die Solarzelle mit dem Anschlussgehäuse elektrisch leitend verbinden,
wobei die Trägerschicht einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe aufweist, die erste Randverstärkungsschicht oberhalb des umlaufenden Überstandes
angeordnet ist und eine Aussparung aufweist, die zweite Randverstärkungsschicht oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht angeordnet ist und eine Öffnung aufweist und der Sammelleiter in der Aussparung und in der Öffnung angeordnet ist.
Die Begriffe „übereinander angeordnet" oder„oberhalb angeordnet" beschreiben im Sinne der Erfindung eine deckungsgleiche oder eine abschnittsweise Anordnung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Trägerschicht einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe von mindestens 0,3 cm auf, bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 1 bis 2 cm. Die Randverstärkungsschicht kann auf dem Überstand angeordnet und beispielsweise mit dem Überstand verklebt werden. Dadurch werden eine sichere Befestigung der Randverstärkung und ein zusätzlicher Schutz der Außenkante des Solarmoduls erzielt. Des Weiteren wird die Au ßenkante des Solarmoduls vor eindringender Feuchtigkeit geschützt, insbesondere in dem Bereich, in dem die Sammelleiter zwischen Frontscheibe und Trägerschicht herausgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle eine monokristalline oder polykristalline Solarzelle, bevorzugt mit einem dotierten Halbleitermaterial wie Silizium oder Gallium-Arsenid.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle eine Dünnschichtsolarzelle, die bevorzugt amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs), Kupfer-lndium-(Gallium)- Selenid-Sulfid (Cu(ln,Ga)(S,Se)2), Kupfer-Zink-Zinn-Sulfo-Selenid (CZTS) oder organische Halbleiter enthält.
Alternativ umfasst die Solarzelle eine Tandemzelle aus zwei übereinander angeordneten Solarzellen unterschiedlichen Typs, beispielsweise eine kristalline Silizium-Solarzelle in Kombination mit einer Dünnschichtsolarzelle, einer organischen Solarzelle oder einer amorphen Silizium-Solarzelle.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle alle Solarzellen, die selbst und/oder deren Trägermaterial spröde sind und durch leichte Verbiegung oder punktuelle Belastung mit geringen Kräften brechen oder beschädigt werden. Eine leichte Verbiegung bedeutet hier beispielsweise eine Krümmung mit einem Krümmungsradius von weniger als 1500 mm. Eine punktuelle Belastung mit geringen Kräften bedeutet hier beispielsweise eine Indentation durch den Einschlag eines Hagelkorns mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Geschwindigkeit von 23 m/s in einem Hagelschlagtest. Eine Beschädigung bedeutet hier eine Verschlechterung der photovoltaischen Eigenschaften der Solarzelle durch eine mechanische Beschädigung des Halbleitermaterials, des Trägermaterials oder elektrischer Leitungsverbindungen, beispielsweise durch einen Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung. Die Beschädigung der Solarzelle mindert den Wirkungsgrad der Solarzelle beispielsweise sofort nach dem Einschlag um mehr als 3 %. Üblicherweise findet eine weitere Verschlechterung des Wirkungsgrads aufgrund von Mikrorissen im Laufe der Zeit statt.
Die erste und/oder zweite Zwischenschicht enthält eine Klebeschicht, bevorzugt eine oder mehrere Klebefolien, besonders bevorzugt aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), lonomeren, thermoplastischem Polyurethan (TPU), thermoplastischem Elastomerpolyolefin (TPO), thermoplastischem Elastomer (TPE) oder anderen Materialien mit entsprechenden klebenden und feuchtigkeitsabdichtenden Eigenschaften. Die Dicke einer Klebeschicht kann breit variieren und beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm und insbesondere 0,4 mm.
Die äußeren Abmessungen des erfindungsgemäßen Solarmoduls können breit variieren und betragen bevorzugt von 0,6 m x 0,6 m bis 1 ,2 m x 2,4 m. Ein erfindungsgemäßes Solarmodul enthält bevorzugt von 6 bis 100 einzelne Solarzellen oder Solarzellenarrays. Die Fläche einer einzelnen Solarzelle beträgt bevorzugt von 153 mm x 153 mm bis 178 mm x 178 mm.
Die Frontscheibe enthält ein für Sonnenlicht weitgehend transparentes Material, bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Solarglas, Kalk-Natron-Glas, oder Polymere, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und/oder Gemische davon. Die Frontscheibe enthält besonders bevorzugt eisenarmes Kalk-Natron-Glas mit einer besonders hohen Transparenz für Sonnenlicht von mehr als 90 % in einem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1500 nm.
Die Frontscheibe enthält bevorzugt thermisch teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas mit einer Vorspannung von 30 MPa bis 120 MPa und bevorzugt von 32 MPa bis 85 MPa. Die Frontscheibe kann zusätzliche weitere Beschichtungen, wie Antireflektionsschichten, Antihaftschichten oder Antikratzschichten aufweisen. Die Frontscheibe kann eine einseitige oder beidseitige Mikrostrukturierung oder Nanostrukturierung aufweisen, die beispielsweise die Reflektion von einfallendem Sonnenlicht reduziert. Die Frontscheibe kann eine Einzelscheibe oder eine Verbundscheibe aus zwei oder mehreren Scheiben sein. Die Verbundscheibe kann weitere Schichten, wie transparente thermoplastische Klebeschichten oder Kunststoffschichten enthalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung muss die Frontscheibe ausreichend stabil und unnachgiebig sein, um die darunterliegenden Solarzellen vor Beschädigung zu schützen. Mögliche Ursachen für Beschädigungen sind Hagelschlag, Windlast, Schneelast oder Verbiegung bei der Montage sowie ein Betreten durch Personen oder Tiere oder das Fallenlasse eines Werkzeugs. Gleichzeitig soll die Frontscheibe möglichst dünn sein und ein geringes Gewicht aufweisen, um für die Montage auf Flachdächern mit geringer Tragefähigkeit geeignet zu sein.
Wie Versuche der Erfinder gezeigt haben, genügen erfindungsgemäße Solarmodule mit Frontscheiben aus teilvorgespanntem oder vorgespanntem Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von mindestens 0,9 mm den technischen Anforderungen hinsichtlich Verwindungssteifheit und Stabilität. Erfindungsgemäße Frontscheiben mit einer Dicke von mindestens 0,9 mm bieten insbesondere einen ausreichenden Schutz für im Solarmodul enthaltenen kristalline Solarzellen im Hagelschlagtest nach IEC 61215. Der Hagelschlagtest umfasst den Beschlag der Vorderseite des Solarmoduls mit Hagelkörnern mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Geschwindigkeit von 23 m/s. Die erfindungsgemäße Frontscheibe hat eine ausreichende Stabilität und Unnachgiebigkeit um die Energie des Einschlags eines Hagelkorns zu absorbieren, ohne dass die kristalline Solarzelle im Inneren des Solarmoduls beschädigt wird.
Alternativ kann die Frontscheibe flexibel sein und bei Belastungen nachgiebig sein. Die auftretenden Kräfte werden durch die Trägerschicht aufgenommen. Nachgebende Frontscheiben, das heißt Frontscheiben aus nachgiebigen Materialien oder sehr dünne Frontscheiben sind nicht für Solarmodule mit spröden oder kristallinen Solarzellen geeignet. Die kristalline Solarzelle würde durch die Verbiegung der Frontscheibe brechen. Dies führt in der Regel zur Zerstörung eines großen Bereichs der Solarzelle, selbst wenn die Frontscheibe nicht beschädigt wird.
Die Dicke der Frontscheibe bestimmt maßgeblich das Gewicht des Solarmoduls. Um ein möglichst leichtgewichtiges Solarmodul bereitzustellen, welches für die Installation auf einem Flachdach mit einer nur geringen Tragfähigkeit geeignet ist, werden vorzugsweise Frontscheiben mit einer Dicke von höchstens 2,8 mm verwendet. Ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einer Frontscheibe mit einer Dicke von 2,8 mm hat ein Flächengewicht von etwa 10 kg/m2. Ein solches Solarmodul eignet sich für die Montage auf Flachdächern mit einer niedrigen Traglastreserve von mindestens 10 kg/m2.
Die erfindungsgemäße Frontscheibe selbst wird durch den Hagelschlagtest nicht beschädigt, sofern der Hageleinschlag nicht in einem Randbereich erfolgt. Die Randbereiche von Glasscheiben sind besonders empfindlich gegen Abplatzer und Ausmuschelungen.
Der Randbereich der Frontscheibe kann durch eine Randverstärkung stabilisiert werden. Die erfindungsgemäße Randverstärkung schützt den Randbereich der Frontscheibe vor Beschädigungen im Hagelschlagtest. Die Randverstärkung umfasst eine oder mehrer Schichten bevorzugt aus Metall, Glas, Gummi, Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Die Randverstärkung umfasst besonders bevorzugt das Material der Trägerschicht. Die Trägerschicht hat vorteilhafterweise einen an das Solarmodul und die Frontscheibe angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch treten keine oder nur geringe mechanische Spannungen aufgrund von unterschiedlicher Temperaturausdehnung der Materialien des Solarmoduls auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls ist die Oberseite der Randverstärkung bündig mit der Frontscheibe angeordnet.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Randverstärkung ist die Randverstärkung um eine Höhe h über die Frontscheibe überhöht. Die Höhe h beträgt bevorzugt mindestens 0,5 mm und besonders bevorzugt 1 mm bis 5 mm. Wie bereits ausgeführt, ist der äu ßere Bereich einer Frontscheibe besonders anfällig für Abplatzer oder Ausmuschelungen des Glases, beispielsweise bei Auftreffen eines Hagelkorns im Hagelschlagtest. Durch die Überhöhung h der Randverstärkung über die Frontscheibe entsteht ein geschützter Bereich. Ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von beispielsweise 25 mm kann wegen der Überhöhung h der Randverstärkung nicht in den besonders beschädigungsanfälligen Randbereich der Frontscheibe vordringen. Die Höhe h kann durch einfache Versuche im Hagelschlagtest ermittelt werden.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls überdeckt die Randverstärkung einen umlaufenden Randbereich der Frontscheibe. Die Randverstärkung überdeckt den umlaufenden Randbereich der Frontscheibe bevorzugt über eine Breite b von mindestens 0,3 cm, besonders bevorzugt von 0,5 cm bis 2 cm.
Da die Randverstärkung die Frontscheibe abschnittsweise überhöht oder überlappt, bildet sich eine umlaufende Umrandung, die die Frontscheibe ringförmig umschließt. Im Falle von Regenfällen oder Schneeschmelzen, kann sich im Bereich des Übergangs zwischen Frontscheibe und Randverstärkung Wasser ansammeln, welche wegen der umlaufenden Randverstärkung nicht abfließen kann. Die stehende Wasseransammlung fördert die Bildung von Algen. Au ßerdem kann die dauerhafte Wassereinwirkung die Feuchtigkeitsabdichtungen des Solarmoduls belasten. Des Weiteren sammelt sich in diesem Bereich Schmutz, Sand und Staub, der nicht durch Regenwasser weggespült werden kann.
Die Ansammlung von Wasser und Schmutz am Übergang zwischen Frontscheibe und Randverstärkung betrifft besonders Solarmodule auf Dächern, die nur eine geringe Dachneigung haben, sogenannten Flachdächern.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst deshalb Wasserablaufrinnen, die in die Randverstärkung eingebracht sind. Durch die Wasserablaufrinnen kann Regenwasser oder Schmelzwasser abfließen. Das abfließende Wasser kann Schmutz, Sand und Staub mit sich führen und die Frontscheibe des Solarmoduls frei von Verunreinigungen halten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Randverstärkung an jeder Ecke des Solarmoduls mindestens eine Wasserablaufrinne auf, die die Innenseite der Randverstärkung mit der Au ßenseite der Randverstärkung verbindet. Außenseite der Randverstärkung bedeutet hier die Seite der Randverstärkung, die sich an der Au ßenseite des Solarmoduls befindet. Innenseite der Randverstärkung bedeutet, die der Außenseite der Randverstärkung gegenüberliegende Seite.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Randverstärkung an jeder umlaufenden Außenseite des Solarmoduls mindestens eine Wasserablaufrinne auf.
Die Breite der Wasserablaufrinne ist vorteilhafterweise so gewählt, dass ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 25 mm bei einer Geschwindigkeit von 23 m/s bei zentralem oder seitlichem Aufschlag auf die Wasserablaufrinne, die Frontscheibe nicht beschädigt. Die Breite der Wasserablaufrinne ist abhängig von der Dicke der Randverstärkung, das heißt von der Höhe h der Überhöhung der Randverstärkung über die Frontscheibe, und kann durch einfache Versuche ermittelt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls hat die Wasserablaufrinne (8.1 , 8.2) eine Breite (d) von 0,5 mm bis 5 mm, bevorzugt von 2,5 mm bis 5 mm. Die Randverstärkung umfasst eine erste Randverstärkungsschicht und eine zweite Randverstärkungsschicht. Die erste und/oder die zweite Randverstärkungsschicht können aus zwei oder mehr Teilen bestehen. Die erste und die zweite Randverstärkungsschicht können alternativ einstückig ausgestaltet sein und einen ersten Bereich aufweisen, der die erste Randverstärkungsschicht ausbildet und einen zweiten Bereich aufweisen, der die zweite Randverstärkungsschicht ausbildet.
Die erste Randverstärkungsschicht ist zumindest abschnittsweise oberhalb des umlaufenden Überstandes der Trägerschicht über die Frontscheibe angeordnet. Die erste Randverstärkungsschicht ist insbesondere an der Seite des Solarmoduls, an dem die Sammelleiter aus dem Solarmodul herausgeführt werden, oberhalb des umlaufenden Überstandes angeordnet. Die erste Randverstärkungsschicht weist eine oder mehrere Aussparungen, bevorzugt zwei Aussparungen, auf.
Die zweite Randverstärkungsschicht ist oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht angeordnet. Die zweite Randverstärkungsschicht weist eine oder mehrere Öffnungen, bevorzugt zwei Öffnungen auf.
Die erste Randverstärkungsschicht und die zweite Randverstärkungsschicht sind durch Klebeschichten miteinander und/oder mit der Trägerschicht und der Frontscheibe verklebt. Die Klebeschichten dichten den Randbereich des Solarmoduls vor Feuchtigkeitseintritt ab und isolieren die spannungsführenden Teile des Solarmoduls. Die Klebeschichten enthalten bevorzugt einen Acrylatkleber, Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA), Silikon oder eine doppelseitige Klebefolie.
Die Aussparung der ersten Randverstärkungsschicht ist zu dem Schichtenaufbau aus Zwischenschichten, Solarzellen und Frontscheibe hin offen ausgestaltet. Die Aussparung ist an der Stelle angeordnet, an der der Sammelleiter den Schichtenaufbau verlässt, wobei der Sammelleiter nach dem Austritt aus dem Schichtenaufbau innerhalb der Aussparung angeordnet ist. Die Dicke der ersten Randverstärkungsschicht ist vorzugsweise kleiner als die Dicke des Schichtenaufbaus. Die zweite Randverstärkungsschicht ist oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht angeordnet und kann diese überlappen. Die Öffnung der zweiten Randverstärkungsschicht ist oberhalb der Aussparung der ersten Randverstärkungsschicht angeordnet und bildet mit dieser einen gemeinsamen Hohlraum.
Oberhalb der Öffnung der zweiten Randverstärkungsschicht ist mindestens ein Anschlussgehäuse angeordnet, bevorzugt ein Anschlussgehäuse für jeden Sammelleiter. Der Sammelleiter ist nach dem Austritt aus dem Schichtenaufbau und vor dem Eintritt in das Anschlussgehäuse innerhalb des Hohlraums aus Aussparung der ersten Randverstärkungsschicht und Öffnung der zweiten Randverstärkungsschicht angeordnet.
Der Sammelleiter tritt durch die Öffnung aus der Randverstärkung heraus. Der Sammelleiter ist im Anschlussgehäuse mit der Anschlussleitung elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung erfolgt bevorzugt über Stecker, Kontaktstifte, Kontaktzungen, Federelement, Crimp-Verbindungen, Lötstellen, Schwei ßstellen oder andere elektrische Leitungsverbindungen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls überdeckt das Anschlussgehäuse die komplette Öffnung. Das Anschlussgehäuse und/oder der aus Öffnung und Aussparung gebildete Hohlraum können durch ein Vergussmittel verschlossen werden. Das Vergussmittel dichtet das Solarmodul gegen eindringende Feuchtigkeit ab und enthält beispielsweise Polyurethan, Acryl, Silikon oder andere geeignete abdichtende Materialien.
Die Aussparung der ersten Randverstärkungsschicht ist beispielsweise rechteckig, mit spitzen oder abgerundeten Ecken oder halbkreisförmig ausgebildet. Die Aussparung kann auch andere Formen aufweisen, in denen ein oder mehrere Sammelleiter angeordnet werden können. Die Aussparung ist bevorzugt in einen engen Bereich um die Sammelleiter herum begrenzt.
Die Öffnung der zweiten Randverstärkungsschicht ist bevorzugt rechteckig, quadratisch, oder kreisförmig ausgebildet, wobei gleichwohl alle Formen geeignet sind, innerhalb derer der Sammelleiter zweckmäßigerweise angeordnet werden kann.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung umfasst die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Frontscheibe und Trägerschicht: Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Frontscheibe und Trägerschicht können bei Temperaturänderungen zu einer unterschiedlichen Temperaturausdehnung führen. Eine unterschiedliche Temperaturausdehnung von Frontscheibe und Trägerschicht kann zu einer Verbiegung des Solarmoduls und damit zu einer Beschädigung der kristallinen Solarzellen führen. Temperaturänderungen von mehr als 100°C treten beispielsweise bei der Lamination des Solarmoduls oder bei einer Erwärmung des Solarmoduls auf dem Dach auf.
Der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient, das heißt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Frontscheibe, beträgt bevorzugt von 8 x 10"6 /K bis 10 x 10~6 /K und für teilvorgespanntes Kalk-Natron-Glas beispielsweise von 8 x 10~6 /K bis 9,3 x 10-6 /K.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls beträgt die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient der Trägerschicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Frontscheibe < 300 %, bevorzugt < 200 % und besonders bevorzugt < 50 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Frontscheibe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Trägerschicht einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Der glasfaserverstärkte Kunststoff enthält beispielsweise ein mehrlagiges Glasfasergewebe, das in einen Gießharzformstoff aus ungesättigtem Polyesterharz eingebettet ist. Der Glasgehalt des glasfaserverstärkten Kunststoffs beträgt bevorzugt von 30 % bis 75 % und besonders bevorzugt von 50 % bis 75 %.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls hat die Trägerschicht einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7 x 10~6 /K bis 35 x 10~6 /K, bevorzugt von 9 x 10~6 /K bis 27 x 10~6 /K und besonders bevorzugt von 9 x 10"6 /K bis 20 x 10"6 /K .
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls beträgt die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten < 17 %, bevorzugt < 12 % und besonders bevorzugt < 7 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Trägerschicht eine Metallfolie mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,3 x 10-6 /K bis 10,5 x 10-6 /K. Die erste Zwischenschicht kann eine Stapelfolge aus zumindest einer ersten Klebeschicht, einer Isolationsschicht und einer zweiten Klebeschicht enthalten. Die Isolationsschicht enthält bevorzugt eine feste, isolierende Folie, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET). Die Isolationsschicht hat die Aufgabe die Sammelleiter und die Rückseite der Solarzellen von der elektrisch leitenden Metallfolie der Trägerschicht zu isolieren. Die Metallfolie enthält bevorzugt einen rostfreien Stahl, bevorzugt einen Edelstahl der EN-Werkstoffnummer 1 .4016, 1 .4520, 1 .451 1 , 1 .4017, 1 .41 13, 1 .4510, 1 .4516, 1 .4513, 1 .4509, 1 .4749, 1 .4724 oder 1 . 4762.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Flachdach mit
a) einer Dachhaut mit einer Dachneigung von 1 % (0,6°) bis 23,1 % (13°), b) mindestens einem erfindungsgemäßen Solarmodul, angeordnet auf der Dachhaut,
wobei die Dachhaut und das erfindungsgemäße Solarmodul durch mindestens eine Klebeschicht und/oder Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachdachs beträgt die Dachneigung von 2 % (1 ,1 °) bis 17,6 % (10°), bevorzugt von 5 % (2,9°) bis 17,6 % (10 °) und besonders bevorzugt von 5 % (2,9 °) bis 8,8 % (5°).
Die Klebeschicht, mit der das erfindungsgemäße Solarmodul und die Dachhaut verbunden sind, enthält bevorzugt einen Acrylatkleber, einen Buthylkleber, einen Bitumenkleber oder einen Silikonkleber oder eine doppelseitige Klebefolie. Die Verbindungsmittel enthalten bevorzugt Schraub-, Klemm- oder Nietverbindungen und/oder Halteschienen, Führungsschienen oder Ösen aus Kunststoff oder Metall, wie Aluminium, Stahl oder Edelstahl.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachdachs enthält die Dachhaut einen Kunststoff, bevorzugt Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas®), Polyester, Bitumen, polymermodifiziertes Bitumen, Polyvinylchlorid (PVC) oder thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPO), vorzugsweise mit einem flachen, kammerförmigen oder gewellten Profil.
In einer alternativen Ausgestaltung enthält die Dachhaut ein Metallblech, bevorzugt ein Metallblech aus Kupfer, Aluminium, Stahl, verzinkten und/oder mit Kunststoff beschichteten Stahl. Das Metallblech hat beispielsweise ein trapezförmiges Profil und wird im Folgenden als Trapezblech bezeichnet. Oberhalb oder unterhalb der Dachhaut können weitere Schichten angeordnet sein, beispielsweise Schichten zur thermischen Isolierung. Die Schichten zur thermischen Isolierung enthalten bevorzugt Kunststoffe oder Kunststoffschäume, beispielsweise aus Polystyrol oder Polyurethan.
Die Verschraubung des Solarmoduls mit der Dachhaut eines erfindungsgemäßen Flachdachs erfolgt vorzugsweise in einem Bereich der Randverstärkung des Solarmoduls und insbesondere im Bereich des Überstands der Trägerschicht über die Frontscheibe. Dies hat den besonderen Vorteil, dass kein Loch in die Frontscheibe eingebracht werden muss. Ein Loch in die gläserne Frontscheibe einzubringen ist ein aufwendiger und kostenintensiver Prozessschritt. Des Weiteren wird die Stabilität der Frontscheibe durch das Loch reduziert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls, wobei zumindest:
a) eine erste Randverstärkungsschicht mit mindestens einer Aussparung auf
einem Überstand der Trägerschicht über die Frontscheibe angeordnet wird und die Sammelleiter durch die Aussparung geführt werden,
b) eine zweite Randverstärkungsschicht mit mindestens einer Öffnung oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht angeordnet wird und die Sammelleiter durch die Öffnung geführt werden und
c) mindestens ein Anschlussgehäuse mit den Sammelleitern verbunden wird.
Zwischen Trägerschicht und Frontscheibe sind zumindest eine erste Zwischenschicht, eine Solarzelle und eine zweite Zwischenschicht angeordnet. Trägerschicht, erste Zwischenschicht, Solarzelle, zweite Zwischenschicht und Frontscheibe werden durch laminieren, bevorzugt bei einer Temperatur von 100 °C bis 170 °C miteinander verbunden. Der erhaltene Aufbau wird im Folgenden laminierte Schichtenfolge genannt. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung aus mindestens einer ersten Randverstärkungsschicht und einer bündig zu der Oberfläche der Frontscheibe angeordneten zweiten Randverstärkungsschicht gebildet. Die erste Randverstärkungsschicht und die zweite Randverstärkungsschicht können einstückig oder mehrteilig ausgestaltet sein und werden beispielsweise durch Klebeschichten miteinander und mit der laminierten Schichtenfolge verbunden.
Die erste Randverstärkungsschicht und die zweite Randverstärkungsschicht enthalten vorzugsweise einen glasfaserverstärkten Kunststoff.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung aus mindestens einer ersten Randverstärkungsschicht und mindestens einer die Frontscheibe in einem Randbereich abschnittsweise überlappenden zweiten Randverstärkungsschicht gebildet. Die erste Randverstärkungsschicht und die zweite Randverstärkungsschicht werden durch Klebeschichten mit der laminierten Schichtenfolge und miteinander verbunden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung vor dem Laminieren auf der Trägerschicht angeordnet und mit der Schichtenfolge durch den Laminationsvorgang verbunden.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Strang mit dem Querschnitt der Randverstärkung extrudiert, der Strang in Segmente unterteilt und Aussparungen sowie Öffnungen in die Segmente eingebracht. Zusätzlich können Wasserablaufrinnen in die Segmente eingebracht werden. Anschließend werden die Segmente der Randverstärkung mit der laminierten Schichtenfolge verbunden, beispielsweise verklebt.
Die Extrusion der Randverstärkung erfolgt durch an sich bekannte Extrusionsverfahren, bei denen Kunststoffe oder andere zähflüssige, härtbare Materialien in einem kontinuierlichen Verfahren durch eine speziell geformte Düse gepresst werden. Es entsteht ein Strang mit dem Querschnitt der Düse in beliebiger Länge. Der Strang kann in Segmente unterteilt werden, die die Länge jeweils einer Seite des Solarmoduls aufweisen. Alternativ kann der Strang in Segmente unterteilt werden, die jeweils eine umlaufende Länge des Solarmoduls haben. Die Kunststoffe können thermoplastische Kunststoffe sein, die während der Extrusion erhitzt werden.
Die Aussparungen, Öffnungen und Wasserablaufrinnen werden bevorzugt durch Schneiden oder Fräsen in die Oberfläche der Segmente eingebracht. Die Wasserablaufrinnen können während der Extrusion, beispielsweise durch ein sich bewegendes Formwerkzeug, in die Oberfläche der Segmente eingebracht werden. Die Wasserablaufrinnen können alternativ nach der Extrusion und vor dem Verkleben mit der laminierten Schichtenfolge in die Segmente eingebracht werden. Die Wasserablaufrinnen können in einer weiteren Alternative nach dem Verkleben mit der laminierten Schichtenfolge eingebracht werden.
Extrudierte Randverstärkungen enthalten bevorzugt Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Polycarbonat (PC), Styrolbutadien (SB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PUR) und Polyethylenterephthalat (PET).
In einer alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung durch Reaction Injection Molding (RIM) oder durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird.
Bei dem an sich bekannten Verfahren des Reaction Injection Molding (RIM) werden zwei Komponenten (und eventuell weitere Zusätze) in einem Mischer intensiv gemischt und unmittelbar anschließend als Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt. Die Aushärtung findet in dem formgebenden Werkzeug statt. Die Aussparungen, Öffnungen und Wasserablaufrinnen können bereits durch das formgebende Werkzeug vorgegeben werden oder nach dem Aushärten in den Rohling der Randverstärkung eingebracht werden.
Zur Herstellung einer Randverstärkung durch Reaction Injection Molding eignen sich besonders Kunststoffe wie Polyurethan (PUR), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Polyurea und Polyisocyanurat (PIR) Bei dem an sich bekannten Spritzgußverfahren werden bevorzugt Schmelzen von thermoplastischen Kunststoffen in ein formgebendes Werkzeug gepresst. Die Aussparungen, Öffnungen und Wasserablaufrinnen können bereits durch die Form vorgegeben werden oder nach dem Aushärten in den Rohling der Randverstärkung eingebracht werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls auf einem Flachdach, bevorzugt auf einem Metallflachdach eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs zur Fortbewegung auf dem Wasser, auf dem Land oder in der Luft. Für die Installation von erfindungsgemäßen Solarmodulen sind besonders Flachdächer von Lagerhallen, Industrieanlagen und Garagen oder Unterständen wie Carports geeignet, deren Dächer eine große, exponierte und nicht abgeschattete Fläche haben und eine geringe Dachneigung aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls auf einem Flachdach mit einer Dachneigung von 1 % (0,6°) bis 23,1 % (13 °), bevorzugt von 2 % (1 ,1 °) bis 17,6 % (10°), besonders bevorzugt von 5 % (2,9°) bis 17,6 % (10 °) und ganz besonders bevorzugt von 5 % (2,9 °) bis 8,8 % (5°).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist nicht vollständig maßstabsgetreu. Die Erfindung wird durch die Zeichnung in keiner Weise eingeschränkt.
Es zeigen:
Figur 1 A eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 1 B eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie D-D' aus Figur 1 A, Figur 1 C eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie C-C aus Figur 1A, Figur 1 D eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1 A, Figur 1 E eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B' aus Figur 1 A, Figur 1 F eine vereinfachte schematische Darstellung des Anschlussbereichs des erfindungsgemäßen Solarmoduls aus Figur 1 A,
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung des Rands eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 4 eine Querschnittsdarstellung des Schichtenaufbaus eines alternativen
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 5A eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Flachdachs,
Figur 5B eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flachdachs,
Figur 5C eine Querschnittsdarstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flachdachs,
Figur 6A eine Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1A,
Figur 6B einen Ausschnitt aus Figur 2A mit einem Hagelkorn im Hagelschlagtest und Figur 7 ein detailliertes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 A ist ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnetes erfindungsgemäßes Solarmodul veranschaulicht. Die Figur 1A zeigt eine Aufsicht auf die Vorderseite, das heißt auf die der Sonne zugewandte Seite, des Solarmoduls. Die Rückseite des Solarmoduls 1 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die der Vorderseite abgewandte Seite. Als Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 werden im Folgenden, die den äußeren Rand der Vorderseite und der Rückseite umlaufenden Seiten bezeichnet.
Das Solarmodul 1 umfasst eine Mehrzahl seriell verschalteter Solarzellen 4, von denen in der Figur 1 A sechs dargestellt sind. Die Solarzellen 4 sind in diesem Beispiel monokristalline Silizium-Solarzellen. Jede Solarzelle hat eine Nennspannung von beispielsweise 0,63 V, so dass das Solarmodul 1 eine Gesamtnennspannung von beispielsweise 3,8 V hat. Die Spannung wird über zwei Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 zu zwei Anschlussgehäusen 20 im Randbereich der Seite III des Solarmoduls 1 herausgeführt. In den Anschlussgehäusen 20 erfolgt die elektrische Leitungsverbindung zu den Anschlussleitungen 22. Die Anschlussleitungen 22 sind mit einem Stromnetz oder weiteren Solarmodulen verbunden, die in dieser Abbildung nicht dargestellt sind.
Die Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 sind mit den Solarzellen 4 elektrisch leitend verbunden. Ein Sammelleiter 21 enthält üblicherweise ein metallisches Band, beispielsweise ein verzinntes Kupferband mit einer Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und einer Breite von 2 mm bis 16 mm. Kupfer hat sich für solche Sammelleiter bewährt, da es eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Verarbeitbarkeit zu Folien besitzt. Gleichzeitig sind die Materialkosten niedrig. Es können auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden, die sich zu Folien verarbeiten lassen. Beispiele hierfür sind Aluminium, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon.
Figur 1 B zeigt eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie D-D' und Figur 1 C eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie C-C aus Figur 1A. Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 umfasst einen Schichtaufbau aus Trägerschicht 2, erster Zwischenschicht 3, Solarzelle 4, zweiter Zwischenschicht 5 und Frontscheibe 6. Die Trägerschicht 2 hat einen umlaufenden Überstand 13 über die Frontscheibe 6 von beispielsweise 2 cm. Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 weist eine erste Randverstärkungsschicht 7.1 mit einer Aussparung 16 auf. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 ist oberhalb des Überstands 13 angeordnet. Des Weiteren ist eine zweite Randverstärkungsschicht 7.2 mit einer Öffnung 17 oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 angeordnet. Die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 überdeckt einen umlaufenden Randbereich 9 der Frontscheibe 6 von beispielsweise 1 cm.
Die Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 sind an einem Ende mit der Solarzelle 4 und am anderen Ende über eine elektrische Leitungsverbindung 23 mit der Anschlussleitung 22 verbunden. Die Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 sind im Bereich der Randverstärkung 7 innerhalb der Aussparung 16 der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 und innerhalb der Öffnung 17 der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 angeordnet. Der Sammelleiter 21 ist innerhalb der Aussparung 16 um 90° entlang seiner Mittelachse gedreht. Der Ort der Drehung ist mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet. Figur 1 D zeigt eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1 A. Aus Figur 1 D wird der Schichtenaufbau des erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 nochmals ersichtlich. Das Solarmodul 1 enthält eine Trägerschicht 2 aus beispielsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Der glasfaserverstärkte Kunststoff enthält beispielsweise ein mehrlagiges Glasfasergewebe, das in einen Gießharzformstoff aus ungesättigtem Polyesterharz eingebettet ist. Die Trägerschicht 2 hat beispielsweise einen Glasgehalt von 54 %, ein Flächengewicht von 1 ,65 kg/mm2 und eine Dicke von 1 mm.
Oberhalb der Trägerschicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 3 angeordnet. Die erste Zwischenschicht 3 enthält beispielsweise eine Klebefolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) mit einer Dicke von 0,4 mm.
Oberhalb der ersten Zwischenschicht 3 sind mehrere kristalline Solarzellen 4 angeordnet, von denen in Figur 1 D zwei dargestellt sind. Die kristalline Solarzelle 4 besteht beispielsweise aus einer monokristallinen Siliziumsolarzelle mit einer Größe von 156 mm x 156 mm. Alle Solarzellen 4 eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 sind über Sammelleiter und je nach Verwendungszweck in Reihenschaltung oder Parallelschaltung miteinander elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren können Sperr- oder Bypassdioden in das Solarmodul 1 integriert sein.
Oberhalb der Solarzellen 4 ist eine zweite Zwischenschicht 5 angeordnet, die beispielsweise eine Klebefolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) mit einer Dicke von 0,4 mm enthält.
Oberhalb der zweiten Zwischenschicht 5 ist eine Frontscheibe 6 angeordnet. Die Frontscheibe 6 enthält beispielsweise ein eisenarmes Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 0,9 mm bis 2,8 mm und insbesondere von 1 mm. Das Kalk-Natron-Glas ist mit einer Vorspannung von beispielsweise 40 MPa thermisch teilvorgespannt. Teilvorgespanntes Glas unterscheidet sich von vorgespanntem Glas durch einen langsameren Abkühlungsprozess. Der langsamere Abkühlungsprozess führt zu geringeren Spannungsunterschieden zwischen dem Kern und den Oberflächen des Glases. Die Biegefestigkeit von teilvorgespanntem Glas liegt zwischen der von nichtvorgespanntem und vorgespanntem Glas. Teilvorgespanntes Glas hat im Bruchfall eine hohe Resttragfähigkeit und eignet sich deshalb besonders für absturzsichere Verglasungen an Gebäuden oder im Dachbereich.
Die Trägerschicht 2 hat einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beispielsweise 27 x 10"6 /K. Die Frontscheibe 6 hat einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beispielsweise 9 x 10~6 /K. Die Differenz von erstem und zweitem thermischen Ausdehnungskoeffizienten beträgt 18 x 10"6 /K und damit 200 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Die Trägerschicht 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen umlaufenden Überstand 13 über die Frontscheibe 6 auf. Die Breite a des Überstandes beträgt bevorzugt von 0,5 cm bis 10 cm und beispielsweise 2 cm. Die Randverstärkung 7 ist oberhalb des Überstandes 13 der Trägerschicht 2 und oberhalb eines Randbereichs 9 der Frontscheibe 6 angeordnet. Die Breite b des Randbereichs 9 beträgt bevorzugt 0,5 cm bis 10 cm und beispielsweise 1 cm. Die Randverstärkung 7 enthält eine erste Randverstärkungsschicht 7.1 und eine zweite Randverstärkungsschicht 7.2. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 ist über eine Klebeschicht 14 und beispielsweise über ein doppelseitiges Klebeband mit der Trägerschicht 2 verbunden. Die Dicke der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 wird beispielsweise so gewählt, dass die Oberseite der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 und die Oberseite der Frontscheibe 6 eine bündige und plane Fläche bilden. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 kann auch eine Schichtfolge aus mehreren Lagen und beispielsweise aus zwei Lagen enthalten. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 kann auch nur einen Klebstoff, beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband enthalten, wobei die Dicke des Klebebandes den Höhenunterschied zwischen Trägerschicht 2 und Frontscheibe 6 ausgleicht.
Die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 ist abschnittsweise oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 und oberhalb eines Randbereichs 9 der Frontscheibe 6 angeordnet. Die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 ist durch eine Klebeschicht 15 mit der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 und dem Randbereich 9 der Frontscheibe 6 verbunden. Die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 schützt den empfindlichen äußeren Randbereich 9 der Frontscheibe 6 vor Beschädigung, beispielsweise vor Hagelschlag. Die Randverstärkung 7 mit einer ersten Randverstärkungsschicht 7.1 und einer zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 kann gleichwohl aus einem Stück gefertigt sein, beispielsweise aus einem Kunststoff wie Polyurethan (PU) oder Polyvinylchlorid (PVC). Die aus einem Stück gefertigte Randverstärkung 7 hat dann einen ersten Abschnitt mit einer beispielsweise streifenförmigen Aussparung und einen zweiten Abschnitt mit einer beispielsweise runden Öffnung, die oberhalb der streifenförmigen Aussparung des ersten Abschnitts angeordnet ist. Die Randverstärkung 7 kann beispielsweise durch Extrusion, Spritzgussverfahren oder Reaction Injection Moulding (RIM) hergestellt werden.
Figur 1 E zeigt eine Querschnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B' aus Figur 1 A. In der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 sind mehrere Wasserablaufrinnen 8.1 , 8.2 in Form von Aussparungen angeordnet. Die Wasserablaufrinnen 8.1 , 8.2 verbinden den inneren Rand 10 der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 mit dem äu ßeren Rand
1 1 der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2. Die Breite d der Wasserablaufrinnen 8.1 , 8.2 beträgt von 1 mm bis 5 mm und beispielsweise 3 mm. Die Breite d der Wasserablaufrinnen 8.1 , 8.2 und die Dicke der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 werden so gewählt, dass ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 25 mm im Hagelschlagtest die Frontscheibe nicht beschädigt. Dies kann im Rahmen einfacher Versuche ermittelt werden.
In dem in den Figuren 1 A-E dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 ist jeweils eine Wasserablauf rinne 8.1 in jeder Ecke
12 des Solarmoduls 1 angeordnet. Die Wasserablauf rinnen 8.1 sind beispielsweise unter einem Winkel von 45° zu den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 angeordnet. Außerdem weist jede lange Außenseite II, IV des Solarmoduls 1 fünf Wasserablaufrinnen 8.2 und jede kurze Au ßenseite I, III des Solarmoduls 1 drei Wasserablaufrinnen 8.2 auf. Die Wasserablaufrinnen 8.2 an den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 sind beispielsweise rechtwinklig zu den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 angeordnet.
Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 hat ein Flächengewicht von etwa 5,6 kg/m2.
Figur 1 F zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des Anschlussbereichs des erfindungsgemäßen Solarmoduls aus Figur 1A. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 ist unterhalb der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 angeordnet. Die Aussparungen 16 der ersten Randverstärkungsschicht 7.1 sind unterhalb der Öffnungen 17 der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 angeordnet. Die Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 verlaufen innerhalb der Aussparung 16 bis unter die Öffnungen 17. Dort werden die Sammelleiter 21 .1 , 21 .2 orthogonal zur Trägerschicht 2 nach oben und aus der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 heraus geführt. Die Anschlussgehäuse und Anschlussleitungen sind der besseren Übersichtlichkeit in Figur 1 F nicht dargestellt.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Rands eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls. Die erste Randverstärkungsschicht 7.1 und die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 haben jeweils eine Dicke, die etwa der Hälfte des Schichtenaufbaus aus erster Zwischenschicht 3, Solarzellen 4, zweiter Zwischenschicht 5 und Frontscheibe 6 entspricht. Die zweite Randverstärkungsschicht 7.2 bildet mit der Frontscheibe 6 einen bündigen Übergang 25. Diese Ausgestaltungsform ist besonders für dicke Frontscheiben 6, bevorzugt mit einer Dicke von mehr als 2,8 mm geeignet. Im Gegensatz zu dünnen Frontscheiben 6, werden dicke Frontscheiben 6 beim Hagelschlagtest mit einer Beaufschlagung durch Hagel im Randbereich der Frontscheibe 6 nicht beschädigt.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls. Die Sammelleiter 21 enthalten beispielsweise eine Metallfolie aus verzinntem Kupfer mit einer Breite von 5 mm und einer Dicke von 0,2 mm. Die Sammelleiter 21 können in einem Bereich um die Stelle, an der sie über die Frontscheibe 6 hinausragen, eine zusätzliche Isolierung 26 aufweisen, beispielsweise eine Polyimidfolie oder einen Buthyl-Gummi. Die Isolierung 26 kann auf der Oberseite, also der der Frontscheibe 6 zugewandten Seite der Sammelleiter 21 angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umhüllt die Isolierung 26 den Sammelleiter 21 auf der Oberseite, der Unterseite und den beiden Außenseiten. Die Isolierung 26 isoliert den Sammelleiter gegen Feuchtigkeit, die in den Zwischenraum zwischen Frontscheibe 6 und Randverstärkung 7 eindringt.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Schichtenaufbaus eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 . Der Schichtenaufbau umfasst eine Trägerschicht 2, eine erste Zwischenschicht 3, kristalline Solarzellen 4, eine zweite Zwischenschicht 5 und eine Frontscheibe 6. Die Trägerschicht 2 enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine Metallfolie, beispielsweise eine Folie aus einem rostfreien Edelstahl wie Nirosta, Werkstoffnummer 1 .4016 mit einer Dicke von 0,3 mm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 enthält die erste Zwischenschicht 3 eine Stapelfolge aus einer ersten Klebeschicht 3.1 , einer Isolationsschicht 3.2 und einer zweiten Klebeschicht 3.3. Die erste Klebeschicht 3.1 und die zweite Klebeschicht 3.3 enthalten beispielsweise eine Klebefolie aus Ethylen- Vinyl-Acetat (EVA) mit einer Dicke von 0,4 mm. Die Isolationsschicht 3.2 enthält eine feste, isolierende Folie, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 50 μηι. Die Isolationsschicht 3.2 hat die Aufgabe die Sammelleiter 21 und die Rückseite der Solarzellen 4 von der elektrisch leitenden Metallfolie der Trägerschicht 2 zu isolieren. Die elektrische Isolation durch die zusätzliche Isolationsschicht 3.2 ist besonders wichtig, da insbesondere Unebenheiten und Lötstellen der Solarzellen 4 und Sammelleiter 21 eine dünne und vergleichsweise weiche Zwischenschicht aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) im Laminationsprozess durchdringen können. Dies kann zu Kurzschlüssen und Leckströmen im Solarmodul 1 führen.
Figur 5 A zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Flachdachs 30 mit erfindungsgemäßen Solarmodulen 1 . Die Solarmodule 1 sind in einem Schnitt entlang der Schnittlinie B-B' aus Figur 1 A dargestellt. Die Dachhaut 31 des erfindungsgemäßen Flachdachs 30 enthält beispielsweise eine Membran aus Bitumen, polymermodifiziertem Bitumen, thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPO) oder Polyvinylchlorid (PVC). Die Solarmodule 1 sind jeweils über eine Klebeschicht 32 mit der Dachhaut 31 verklebt. Die Klebeschicht 32 enthält beispielsweise Buthyl, Acryl, Bitumen, Silikon oder einen anderen bewitterungsstabilen Kleber. Die Dachhaut 31 des Flachdachs 30 hat beispielsweise eine Neigung von 3 °.
Im Falle von Regen oder Schneeschmelzen kann das auf der Frontscheibe anfallende Wasser über die Wasserablaufrinnen 8.1 und 8.2 abfließen.
Figur 5 B zeigt eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flachdachs 30. Die Solarmodule 1 sind in einem Schnitt entlang der Schnittlinie B-B' aus Figur 1 A dargestellt. Mehrere U-förmige Halteschienen 35 sind fest mit der Dachhaut 31 des Flachdachs 30 verbunden. Die Halteschienen 35 enthalten beispielsweise einen Kunststoff oder ein Metall wie Aluminium. Die erfindungsgemäßen Solarmodule 1 werden an zwei gegenüberliegenden Außenseiten I, III oder II, IV in die U-förmigen Halteschienen 35 eingeführt und durch diese gehalten.
Figur 5 C zeigt eine Querschnittsdarstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flachdachs 30. Die Solarmodule 1 sind in einem Schnitt entlang der Schnittlinie B-B' aus Figur 1 A dargestellt. Die Dachhaut 31 enthält ein Trapezblech 34 mit hohen Stellen, sogenannten Stegen und dazwischen befindlichen Vertiefungen, sogenannte Sicken. Der Abstand einer Sickenmitte zur Nächsten beträgt beispielsweise 207 mm. Die Profiltiefe, das heißt der Höhenunterschied zwischen Steg und Sicke beträgt beispielsweise 35 mm. Das Trapezblech hat eine Dicke von beispielsweise 0,75 mm und besteht aus einem verzinkten Stahlblech. Die Solarmodule 1 sind im Bereich der Randverstärkung 7 und insbesondere im Bereich des Überstands der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6 mit dem Trapezblech 34 verschraubt.
Figur 6 A zeigt eine Querschnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 entlang der Schnittlinie A-A' aus Figur 1 A. Die Ausgestaltung unterscheidet sich von dem Beispiel aus Figur 1 B dadurch, dass die zweite Randverstärkung 7.2 die Frontscheibe 6 nicht überlappt. Die zweite Randverstärkung 7.2 ist um eine Höhe h über die Frontscheibe 6 überhöht. Die Höhe h beträgt beispielsweise 1 mm.
Figur 6 B zeigt einen Ausschnitt des Randes des Solarmoduls 1 aus Figur 6 A. Der äußere Bereich einer Frontscheibe 6 ist besonders anfällig für Abplatzer oder Ausmuschelungen des Glases, beispielsweise bei Auftreffen eines Hagelkorns 40 im Hagelschlagtest. Durch die Überhöhung h der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 über die Frontscheibe 6 entsteht ein geschützter Bereich 41 . Ein Hagelkorn 40 mit einem Durchmesser von beispielsweise 25 mm kann wegen der Überhöhung mit der Höhe h der zweiten Randverstärkungsschicht 7.2 nicht in den besonders beschädigungsanfälligen Bereich 41 der Frontscheibe 6 vordringen. Die Höhe h kann durch einfache Versuche im Hagelschlagtest ermittelt werden. Figur 7 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Solarmodul
Trägerschicht
erste Zwischenschicht
erste Klebeschicht
Isolationsschicht
zweite Klebeschicht
Solarzelle
zweite Zwischenschicht
Frontscheibe
Randverstärkung
erste Randverstärkungsschicht
zweite Randverstärkungsschicht
Wasserablauf rinne
Randbereich der Frontscheibe 6
Innenseite der Randverstärkung 7
Au ßenseite der Randverstärkung 7
Ecke des Solarmoduls 1
Überstand der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6
Klebeschicht
Klebeschicht
Aussparung
Öffnung
Anschlussgehäuse
Sammelleiter
Anschlussleitung
elektrische Leitungsverbindung zwischen Sammelleiter 21 und Anschlussleitung 22
bündiger Übergang zwischen Frontscheibe 6 und Randverstärkung 7 Isolierung der Sammelleiter 21
Drehung des Sammelleiters 21
Flachdach
Dachhaut
Klebeschicht 34 Trapezblech
35 Halteschiene, U-förmige Schiene
36 Verschraubung
40 Hagelkorn
41 Bereich der Frontscheibe 6
a Breite des Überstands 13 der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6 b Breite des Randbereichs 9
d Breite der Wasserablauf rinne 8.1 , 8.2
h Höhe der Überhöhung von Randverstärkung 7 über Frontscheibe 6
A-A' Schnittlinie
B-B' Schnittlinie
C-C Schnittlinie
D-D' Schnittlinie
I, II, III, IV Seite, Außenseite des Solarmoduls 1

Claims

Patentansprüche
1 . Solarmodul (1 ), umfassend:
a) eine Trägerschicht (2) und darauf übereinander angeordnet eine erste
Zwischenschicht (3), mindestens eine Solarzelle (4), eine zweite Zwischenschicht (5) und eine Frontscheibe (6),
b) eine erste Randverstärkungsschicht (7.1 ) und eine zweite
Randverstärkungsschicht (7.2), mindestens ein Anschlussgehäuse (20) und mindestens zwei Sammelleiter (21 .1 , 21 .2), die die Solarzelle (4) mit dem Anschlussgehäuse (20) elektrisch leitend verbinden,
wobei die Trägerschicht (2) einen umlaufenden Überstand (13) über die Frontscheibe (6) aufweist, die erste Randverstärkungsschicht (7.1 ) oberhalb des umlaufenden Überstandes (13) angeordnet ist und eine Aussparung (16) aufweist, die zweite Randverstärkungsschicht (7.2) oberhalb der ersten
Randverstärkungsschicht (7.1 ) angeordnet ist und eine Öffnung (17) aufweist und der Sammelleiter (21 .1 , 21 .2) in der Aussparung (16) und in der Öffnung (17) angeordnet ist.
2. Solarmodul nach Anspruch 1 , wobei die zweite Randverstärkung (7.2)
mindestens einen umlaufenden Randbereich (9) der Frontscheibe (6) von mindestens 0,2 cm, bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 1 cm bis 2 cm überdeckt.
3. Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Randverstärkungsschicht (7.2) an jeder Ecke (12) des Solarmoduls (1 ) mindestens eine Wasserablaufrinne (8.1 ) aufweist, die die Innenseite (10) und die Au ßenseite (1 1 ) der zweiten Randverstärkungsschicht (7.2) verbindet.
4. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite
Randverstärkungsschicht (7.2) an jeder Au ßenseite (I, II, III, IV) des
Solarmoduls mindestens eine Wasserablaufrinne (8.2) aufweist, die die
Innenseite (10) und die Au ßenseite (1 1 ) der zweiten Randverstärkungsschicht (7.2) verbindet.
5. Solarmodul nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Wasserablaufrinne (8.1 , 8.2) eine Breite (d) von 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt von 2 mm bis 4 mm hat.
6. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Solarzelle eine monokristalline oder polykristalline Solarzelle ist und ein dotiertes
Halbleitermaterial, bevorzugt aus Silizium oder Gallium-Arsenid, oder eine Tandemzelle mit einer kristallinen Solarzelle enthält.
7. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Frontscheibe (6) thermisch teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas mit einer Dicke von 0,9 mm bis 2,8 mm enthält.
8. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Trägerschicht (2) einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Frontscheibe (6) einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Frontscheibe (6) < 300 % und bevorzugt < 17 %, des zweiten thermischen
Ausdehnungskoeffizienten beträgt.
9. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Trägerschicht (2) einen glasfaserverstärkten Kunststoff mit einem ersten thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 7,3 x 10~6 /K bis 35 x 10~6 /K enthält.
10. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Trägerschicht (2) einen umlaufenden Überstand (13) über die Frontscheibe (6) von mindestens 0,3 cm, bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 1 cm bis 2 cm aufweist,
1 1 . Flachdach (30) mit einem Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend:
a) eine Dachhaut (31 ) mit einer Dachneigung von 1 % bis 23,1 %, b) mindestens ein Solarmodul (1 ), angeordnet auf der Dachhaut (31 ), wobei die Dachhaut (31 ) und das Solarmodul (1 ) durch mindestens eine Klebeschicht (32) und/oder Verbindungsmittel (35) zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest:
a) eine erste Randverstärkungsschicht (7.1 ) mit mindestens einer
Aussparung (16) auf einem Überstand (13) der Trägerschicht (2) über die Frontscheibe (6) angeordnet wird und die Sammelleiter (21 .1 , 21 .2) durch die Aussparung (16) geführt werden,
b) eine zweite Randverstärkungsschicht (7.2) mit mindestens einer Öffnung (17), die oberhalb der ersten Randverstärkungsschicht (7.1 ) angeordnet wird und die Sammelleiter (21 .1 , 21 .2) durch die Öffnung (17) geführt werden und
c) mindestens ein Anschlussgehäuse (20) mit den Sammelleitern (21 .1 , 21 .2) verbunden wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1 ) nach Anspruch 12, wobei die zweite Randverstärkung (7.2) einen Randbereich (9) der Frontscheibe (6) zumindest abschnittsweise überlappt.
14. Verwendung eines Solarmoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf einem Flachdach (30), bevorzugt auf einem Metallflachdach, eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs zur Fortbewegung auf dem Wasser, auf dem Land oder in der Luft.
15. Verwendung eines Solarmoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf einem Flachdach mit einer Dachneigung von 1 % bis 23,1 %, bevorzugt von 2% bis 17,6% und besonders bevorzugt von 5% bis 8,8%.
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