WO2014075919A1 - Photovoltaik-modul mit rückverstärkungsblech - Google Patents

Photovoltaik-modul mit rückverstärkungsblech Download PDF

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WO2014075919A1
WO2014075919A1 PCT/EP2013/072671 EP2013072671W WO2014075919A1 WO 2014075919 A1 WO2014075919 A1 WO 2014075919A1 EP 2013072671 W EP2013072671 W EP 2013072671W WO 2014075919 A1 WO2014075919 A1 WO 2014075919A1
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WO
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photovoltaic module
plate
photovoltaic
pane
reinforcing plate
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PCT/EP2013/072671
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Werner Kuster
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Glass France filed Critical Saint-Gobain Glass France
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0488—Double glass encapsulation, e.g. photovoltaic cells arranged between front and rear glass sheets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic module with remindtärkungsblech, a process for its preparation and its use.
  • 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.
  • 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 in a circuit of several solar modules.
  • 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.
  • For mounting on flat roofs particularly lightweight thin-glass solar modules are suitable, as disclosed for example in US 2010/0065116 AI. Thin-glass solar modules have a much lower basis weight of 5 kg / m 2 to 10 kg / m 2 .
  • Optimum efficiency is typically achieved in a temperature range of about 20 ° C to about 50 ° C.
  • a photovoltaic module can be heated in operation to a temperature of up to 100 ° C. This significantly reduces the efficiency of generating electrical energy.
  • An increase in the efficiency of a photovoltaic module can be achieved by cooling the photovoltaic module.
  • Such cooling can be achieved for example by means of a liquid coolant, as known for example from DE 197 47 325 AI or US 2011/0168233 AI.
  • a liquid coolant as known for example from DE 197 47 325 AI or US 2011/0168233 AI.
  • active cooling systems require a complex production and installation, usually have a high space requirement and lead to a huge increase in weight.
  • WO 2005/059963 Al discloses a photovoltaic module with back reinforcing plate, wherein the back reinforcing plate is a wave-shaped.
  • US 2012/0097218 A1 discloses a thin-glass photovoltaic module for the automotive and vehicle market.
  • DE102009020426 A1 discloses a photovoltaic module with rear wall, wherein the rear wall has a three-dimensional structure deviating from a plane.
  • the object of the present invention is to provide a lightweight photovoltaic module, which has sufficient stability even with glass thicknesses below 3 mm, has passive cooling and is simple and inexpensive to produce, and to provide a method for its production.
  • the photovoltaic module with back reinforcing sheet according to the invention comprises at least
  • a rear reinforcing sheet arranged on the rear side of the rear disk comprising at least one structural sheet
  • At least one channel running rectilinearly between the upper edge and the lower edge of the rear reinforcing plate is inserted in at least one structural plate
  • At least one rectilinear channel has at least one opening at the upper edge and the lower edge
  • At least two contact surfaces are formed on the surface of the rear reinforcing plate, which are separated by the channel and over which the back reinforcing plate is connected to the back and
  • the channels (6) have a depth t of 2 mm to 10 mm and a width b of 5 mm to 20 mm.
  • Such a dimensioning of the channels is particularly advantageous with regard to optimizing the stability of the back reinforcing sheet and the cooling effect.
  • the greater the width and depth of the channels the better the passive cooling of the attached photovoltaic module.
  • such an increase in the channel cross-section is accompanied by a deterioration in the stability of the back reinforcing sheet.
  • the depth of the channels is determined in a cross-section perpendicular to the propagation direction of the channel.
  • the depth of the channel in the context of the invention is then the maximum vertical distance of the back plate facing surface of the structural plate in the region of the channel of the plane in which the contact surfaces are arranged.
  • the depth of a channel is preferably constant along the propagation direction of the channel.
  • the width of the channels means the width of the channel in the plane in which the contact surfaces are arranged.
  • the front pane is the pane of the photovoltaic module facing the light incidence.
  • Rear window is the disc facing away from the light incident.
  • the front window and the rear window each have a front side and a rear side.
  • the front side refers to the side facing the light. With back side the side facing away from light is called.
  • the rear side of the front pane and the front side of the rear pane face each other and are interconnected by an intermediate layer by lamination.
  • the reverse reinforcement plate is inventively formed with at least one channel.
  • the reverse reinforcement sheet may comprise one or more structural sheets.
  • the reverse reinforcing plate as a whole covers the entire back of the back plate, and this can also be done by means of several juxtaposed structural plates.
  • other structural plates which serve to stiffen the photovoltaic module, be mounted perpendicular thereto.
  • Through the channels a depression is formed on a first surface of the structural sheet and a corresponding elevation is formed on an opposing second surface of the structural sheet.
  • the first surface of the structural sheet has at least two contact surfaces, which are arranged in a common plane plane. The two contact surfaces are separated by the channels and adjacent to the channels.
  • the structural panel is connected via the contact surfaces with the rear of the rear window.
  • At least one channel extends in a straight line between the upper edge of the rear reinforcing plate and the lower edge of the rear reinforcing plate, wherein the upper edge and the lower edge according to the invention are two opposite side edges of the rear reinforcing plate. At least the ends of a straight line extending between the upper edge and the lower edge channel are open. Through these openings, the channels are ventilated, whereby a passive cooling of the photovoltaic module is achieved.
  • the rectilinear ducts allow for good cooling, as the air is directed through the backplate, without any turbulence. Especially in the case of wind, the air pushed upwards on a gable roof can be directed through the channels and serves to cool the photovoltaic module.
  • the photovoltaic modules are preferably aligned with sudverstärkungsblech so that the openings of the rectilinear channels point in the direction of the pediment.
  • the structural panel provides an easy to manufacture, inexpensive and effective reinforcement device.
  • the structural plate provides an interface for mounting the photovoltaic module on site and improves the passive cooling of the photovoltaic module by targeted ventilation of the back.
  • a plurality of channels extending in a straight line between the upper edge and lower edge are introduced at equal intervals into at least one structural sheet. This results in a particularly uniform ventilation of the back of the rear window, which prevents the occurrence of large temperature gradients.
  • the front pane and / or the rear pane have very small thicknesses, preferably from 1.0 mm to 2.0 mm.
  • the back reinforcing sheet according to the invention is particularly advantageous in modules with such small thicknesses, since reinforcement and stiffening and good ventilation of the back is achieved.
  • the optimized ventilation of the back of the photovoltaic modules replaces their active cooling, allowing a particularly advantageous weight reduction takes place.
  • the use of thin frameless photovoltaic modules without back stabilization is not possible.
  • the structural sheet has a thickness of 0.1 mm to 3.0 mm, preferably 0.3 mm to 0.8 mm, particularly preferably 0.3 mm to 0.7 mm, in particular 0.3 mm to 0.4 mm , on. This is particularly advantageous with regard to a simple introduction of the channel according to the invention into the structural panel, the stability and the reinforcing effect of the structural panel.
  • the structural sheet preferably has a constant thickness. As the thickness of the structural sheet material thickness is referred to in the context of the invention.
  • the structural sheet may in principle be made of any suitable metal or alloy.
  • the structural sheet preferably contains at least steel and / or aluminum. This is particularly advantageous in terms of cost-effective production and the stability of the structural sheet.
  • the channels in the structural sheet preferably have a depth of 3 mm to 8 mm, particularly preferably 3 mm to 6 mm.
  • a targeted selection of the depth of the channels is, as already discussed, of particular importance for the stability and the cooling effect of the reinforcing plate. Further reduction in the depth of the channels may be desirable in terms of increasing stability. Furthermore, this results in a particular advantage in view of the small footprint of the structural sheet.
  • the channels preferably have a width of 8 mm to 18 mm, particularly preferably 10 mm to 15 mm. This is particularly advantageous in terms of ventilation and the stable connection between structural plate and rear window.
  • the structural sheet has a thickness of 0.3 mm to 0.4 mm, wherein the channels are 3 mm to 6 mm deep and 10 mm to 15 mm wide. It has been shown that these very thin structural sheets can be realized, which leads to a further weight and material savings. In order to achieve sufficient stability and rigidity of these thin structural plates, the depth and width of the channels is selected as low as possible (within the ranges indicated).
  • the back reinforcing sheet comprises reinforcing elements mounted in the form of struts between adjacent channels. These braces improve the stability of the backing sheet and increase the torsional stiffness. Thus, in such an embodiment, no further structural sheets are needed for stabilization, so that the back-reinforcing sheet can also consist of a single structural sheet. This leads to a further weight saving.
  • At least two channels of the structural plate intersect in the form of an X.
  • two channels run diagonally between opposite corners of the structural plate and form an X-shaped crossing when the channels overlap.
  • the profile of the channel in cross-section perpendicular to the propagation direction of the channel according to the invention is not limited to a specific shape.
  • the profile of the channel may have, for example, the shape of a rectangle, a triangle, a circle segment, an ellipse segment or a trapezoid.
  • the arrangement of the openings at the upper edge and the lower edge of the remindverstärkungsblechs is particularly advantageous in view of a simple manufacture of the structural sheet according to the invention, because the openings during insertion of the channel can be provided without further process steps such as drilling.
  • the channels are preferably introduced by forming a planning in the initial state sheet structure in the structural sheet, for example by deep drawing or embossing.
  • connection between the contact surfaces of the structural plate and the rear pane is preferably effected by means of an adhesive.
  • the adhesive must be suitable for providing a weather-resistant and mechanically stable connection between structural panel and rear window. Suitable adhesives are, for example, polyurethane adhesives.
  • the contact surfaces are preferably formed on the entire surface of the structural plate facing the rear pane, minus the region of the channel, and completely covered with the adhesive. All contact surfaces are in the same plane, so that a surface bonding of the Contact surfaces with the rear window is possible. This advantageously a particularly stable connection between the structural plate and rear window is achieved.
  • one or more fastening elements are arranged on the surface facing away from the back plate surface of the structural plate.
  • the photovoltaic module can be attached to the site, for example, on a frame.
  • the attachment takes place for example by screwing, clamping, gluing the fasteners and / or by inserting the fasteners into a rail.
  • the fastening elements are preferably arranged in the edge region of the structural sheet.
  • the back reinforcing sheet according to the invention advantageously provides an interface for fastening the photovoltaic module at the place of use by means of the fastening elements.
  • the fastening elements may, for example, have an angle-like cross-section, with a planar partial region formed parallel to the rear side of the rear pane projecting beyond the side edges of the photovoltaic module.
  • the fastening elements can be attached, for example by welding, soldering or gluing on the structural sheet.
  • the fastening elements may be integrally formed with the structural sheet, wherein side edges or protruding portions of the side edges of the plan in the initial state sheet to be bent into a fastener.
  • the front pane preferably contains a non-prestressed, partially prestressed or tempered or a hardened, for example a thermally or chemically hardened glass.
  • the windscreen preferably contains soda-lime glass, low-iron soda-lime glass or borosilicate glass. This is particularly advantageous in terms of the stability of the photovoltaic module, the protection of the photovoltaic layer system from mechanical damage and the transmission of sunlight through the front pane.
  • the rear pane contains in an advantageous embodiment, a non-prestressed, teilvorgespanntes or toughened or a hardened, for example, a thermally or chemically tempered glass.
  • the rear pane preferably contains soda-lime glass, low-iron soda-lime glass or borosilicate glass.
  • the rear pane can also contain, for example, a plastic, for example polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and / or mixtures thereof, a glass-fiber-reinforced plastic, a metal or a metal alloy, for example stainless steel.
  • the area of the front pane and the rear pane can be from 100 cm 2 to 18 m 2 , preferably from 0.5 m 2 to 3 m 2 .
  • the front and rear wheels can be flat or curved.
  • the photovoltaic layer system effects the charge carrier separation required for the conversion of radiant energy into electrical energy.
  • the photovoltaic layer system preferably comprises at least one photovoltaically active absorber layer between a front electrode layer and a back electrode layer.
  • the front electrode layer is arranged on the side facing the incidence of light absorber layer.
  • the back electrode layer is arranged on the side facing away from the light incident side of the absorber layer.
  • the photovoltaically active absorber layer according to the invention is not limited to a specific type.
  • the absorber layer can contain, for example, monocrystalline, polycrystalline, micromorphous or amorphous silicon, semiconducting organic polymers or oligomers, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or cadmium selenide (CdSe).
  • the absorber layer contains a p-type chalcopyrite semiconductor such as a compound of the group copper indium sulfur / selenium (CIS), for example copper indium diselenide (CulnSe 2 ), or a compound of the group copper indium Gallium sulfur / selenium (CIGS), for example Cu (InGa) (SSe) 2 .
  • a p-type chalcopyrite semiconductor such as a compound of the group copper indium sulfur / selenium (CIS), for example copper indium diselenide (CulnSe 2 ), or a compound of the group copper indium Gallium sulfur / selenium (CIGS), for example Cu (InGa) (SSe) 2 .
  • the absorber layer contains polycrystalline silicon or monocrystalline silicon.
  • the absorber layer preferably has a layer thickness of 500 nm to 5 ⁇ , more preferably from 1 ⁇ to 3 ⁇ .
  • the absorber layer can be doped with metals, preferably sodium.
  • the photovoltaic layer system can be applied to the front side of the rear pane (substrate configuration).
  • the photovoltaic layer system may alternatively be applied to the back of the front pane (superstrate configuration).
  • the substrate configuration and superstrate configuration are common in thin film photovoltaic modules.
  • the photovoltaic layer system can also be arranged between a first and a second film of the intermediate layer, as is customary in particular with photovoltaic modules with a crystalline absorber layer.
  • the photovoltaic layer system is then arranged according to the invention in the intermediate layer.
  • the photovoltaic module according to the invention has the substrate configuration.
  • the back electrode layer may contain, for example, at least one metal, preferably molybdenum, titanium, tungsten, nickel, titanium, chromium and / or tantalum.
  • the back electrode layer preferably has a layer thickness of 300 nm to 600 nm.
  • the back electrode layer may comprise a layer stack of different individual layers.
  • the layer stack contains a diffusion barrier layer of, for example, silicon nitride in order to prevent diffusion of, for example, sodium from the substrate into the photovoltaically active absorber layer.
  • the front electrode layer is transparent in the spectral region in which the absorber layer is sensitive.
  • the front electrode layer may contain, for example, an n-type semiconductor, preferably aluminum-doped zinc oxide or indium-tin oxide.
  • the front electrode layer preferably has a layer thickness of 500 nm to 2 ⁇ .
  • the electrode layers may also contain silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, tin oxide, silicon dioxide, silicon nitride and / or combinations and mixtures thereof.
  • the photovoltaic layer system preferably has a peripheral distance to the outer edges of the photovoltaic module of 5 mm to 20 mm, particularly preferably from 10 mm to 15 mm, in order to be protected against ingress of moisture or shading by fasteners on the edge.
  • the rear side of the front pane is connected via at least one intermediate layer to the front side of the rear pane.
  • the connection between front disc and return notes is made over a large area via the photovoltaic layer structure.
  • the intermediate layer preferably contains thermoplastic materials, such as polyvinyl butyral (PVB) and / or ethylene vinyl acetate (EVA) or several layers thereof, preferably with thicknesses of 0.3 mm to 0.9 mm.
  • the intermediate layer may also comprise polyurethane (PU), polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resins, acrylates, fluorinated ethylene Propylene, polyvinyl fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene, copolymers and / or mixtures thereof.
  • PU polyurethane
  • PP polypropylene
  • PE polyacrylate
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • polymethyl methacrylate polyvinyl chloride
  • polyacetate resin casting resins
  • acrylates fluorinated ethylene Propylene
  • polyvinyl fluoride polyvinyl fluoride
  • ethylene-tetrafluoroethylene copolymers and / or mixtures thereof.
  • the front electrode layer and the back electrode layer are electrically contacted by elements known per se, for example by bus bars and foil conductors.
  • the foil conductors can be guided out of the photovoltaic module, for example, laterally in the region of the intermediate layer or through at least one hole in the rear pane in the region of the contact surfaces of the structure sheet.
  • the photovoltaic layer system is electrically contacted via a junction box with connecting cable.
  • the bus bars which contact the front electrode layer and the back electrode layer of the photovoltaic layer system, are electrically conductively connected to the junction box via a solder connection, clamping connection or a spring contact.
  • Suitable embodiments of the junction box and the connecting cable and methods for contacting are disclosed for example in US 2010/0243047 AI.
  • the front pane and / or the rear pane may comprise per se known coatings, for example antireflection layers, non-stick layers, anti-scratch layers and / or diffusion barrier layers.
  • the photovoltaic module may include other known per se elements, such as fasteners, frames and / or fittings.
  • the object of the invention is further achieved by a method for producing a photovoltaic module according to the invention, wherein at least
  • a photovoltaic layer system is applied to the front side of a rear pane, b) the front side of the rear pane and the rear side of a front pane are connected via an intermediate layer to form a laminated composite,
  • the structural panel is connected via a plurality of contact surfaces with the rear side of the rear pane
  • a plurality of fasteners are mounted on the back of the back reinforcing sheet and f) the photovoltaic layer system is electrically contacted by means of a junction box and a connecting cable.
  • the photovoltaic layer system is applied to the front of the rear pane or to the back of the front pane or inserted into the intermediate layer. Thereafter, the front side of the rear pane is connected to the back of the front pane via the intermediate layer under the action of heat, vacuum and / or pressure, for example by autoclave method, vacuum bag method, vacuum ring method, calender method, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the individual layers of the photovoltaic layer system are preferably applied by cathode sputtering, vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD).
  • the insertion of the photovoltaic layer system into the intermediate layer comprises arranging the photovoltaic layer system between a first and a second layer of the intermediate layer.
  • the provision of the laminated composite of stacked rear pane, photovoltaic layer system and front pane and the introduction of the channel in the structural plate can be done in any order in time.
  • the joining of the structural sheet with the rear pane takes place in time after the provision of the laminated composite of superimposed rear pane, photovoltaic layer system and front pane.
  • the bonding of reverse reinforcement plate and back plate is preferably carried out by gluing.
  • the back and / or the front electrode layer for electrical contacting after the application of the photovoltaic layer system and before the connection of the front screen and the rear window are electrically conductively connected to, for example, a film conductor.
  • the electrically conductive connection is effected for example by welding, bonding, soldering, clamping or gluing with an electrically conductive adhesive.
  • the connection of foil conductor with the back and / or the front electrode layer can also take place via a bus bar.
  • the method may comprise further steps known per se, for example the subdivision of the photovoltaic layer system into individual photovoltaically active regions (so-called solar cells). by cutting into individual layers or individual groups of layers of the layer system or producing a coating-free edge region.
  • the invention also includes the use of a back reinforcing sheet according to the invention on the back of the rear pane of a photovoltaic module for mechanical reinforcement of the photovoltaic module and for passive cooling of the photovoltaic layer system.
  • Figure la is a plan view of a first embodiment of the photovoltaic module according to the invention with remindverstärkungsblech.
  • FIG. 1b shows a section along A-A 'through the photovoltaic module according to FIG. Figure lc is an enlarged view of the portion Z of Figure lb.
  • Figure 2 is a plan view of a second embodiment of the photovoltaic module according to the invention with back reinforcing plate.
  • Figure 3 is a plan view of a third embodiment of the photovoltaic module according to the invention with back reinforcing plate.
  • FIG. 1a shows a plan view of a first embodiment of the photovoltaic module (100) according to the invention with a reverse reinforcement plate (101).
  • FIG. 1b shows a section along AA 'through the photovoltaic module (100) according to FIG. 1a and
  • FIG. 1c shows an enlarged section Z from FIG. 1b.
  • the photovoltaic module (100) comprises a front pane (1) having a front side (I) and a rear side (II) and a rear pane (2) having a front side (III) and a rear side (IV).
  • the front side (I) of the front screen (1) is turned towards the light.
  • On the front side (III) of the rear window (2) a photovoltaic layer system (3) is applied.
  • the back (II) and the front (III) are over a large area over the photovoltaic layer system (3) by means of a Intermediate layer (4) connected to each other.
  • the front pane (1), the rear pane (2), the photovoltaic layer system (3) and the intermediate layer (4) form a laminated composite.
  • the front screen (1) is transparent to sunlight and consists of tempered, extra-white, low-iron glass.
  • the rear window (2) is made of soda lime glass.
  • the front disc (1) and the rear disc (2) have a thickness of 1.6 mm.
  • the photovoltaic module (100) has a size of 1.6 mx 0.7 m.
  • the intermediate layer (4) contains polyvinyl butyral (PVB) and has a layer thickness of 0.76 mm.
  • the photovoltaic module (100) is a CIS thin film photovoltaic module in substrate configuration.
  • the photovoltaic layer system (3) comprises a rear electrode layer (10) arranged on the front side (III) of the rear pane (2), which contains molybdenum and has a layer thickness of approximately 300 nm.
  • the photovoltaic layer system (3) further contains a photovoltaically active absorber layer (11) which contains sodium-doped Cu (InGa) (SSe) 2 and has a layer thickness of about 2 ⁇ .
  • the photovoltaic layer system (3) further comprises a front electrode layer (12) containing aluminum-doped zinc oxide (AZO) and having a layer thickness of about 1 ⁇ .
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • a buffer layer (13) which contains a single layer of cadmium sulfide (CdS) and a single layer of intrinsic zinc oxide (i-ZnO).
  • the buffer layer effects an electronic adaptation between absorber layer (11) and front electrode layer (12).
  • the photovoltaic layer system (3) is subdivided by known methods for producing a thin-film photovoltaic module into individual photovoltaically active regions, so-called solar cells, which are connected in series with each other over a region of the back electrode layer (10).
  • the photovoltaic layer system (3) is mechanically abraded in the edge region of the back plate (2) with a width of 15 mm.
  • the front electrode layer (12) and the back electrode layer (10) are electrically contacted via film conductors, not shown, in a conventional manner.
  • a back reinforcing plate (101) consisting of three structural plates (5).
  • the structural plates (5) are made of steel and have a thickness of 0.8 mm.
  • a structural sheet is applied flat on the back of the back plate, while the other two structural plates are applied transversely thereto for further stabilization on the back of the lower structural plate.
  • the structural plates (5) are welded together.
  • several channels (6) are introduced by deep drawing uniform distance to each other.
  • the channels (6) extend in a straight line from the upper edge (18) to the lower edge (17) and are parallel to each other.
  • the channels (6) each have an opening.
  • the width b of the channels (6) is shown very large for better illustration. In a real embodiment, the channels (6), for example, a width b of 20 mm.
  • the lower structural plate (5) On the back plate (2) facing surface of the lower structural plate (5) a plurality of contact surfaces (7) are formed, which are separated from each other by the channels (6).
  • the contact surfaces (7) are arranged in a plane plane.
  • the lower structural plate (5) is connected via the contact surfaces (7) with the back (IV) of the rear disc (2) by means of an adhesive (14).
  • the adhesive (14) which is a polyurethane adhesive, a permanently stable and weather-resistant between the structural sheet (5) and rear disc (2) is provided.
  • the channels (6) have the shape of a trapezoid in cross-section perpendicular to their propagation direction.
  • the channels (6) have a depth t of 5 mm.
  • fastening elements (8) are welded.
  • the fastening elements (8) are made of steel and have an angle-like profile, wherein a region of each fastening element (8) projects beyond the side edges of the photovoltaic module (100).
  • the photovoltaic module (100) with sudverstärkungsblech (101) are mounted on a frame, for example by screwing or insertion into a carrier rail.
  • junction boxes (15) with connecting cables (16) are provided in the edge region of the surface of the back reinforcing plate (101) facing away from the back plate (2).
  • the junction boxes contact the photovoltaic layer system (3) via a spring contact electrically conductive (not shown).
  • the back reinforcing plate (101) leads to a reinforcement and stiffening of the photovoltaic module (100), which is advantageous due to the small thickness of the front disc (1) and the rear disc (2). Additional reinforcing elements are not necessary.
  • the sudverstärkungsblech (101) through the fastening elements (8), the interface for mounting the photovoltaic module (100) at the place of use.
  • Reinforcing plate (101) is a simple and inexpensive to manufacture and space-saving Element for stabilizing the photovoltaic module (100) provided.
  • the back reinforcing plate (101) is vented via the openings of the channels (6) at the upper edge (17) and the lower edge (18), whereby a passive cooling of the photovoltaic module (100) is achieved.
  • the straight running channels (6) allow good cooling, since the air is passed directly through the back reinforcing plate (101), without causing turbulence.
  • a permanent air convection is created, so that the heat accumulated on the rear side (IV) is dissipated.
  • the air pushed upwards on a gable roof can be directed through the channels (6) and serves to cool the photovoltaic module (100).
  • FIG. 2 shows a top view of a second embodiment of the photovoltaic module (100) according to the invention with a reverse reinforcement plate (101).
  • the photovoltaic module (100), the junction box (15) with connecting cable (16) and the fastening elements (8) are designed according to the figures la to lc.
  • the back reinforcing plate (101) consists of a single structural plate (5).
  • the material properties of the structural sheet (5) and its bonding on the back (IV) of the rear pane (2) also correspond to the embodiment described in FIGS. 1 a to 1 c.
  • the structural plate (5) a plurality of parallel to each other between the upper edge (17) and lower edge (18) extending channels (6) are introduced.
  • the arrangement, shape and size of the channels (6) corresponds to those described in Figures la to lc.
  • additional reinforcing elements (9) are embossed in the structural plate (5), which are embodied in one piece with the structural plate (5) and the channels (6) introduced therein.
  • These reinforcing elements (9) are in the form of braces between adjacent channels (6) and advantageously increase the stability of the reverse reinforcing plate (101). Further structural sheets (5) for stabilization are therefore not required.
  • FIG. 3 shows a plan view of a third embodiment of the photovoltaic module (100) according to the invention with a reverse reinforcement plate (101).
  • the photovoltaic module (100), the junction box (15) with connecting cable (16) and the fastening elements (8) are designed according to the figures la to lc.
  • the back reinforcing plate (101) consists of a single structural plate (5).
  • the material properties of the structural sheet (5) and its bonding on the back (IV) of the rear pane (2) also correspond to the embodiment described in FIGS. 1 a to 1 c.
  • the structural plate (5) has two X-shaped crossing channels (6) are introduced, which extend diagonally between two opposite corners of the structural plate (5).
  • the rectilinear diagonal channels (6) of the structural plate (5) are further channels (6), the have a curved shape.
  • Such a design is advantageous if, above all, the stabilizing effect of the reinforcing plate (101) is desired.
  • the passive cooling effect of this embodiment is limited, since the number of rectilinear channels (6) is very small and there is no uniform distribution between the upper edge (17) and lower edge (18) extending channels (6).
  • a diagonal arrangement of the two rectilinear channels (6) is advantageous in terms of a uniform cooling effect.
  • the two diagonal channels (6) in contrast to, for example, two parallel channels, go through the back reinforcing plate (101) in its entire width and thus cause a more uniform cooling.
  • a photovoltaic layer system (3) is applied to the front side (III) of a rear window (2) and then a composite of the rear pane (2) and a front pane (1) is produced.
  • an intermediate layer (4) between the front (III) of the rear pane (2) and the back (II) of the front pane (1) is inserted and the arrangement laminated to form a composite.
  • at least one channel (6) extending between the upper edge (17) and the lower edge (18) of the rear reinforcing plate (101) is introduced into at least one structural plate (5) and the structural plate (5) is connected to the rear side via a plurality of contact surfaces (7).

Abstract

Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101), mindestens umfassend: -einen laminierten Verbund (102) aus übereinander angeordneter Rückscheibe (2), photovoltaischem Schichtsystem (3) und Vorderscheibe (1), -eine Rückscheibe (2) mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und eine Vorderscheibe (1) mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und -ein auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) angeordnetes Rückverstärkungsblech (101) umfassend mindestens ein Strukturblech (5), wobei -in mindestens ein Strukturblech (5) mindestens ein zwischen der Oberkante (17) und der Unterkante (18) des Rückverstärkungsblechs (101) geradlinig verlaufender Kanal (6) eingebracht ist, -der geradlinig verlaufende Kanal (6) jeweilsmindestens eine Öffnung an der Oberkante (17) und der Unterkante (18) aufweist, -auf der Oberfläche des Rückverstärkungsblechs (101) mindestens zwei Kontaktflächen (7) ausgebildet sind, die durch den Kanal (6) voneinander getrennt sind und über die das Rückverstärkungsblech (101) mit der Rückseite (IV) verbunden ist und -die Kanäle (6) eine Tiefe t von 2 mm bis 10 mm und eine Breite b von 5 mm bis 20 mm aufweisen.

Description

Photovoltaik-Modul mit Rückverstärkungsblech
Die Erfindung betrifft ein Photovoltaik-Modul mit Rückverstärkungsblech, ein Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung.
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.
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 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. Zur Montage auf Flachdächern sind besonders leichtgewichtige Dünnglas-Solarmodule geeignet, wie beispielsweise in US 2010/0065116 AI offenbart. Dünnglas-Solarmodule verfügen über ein wesentlich geringeres Flächengewicht von 5 kg/m2 bis 10 kg/m2.
Aufgrund der geringeren Glasdicken der Dünnglas-Photovoltaik-Module ist auch eine geringere Steifigkeit der Bauteile zu beobachten. Insbesondere rahmenlose Module zeigen bei Glasdicken unterhalb von 3 mm eine unzureichende mechanische Stabilität und eine Durchbiegung der Glasscheiben in der Flächenmitte. Durch Anbringung eines vollflächigen Verstärkungsteils kann diese Durchbiegung zwar vermieden werden, jedoch erhöht sich dadurch einerseits das Gewicht der Module und verschlechtert sich andererseits die Belüftung auf der Modulrückseite. Eine schlechtere Belüftung der Modulrückseite führt zwangsläufig auch zu einem Temperaturanstieg des Photovoltaik-Moduls.
Es ist bekannt, dass die Effizienz von Photovoltaik-Modulen entscheidend von deren Temperatur abhängt. Eine optimale Effizienz wird typischerweise in einem Temperaturbereich von etwa 20°C bis etwa 50°C erreicht. Infolge direkter Sonneneinstrahlung und der teils erheblichen Wärmeverluste bei der Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie kann ein Photovoltaik-Modul im Betrieb jedoch auf eine Temperatur von bis zu 100°C erwärmt werden. Dadurch wird die Effizienz der Erzeugung elektrischer Energie deutlich verringert.
Eine Steigerung des Wirkungsgrades eines Photovoltaik-Moduls kann durch eine Kühlung des Photovoltaik-Moduls erreicht werden. Eine solche Kühlung kann beispielsweise mittels eines flüssigen Kühlmittels erreicht werden, wie beispielsweise aus DE 197 47 325 AI oder US 2011/0168233 AI bekannt. Derartige aktive Kühlsysteme bedürfen jedoch einer aufwändigen Herstellung und Installation, weisen meist einen hohen Platzbedarf auf und führen zu einer enormen Erhöhung des Gewichts.
WO 2005/059963 AI offenbart ein Photovoltaikmodul mit Rückverstärkungsblech, wobei das Rückverstärkungsblech eine wellenförmig ausgeprägt ist.
US 2012/0097218 AI offenbart ein Dünnglas-Photovoltaik-Modul für den Automobil- und Fahrzeugmarkt. DE102009020426 AI offenbart ein Photovoltaik-Modul mit Rückwand, wobei die Rückwand über eine dreidimensionale von einer Ebene abweichende Struktur verfügt.
DE 202009010235 Ul offenbart ein aktives Kühlelement für Solarzellenmodule, das über mehrere parallele Kühlkanäle verfügt, die von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein leichtgewichtiges Photovoltaik-Modul, das auch bei Glasdicken unterhalb von 3 mm eine hinreichende Stabilität aufweist, über eine passive Kühlung verfügt und einfach und kostengünstig herzustellen ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Photovoltaik-Modul mit Rückverstärkungsblech, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die erfindungsgemäße Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 12 und 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Photovoltaik-Modul mit Rückverstärkungsblech umfasst mindestens
- einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneter Rückscheibe, photovoltaischem Schichtsystem und Vorderscheibe,
- eine Rückscheibe mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und eine Vorderscheibe mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und
- ein auf der Rückseite der Rückscheibe angeordnetes Rückverstärkungsblech umfassend mindestens ein Strukturblech,
wobei
- in mindestens ein Strukturblech mindestens ein zwischen der Oberkante und der Unterkante des Rückverstärkungsblechs geradlinig verlaufender Kanal eingebracht ist,
- mindestens ein geradlinig verlaufender Kanal jeweils mindestens eine Öffnung an der Oberkante und der Unterkante aufweist,
- auf der Oberfläche des Rückverstärkungsblechs mindestens zwei Kontaktflächen ausgebildet sind, die durch den Kanal voneinander getrennt sind und über die das Rückverstärkungsblech mit der Rückseite verbunden ist und
- die Kanäle (6) eine Tiefe t von 2 mm bis 10 mm und eine Breite b von 5 mm bis 20 mm aufweisen. Eine derartige Dimensionierung der Kanäle ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Optimierung der Stabilität des Rückverstärkungsblechs und der Kühlwirkung. Je größer die Breite und Tiefe der Kanäle desto besser ist auch die passive Kühlung des darauf angebrachten Photovoltaik-Moduls. Eine solche Vergrößerung des Kanalquerschnitts geht jedoch mit einer Verschlechterung der Stabilität des Rückverstärkungsblechs einher. Im genannten Bereich von t= 2-10 mm und b= 5-20 mm konnten hinsichtlich der Stabilität und der Kühlwirkung des Rückverstärkungsblechs optimale Ergebnisse erzielt werden.
Die Tiefe der Kanäle wird in einem Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Kanals bestimmt. Die Tiefe des Kanals im Sinne der Erfindung ist dann der maximale senkrechte Abstand der der Rückscheibe zugewandten Oberfläche des Strukturblechs im Bereich des Kanals von der Ebene, in der die Kontaktflächen angeordnet sind. Die Tiefe eines Kanals ist bevorzugt entlang der Ausbreitungsrichtung des Kanals konstant.
Mit der Breite der Kanäle wird im Sinne der Erfindung die Breite des Kanals in der Ebene, in der die Kontaktflächen angeordnet sind, bezeichnet.
Mit Vorderscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Lichteinfall zugewandte Scheibe des Photovoltaik-Moduls bezeichnet. Mit Rückscheibe wird die vom Lichteinfall abgewandte Scheibe bezeichnet. Die Vorderscheibe und die Rückscheibe weisen jeweils eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Mit Vorderseite wird im Sinne der Erfindung die dem Lichteinfall zugewandte Seite bezeichnet. Mit Rückseite wird die dem Lichteinfall abgewandte Seite bezeichnet. Die Rückseite der Vorderscheibe und die Vorderseite der Rückscheibe sind einander zugewandt und über eine Zwischenschicht durch Lamination miteinander verbunden.
Enthält ein Element zumindest ein Material, so schließt dies im Sinne der Erfindung den Fall ein, dass das Element aus dem Material besteht.
Das Rückverstärkungsblech ist erfindungsgemäß mit mindestens einem Kanal ausgebildet. Das Rückverstärkungsblech kann dabei ein oder mehrere Strukturbleche umfassen. Das Rückverstärkungsblech als Ganzes deckt dabei die gesamte Rückseite der Rückscheibe ab, wobei dies auch mittels mehrerer nebeneinander angeordneter Strukturbleche erfolgen kann. Darüber hinaus können weitere Strukturbleche, die der Versteifung des Photovoltaik-Moduls dienen, senkrecht dazu angebracht sein. Durch die Kanäle wird auf einer ersten Oberfläche des Strukturblechs eine Vertiefung und auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Strukturblechs eine entsprechende Erhebung gebildet. Die erste Oberfläche des Strukturblechs weist mindestens zwei Kontaktflächen auf, welche in einer gemeinsamen planen Ebene angeordnet sind. Die beiden Kontaktflächen sind durch die Kanäle voneinander getrennt und grenzen an die Kanäle an. Das Strukturblech ist über die Kontaktflächen mit der Rückseite der Rückscheibe verbunden. Mindestens ein Kanal verläuft geradlinig zwischen der Oberkante des Rückverstärkungsblechs und der Unterkante des Rückverstärkungsblechs, wobei die Oberkante und die Unterkante im Sinne der Erfindung zwei gegenüberliegende Seitenkanten des Rückverstärkungsblechs sind. Zumindest die Enden eines geradlinig zwischen der Oberkante und der Unterkante verlaufenden Kanals sind offen. Über diese Öffnungen werden die Kanäle belüftet, wodurch eine passive Kühlung des Photovoltaik-Moduls erzielt wird. Die geradlinig verlaufenden Kanäle ermöglichen eine gute Kühlung, da die Luft auf direktem Wege durch das Rückverstärkungsblech hindurch geleitet wird, ohne dass es zu Verwirbelungen kommt. Besonders bei Wind kann so die an einem Giebeldach aufwärts gedrückte Luft durch die Kanäle gelenkt werden und dient der Kühlung des Photovoltaik-Moduls. Dazu werden die Photovoltaik-Module mit Rückverstärkungsblech bevorzugt so ausgerichtet, dass die Öffnungen der geradlinigen Kanäle in Richtung des Giebels weisen.
Das Strukturblech stellt eine einfach herzustellende, kostengünstige und effektive Verstärkungsvorrichtung bereit. Zudem stellt das Strukturblech eine Schnittstelle zur Befestigung des Photovoltaik-Moduls am Einsatzort bereit und verbessert die passive Kühlung des Photovoltaik- Moduls durch gezielte Belüftung der Rückseite. Dies sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere geradlinig zwischen Oberkante und Unterkante verlaufende Kanäle in gleichmäßigen Abständen in mindestens ein Strukturblech eingebracht. Dadurch erfolgt eine besonders gleichmäßige Belüftung der Rückseite der Rückscheibe, die das Auftreten von großen Temperaturgradienten verhindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben die Vorderscheibe und/oder die Rückscheibe sehr geringe Dicken, bevorzugt von 1,0 mm bis 2,0 mm auf. Das erfindungsgemäße Rückverstärkungsblech ist besonders bei Modulen mit derartig geringen Scheibendicken vorteilhaft, da eine Verstärkung und Versteifung sowie eine gute Belüftung der Rückseite erreicht wird. Die optimierte Belüftung der Rückseite der Photovoltaik-Module ersetzt deren aktive Kühlung, so dass eine besonders vorteilhafte Gewichtsreduktion erfolgt. Der Einsatz von dünnen rahmenlosen Photovoltaik-Modulen ohne rückseitige Stabilisierung ist nicht möglich.
Das Strukturblech weist eine Dicke von 0,1 mm bis 3,0 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 0,8 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm bis 0,7 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,4 mm, auf. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf ein einfaches Einbringen des erfindungsgemäßen Kanals in das Strukturblech, die Stabilität und die Verstärkungswirkung des Strukturblechs. Das Strukturblech weist bevorzugt eine konstante Dicke auf. Als Dicke des Strukturblechs wird im Sinne der Erfindung die Materialstärke bezeichnet.
Das Strukturblech kann prinzipiell aus jedem geeigneten Metall oder jeder geeigneten Legierung gefertigt sein. Das Strukturblech enthält bevorzugt zumindest Stahl und/oder Aluminium. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung und die Stabilität des Strukturblechs.
Die Kanäle im Strukturblech weisen bevorzugt eine Tiefe von 3 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt von 3 mm bis 6 mm auf. Eine gezielte Auswahl der Tiefe der Kanäle ist, wie bereits diskutiert, von besonderer Bedeutung für die Stabilität und die Kühlwirkung des ückverstärkungsblechs. Eine weitere Reduzierung der Tiefe der Kanäle kann hinsichtlich einer Erhöhung der Stabilität wünschenswert sein. Des Weiteren ergibt sich dadurch ein besonderer Vorteil im Hinblick auf den geringen Platzbedarf des Strukturblechs.
Die Kanäle weisen bevorzugt eine Breite von 8 mm bis 18 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 15 mm auf. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Belüftung und die stabile Verbindung zwischen Strukturblech und Rückscheibe.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Strukturblech eine Dicke von 0,3 mm bis 0,4 mm auf, wobei die Kanäle 3 mm bis 6 mm tief und 10 mm bis 15 mm breit sind. Es hat sich gezeigt, dass auch diese sehr dünnen Strukturbleche realisierbar sind, was zu einer weiteren Gewichts- und Materialersparnis führt. Um eine ausreichende Stabilität und Steifigkeit dieser dünnen Strukturbleche zu erreichen wird die Tiefe und Breite der Kanäle möglichst gering (innerhalb der angegebenen Bereiche) gewählt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Rückverstärkungsblech Verstärkungselemente, die in Form von Verstrebungen zwischen benachbarten Kanälen angebracht sind. Diese Verstrebungen führen zu einer Verbesserung der Stabilität des Rückverstärkungsblechs und einer Zunahme der Verwindungssteifigkeit. Somit werden in einer derartigen Ausführungsform keine weiteren Strukturbleche zur Stabilisierung benötigt, so dass das Rückverstärkungsblech auch aus einem einzelnen Strukturblech bestehen kann. Dies führt zu einer weiteren Gewichtsersparnis.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kreuzen sich mindestens zwei Kanäle des Strukturblechs in Form eines X. Dabei verlaufen beispielsweise zwei Kanäle diagonal zwischen gegenüberliegenden Ecken des Strukturblechs und bilden bei Überschneidung der Kanäle eine X- förmige Kreuzung. Ein derartiges Design ist von Vorteil, wenn vor allem die stabilisierende Wirkung des Rückverstärkungsblechs gewünscht ist.
Das Profil des Kanals im Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Kanals ist erfindungsgemäß nicht auf eine bestimmte Form beschränkt. Das Profil des Kanals kann beispielsweise die Form eines Rechtecks, eines Dreiecks, eines Kreissegments, eines Ellipsensegments oder eines Trapezes aufweisen.
Die Anordnung der Öffnungen an der Oberkante und der Unterkante des Rückverstärkungsblechs ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Strukturblechs, weil die Öffnungen beim Einbringen des Kanals ohne weitere Verfahrensschritte wie beispielsweise Bohren bereitgestellt werden können.
Die Kanäle sind bevorzugt durch Umformen eines im Ausgangszustand planen Strukturbleches in das Strukturblech eingebracht, beispielsweise durch Tiefziehen oder Hohlprägen.
Die Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Strukturblechs und der Rückscheibe erfolgt bevorzugt mittels eines Klebstoffs. Der Klebstoff muss dabei dafür geeignet sein, eine witterungsbeständige sowie mechanisch stabile Verbindung von Strukturblech und Rückscheibe bereitzustellen. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise Polyurethan-Klebstoffe.
Die Kontaktflächen sind bevorzugt auf der gesamten der Rückscheibe zugewandten Oberfläche des Strukturblechs abzüglich des Bereichs des Kanals ausgebildet und komplett mit dem Klebstoff bedeckt. Alle Kontaktflächen liegen in der gleichen Ebene, so dass eine flächige Verklebung der Kontaktflächen mit der Rückscheibe möglich ist. Damit wird vorteilhaft eine besonders stabile Verbindung zwischen Strukturblech und Rückscheibe erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind auf der von der Rückscheibe abgewandten Oberfläche des Strukturblechs ein oder mehrere Befestigungselemente angeordnet. Mittels der Befestigungselemente kann das Photovoltaik-Modul am Einsatzort beispielsweise an einem Gestell befestigt werden. Die Befestigung erfolgt beispielsweise durch Verschrauben, Klemmen, Kleben der Befestigungselemente und/oder durch Einschieben der Befestigungselemente in eine Schiene. Die Befestigungselemente sind bevorzugt im Randbereich des Strukturblechs angeordnet. Das erfindungsgemäße Rückverstärkungsblech stellt durch die Befestigungselemente vorteilhaft eine Schnittstelle zur Befestigung des Photovoltaik-Moduls am Einsatzort bereit.
Die Befestigungselemente können beispielsweise einen winkelartigen Querschnitt aufweisen, wobei ein planer, parallel zur Rückseite der Rückscheibe ausgebildeter Teilbereich über die Seitenkanten des Photovoltaik-Moduls hinausragt. Die Befestigungselemente können beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben auf dem Strukturblech angebracht werden. Alternativ können die Befestigungselemente einstückig mit dem Strukturblech ausgebildet sein, wobei Seitenkanten oder überstehende Bereiche der Seitenkanten des im Ausgangszustand planen Strukturblechs zu einem Befestigungselement gebogen werden.
Die Vorderscheibe enthält bevorzugt ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes, beispielsweise ein thermisch oder chemisch gehärtetes Glas. Die Frontscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, eisenarmes Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Stabilität des Photovoltaik-Moduls, den Schutz des photovoltaischen Schichtsystems vor mechanischer Beschädigung und die Transmission des Sonnenlichts durch die Vorderscheibe.
Die Rückscheibe enthält in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes, beispielsweise ein thermisch oder chemisch gehärtetes Glas. Die Rückscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, eisenarmes Kalk- Natron-Glas oder Borsilikatglas. Die Rückscheibe kann alternativ aber auch beispielsweise einen Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und/oder Gemische davon, einen glasfaserverstärkten Kunststoff, eine Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise rostfreien Stahl enthalten. Die Fläche der Vorderscheibe und der Rückscheibe kann von 100 cm2 bis zu 18 m2 betragen, bevorzugt von 0,5 m2 bis 3 m2. Die Vorderscheibe und die Rückscheibe können plan oder gebogen sein.
Das photovoltaische Schichtsystem bewirkt die zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie erforderliche Ladungsträgertrennung. Das photovoltaische Schichtsystem umfasst bevorzugt zumindest eine photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer Frontelektrodenschicht und einer Rückelektrodenschicht. Die Frontelektrodenschicht ist dabei auf der zum Lichteinfall hingewandten Seite der Absorberschicht angeordnet. Die Rückelektrodenschicht ist auf der vom Lichteinfall abgewandten Seite der Absorberschicht angeordnet.
Die photovoltaisch aktive Absorberschicht ist erfindungsgemäß nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt. Die Absorberschicht kann beispielsweise monokristallines, polykristallines, mikromorphes oder amorphes Silizium, halbleitende organische Polymere oder Oligomere, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder Cadmium-Selenid (CdSe) enthalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Absorberschicht einen p-leitenden Chalkopyrithalbleiter wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Schwefel/Selen (CIS), beispielsweise Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2), oder eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium- Gallium-Schwefel/Selen (CIGS), beispielsweise Cu(lnGa)(SSe)2.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Absorberschicht polykristallines Silizium oder monokristallines Silizium.
Die Absorberschicht hat bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μιτι, besonders bevorzugt von 1 μιτι bis 3 μιτι. Die Absorberschicht kann mit Metallen, bevorzugt Natrium dotiert sein.
Das photovoltaische Schichtsystem kann auf der Vorderseite der Rückscheibe aufgebracht sein (Substrat-Konfiguration). Das photovoltaische Schichtsystem kann alternativ auf der Rückseite der Vorderscheibe aufgebracht sein (Superstrat-Konfiguration). Die Substrat-Konfiguration und die Superstrat-Konfiguration sind insbesondere bei Dünnschicht-Photovoltaik-Modulen üblich. Das photovoltaische Schichtsystem kann alternativ aber auch zwischen einer ersten und einer zweiten Folie der Zwischenschicht angeordnet sein, wie es insbesondere bei Photovoltaik-Modulen mit kristalliner Absorberschicht üblich ist. Das photovoltaische Schichtsystem ist dann im Sinne der Erfindung in der Zwischenschicht angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Photovoltaik-Modul die Substrat-Konfiguration auf.
Die Rückelektrodenschicht kann beispielsweise zumindest ein Metall enthalten, bevorzugt Molybdän, Titan, Wolfram, Nickel, Titan, Chrom und/oder Tantal. Die Rückelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 300 nm bis 600 nm auf. Die Rückelektrodenschicht kann einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten umfassen. Vorzugsweise enthält der Schichtstapel eine Diffusionssperrschicht aus beispielsweise Siliziumnitrid, um eine Diffusion von beispielsweise Natrium aus dem Substrat in die photovoltaisch aktive Absorberschicht zu verhindern.
Die Frontelektrodenschicht ist im Spektralbereich, in dem die Absorberschicht empfindlich ist, transparent. Die Frontelektrodenschicht kann beispielsweise einen n-leitenden Halbleiter enthalten, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium-Zinnoxid. Die Frontelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 2 μιτι auf.
Die Elektrodenschichten können auch Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Zinnoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Kombinationen sowie Gemische davon enthalten.
Das photovoltaische Schichtsystem weist bevorzugt einen umlaufenden Abstand zu den Außenkanten des Photovoltaik-Moduls von 5 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 15 mm auf, um gegenüber Feuchtigkeitseintritt oder Verschattung durch Befestigungselemente am Rand geschützt zu sein.
Die Rückseite der Vorderscheibe ist über zumindest eine Zwischenschicht mit der Vorderseite der Rückscheibe verbunden. Die Verbindung zwischen Vorderscheibe und Rückscheine erfolgt großflächig über die photovoltaische Schichtstruktur. Die Zwischenschicht enthält bevorzugt thermoplastische Kunststoffe, wie Polyvinylbutyral (PVB) und/oder Ethylenvinylacetat (EVA) oder mehrere Schichten davon, bevorzugt mit Dicken von 0,3 mm bis 0,9 mm. Die Zwischenschicht kann auch Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, Fluorinierte Ethylen- Propylene, Polyvinylfluorid, Ethylen-Tetrafluorethylen, Copolymere und/oder Gemische davon enthalten.
Die Frontelektrodenschicht und die Rückelektrodenschicht sind durch an sich bekannte Elemente elektrisch kontaktiert, beispielsweise mittels Sammelleiter (bus bars) und Folienleiter. Die Folienleiter können beispielsweise seitlich im Bereich der Zwischenschicht oder durch zumindest ein Loch in der Rückscheibe im Bereich der Kontaktflächen des Strukturblechs aus dem Photovoltaik-Modul geführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das photovoltaische Schichtsystem über eine Anschlussdose mit Anschlusskabel elektrisch kontaktiert. Dazu werden beispielsweise die Sammelleiter, die die Frontelektrodenschicht und die Rückelektrodenschicht des photovoltaischen Schichtsystems kontaktieren, über eine Lötverbindung, Klemmverbindung oder einen Federkontakt elektrisch leitend mit der Anschlussdose verbunden. Geeignete Ausführungsformen der Anschlussdose und des Anschlusskabels sowie Methoden zur Kontaktierung sind beispielsweise in US 2010/0243047 AI offenbart.
Die Vorderscheibe und/oder die Rückscheibe können an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflektionsschichten, Antihaftschichten, Antikratzschichten und/oder Diffusionssperrschichten. Das Photovoltaik-Modul kann weitere an sich bekannte Elemente umfassen, wie Befestigungsmittel, Rahmen und/oder Beschläge.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls gelöst, wobei zumindest
a) ein photovoltaisches Schichtsystem auf die Vorderseite einer Rückscheibe aufgebracht wird, b) die Vorderseite der Rückscheibe und die Rückseite einer Vorderscheibe über eine Zwischenschicht zu einem laminierten Verbund verbunden werden,
c) mindestens ein zwischen der Oberkante und der Unterkante des Rückverstärkungsblechs verlaufender Kanal in mindestens ein Strukturblech eingebracht wird,
d) das Strukturblech über mehrere Kontaktflächen mit der Rückseite der Rückscheibe verbunden wird,
e) mehrere Befestigungselemente auf der Rückseite des Rückverstärkungsblechs angebracht werden und f) das photovoltaische Schichtsystem mittels einer Anschlussdose und eines Anschlusskabels elektrisch kontaktiert wird.
Zur Bereitstellung des laminierten Verbundes aus übereinander angeordneter Rückscheibe, photovoltaischem Schichtsystem und Vorderscheibe wird das photovoltaische Schichtsystem auf die Vorderseite der Rückscheibe oder auf die Rückseite der Vorderscheibe aufgebracht wird oder in die Zwischenschicht eingelegt. Danach wird die Vorderseite der Rückscheibe mit der Rückseite der Vorderscheibe über die Zwischenschicht unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck verbunden, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder durch Kombinationen davon.
Ist das Photovoltaik-Modul ein Dünnschicht-Photovoltaik-Modul, so werden die einzelnen Schichten des photovoltaischen Schichtsystems bevorzugt durch Kathodenzerstäuben, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) aufgebracht. Das Einlegen des photovoltaischen Schichtsystems in die Zwischenschicht umfasst das Anordnen des photovoltaischen Schichtsystems zwischen einer ersten und einer zweiten Schicht der Zwischenschicht.
Das Bereitstellen des laminierten Verbundes aus übereinander angeordneter Rückscheibe, photovoltaischem Schichtsystem und Vorderscheibe und das Einbringen des Kanals in das Strukturblech können in jeder beliebigen zeitlichen Reihenfolge erfolgen. Das Verbinden des Strukturblechs mit der Rückscheibe erfolgt zeitlich nach dem Bereitstellen des laminierten Verbundes aus übereinander angeordneter Rückscheibe, photovoltaischem Schichtsystem und Vorderscheibe.
Das Verbinden von Rückverstärkungsblech und Rückscheibe erfolgt bevorzugt durch Verkleben.
Bevorzugt werden die Rück- und/oder die Frontelektrodenschicht zur elektrischen Kontaktierung nach dem Aufbringen des photovoltaischen Schichtsystems und vor dem Verbinden von Vorderscheibe und Rückscheibe mit beispielsweise einem Folienleiter elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt beispielsweise durch Schweißen, Bonden, Löten, Klemmen oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Kleber. Die Verbindung von Folienleiter mit der Rück- und/oder die Frontelektrodenschicht kann auch über einen Sammelleiter erfolgen.
Das Verfahren kann weitere, an sich bekannte Schritte umfassen, beispielsweise das Unterteilen des photovoltaischen Schichtsystems in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche (sogenannte Solarzellen) durch Einschnitte in einzelne Schichten oder einzelne Gruppen von Schichten des Schichtsystems oder das Erzeugen eines beschichtungsfreien Randbereichs.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäßen Rückverstärkungsblechs auf der Rückseite der Rückscheibe eines Photovoltaik-Moduls zur mechanischen Verstärkung des Photovoltaik-Moduls sowie zur passiven Kühlung des photovoltaischen Schichtsystems.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur la eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls mit Rückverstärkungsblech.
Figur lb einen Schnitt entlang A-A' durch das Photovoltaik-Modul gemäß Figur la. Figur lc eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts Z aus Figur lb.
Figur 2 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls mit Rückverstärkungsblech.
Figur 3 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik-Moduls mit Rückverstärkungsblech.
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
Figur la zeigt eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik- Moduls (100) mit Rückverstärkungsblech (101). Figur lb zeigt einen Schnitt entlang A-A' durch das Photovoltaik-Modul (100) gemäß Figur la und Figur lc zeigt einen vergrößerten Abschnitt Z aus Figur lb. Das Photovoltaik-Modul (100) umfasst eine Vorderscheibe (1) mit einer Vorderseite (I) und einer Rückseite (II) und eine Rückscheibe (2) mit einer Vorderseite (III) und einer Rückseite (IV). Die Vorderseite (I) der Vorderscheibe (1) ist zum Lichteinfall hingewandt. Auf die Vorderseite (III) der Rückscheibe (2) ist ein photovoltaisches Schichtsystem (3) aufgebracht. Die Rückseite (II) und die Vorderseite (III) sind großflächig über das photovoltaische Schichtsystem (3) mittels einer Zwischenschicht (4) miteinander verbunden. Die Vorderscheibe (1), die ückscheibe (2), das photovoltaische Schichtsystem (3) und die Zwischenschicht (4) bilden einen laminierten Verbund. Die Vorderscheibe (1) ist für Sonnenlicht transparent und besteht aus gehärtetem, extraweißem Glas mit geringem Eisengehalt. Die Rückscheibe (2) besteht aus Natron-Kalk-Glas. Die Vorderscheibe (1) und die Rückscheibe (2) weisen eine Dicke von 1,6 mm auf. Das Photovoltaik-Modul (100) weist eine Größe von 1,6 m x 0,7 m auf. Die Zwischenschicht (4) enthält Polyvinylbutyral (PVB) und weist eine Schichtdicke von 0,76 mm auf.
Das Photovoltaik-Modul (100) ist ein CIS-Dünnschicht-Photovoltaik-Modul in Substrat-Konfiguration. Das photovoltaische Schichtsystem (3) umfasst eine auf der Vorderseite (III) der Rückscheibe (2) angeordnete Rückelektrodenschicht (10), die Molybdän enthält und eine Schichtdicke von etwa 300 nm aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem (3) enthält weiter eine photovoltaisch aktive Absorberschicht (11), welche Natrium-dotiertes Cu(lnGa)(SSe)2 enthält und eine Schichtdicke von etwa 2 μιτι aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem (3) enthält weiter eine Frontelektrodenschicht (12), die Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) enthält und eine Schichtdicke von etwa 1 μιτι aufweist. Zwischen Frontelektrodenschicht (12) und Absorberschicht (11) ist eine Pufferschicht (13) angeordnet, die eine Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und eine Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) enthält. Die Pufferschicht bewirkt eine elektronische Anpassung zwischen Absorberschicht (11) und Frontelektrodenschicht (12). Das photovoltaische Schichtsystem (3) ist mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Photovotaik-Moduls in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen unterteilt, die über einen Bereich der Rückelektrodenschicht (10) seriell miteinander verschaltet sind. Das photovoltaische Schichtsystem (3) ist im Randbereich der Rückscheibe (2) mit einer Breite von 15 mm mechanisch abrasiv entschichtet. Die Frontelektrodenschicht (12) und die Rückelektrodenschicht (10) sind über nicht dargestellte Folienleiter in an sich bekannter Weise elektrisch kontaktiert.
Auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) ist ein Rückverstärkungsblech (101) bestehend aus drei Strukturblechen (5) angeordnet. Die Strukturbleche (5) bestehen aus Stahl und weisen eine Dicke von 0,8 mm auf. Ein Strukturblech ist dabei flächig auf die Rückseite der Rückscheibe aufgebracht, während die anderen beiden Strukturbleche quer dazu zur weiteren Stabilisierung auf die Rückseite des unteren Strukturblechs aufgebracht sind. Die Strukturbleche (5) sind miteinander verschweißt. In das untere Strukturblech (5), das die Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) direkt kontaktiert, sind durch Tiefziehen mehrere Kanäle (6) gleichbleibendem Abstand zueinander eingebracht. Die Kanäle (6) verlaufen geradlinig von der Oberkante (18) zur Unterkante (17) und sind parallel zueinander. An der Oberkante (17) und der Unterkante (18) des ückverstärkungsblechs (101) weisen die Kanäle (6) jeweils eine Öffnung auf. Die Breite b der Kanäle (6) ist zur besseren Veranschaulichung sehr groß dargestellt. In einer realen Ausgestaltung weisen die Kanäle (6) beispielsweise eine Breite b von 20 mm auf.
Auf der der Rückscheibe (2) zugewandten Oberfläche des unteren Strukturblechs (5) sind mehrere Kontaktflächen (7) ausgebildet, die durch die Kanäle (6) voneinander getrennt sind. Die Kontaktflächen (7) sind in einer planen Ebene angeordnet. Das untere Strukturblech (5) ist über die Kontaktflächen (7) mit der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) mittels eines Klebstoffs (14) verbunden. Durch den Klebstoff (14), welcher ein Polyurethan-Klebstoff ist, wird eine dauerhaft stabile und witterungsbeständige zwischen Strukturblech (5) und Rückscheibe (2) bereitgestellt.
Die Kanäle (6) weisen im Querschnitt senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung die Form eines Trapezes auf. Die Kanäle (6) weisen eine Tiefe t von 5 mm auf.
Im Randbereich der von der Rückscheibe (2) abgewandten Oberfläche des Rückverstärkungsblechs (101) sind Befestigungselemente (8) angeschweißt. Die Befestigungselemente (8) bestehen aus Stahl und weisen ein winkelartiges Profil auf, wobei ein Bereich jedes Befestigungselements (8) über die Seitenkanten des Photovoltaikmoduls (100) übersteht. Über die überstehenden Bereiche der Befestigungselemente (8) kann das Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) auf einem Gestell befestigt werden, beispielsweise durch Verschrauben oder Einschieben in eine Trägerschiene.
Im Randbereich der von der Rückscheibe (2) abgewandten Oberfläche des Rückverstärkungsblechs (101) sind des Weiteren Anschlussdosen (15) mit Anschlusskabeln (16) angebracht. Die Anschlussdosen kontaktieren das photovoltaische Schichtsystem (3) über einen Federkontakt elektrisch leitfähig (nicht gezeigt).
Das Rückverstärkungsblech (101) führt zu einer Verstärkung und Versteifung des Photovoltaik- Moduls (100), was aufgrund der geringen Dicke der Vorderscheibe (1) und der Rückscheibe (2) vorteilhaft ist. Zusätzliche Verstärkungselemente sind nicht notwendig. Außerdem stellt das Rückverstärkungsblech (101) durch die Befestigungselemente (8) die Schnittstelle zur Befestigung des Photovoltaik-Moduls (100) am Einsatzort dar. Durch das erfindungsgemäße Rückverstärkungsblech (101) wird ein einfach und kostengünstig herzustellendes und platzsparendes Element zur Stabilisierung des Photovoltaik-Moduls (100) bereitgestellt. Des Weiteren wird das ückverstärkungsblech (101) über die Öffnungen der Kanäle (6) an der Oberkante (17) und der Unterkante (18) belüftet, wodurch eine passive Kühlung des Photovoltaik-Moduls (100) erzielt wird. Die geradlinig verlaufenden Kanäle (6) ermöglichen eine gute Kühlung, da die Luft auf direktem Wege durch das Rückverstärkungsblech (101) hindurch geleitet wird, ohne dass es zu Verwirbelungen kommt. An der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) entsteht so eine permanente Luftkonvektion, so dass die an der Rückseite (IV) angestaute Wärme abgeleitet wird. Besonders bei Wind kann so die an einem Giebeldach aufwärts gedrückte Luft durch die Kanäle (6) gelenkt werden und dient der Kühlung des Photovoltaik-Moduls (100). Dies sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik- Moduls (100) mit Rückverstärkungsblech (101). Das Photovoltaikmodul (100), die Anschlussbox (15) mit Anschlusskabel (16) und die Befestigungselemente (8) sind gemäß der Figuren la bis lc ausgeführt. Im Unterschied dazu besteht das Rückverstärkungsblech (101) aus einem einzelnen Strukturblech (5). Die Materialbeschaffenheit des Strukturblechs (5) und dessen Verklebung auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) entsprechen ebenfalls der in Figuren la bis lc beschriebenen Ausführung. In das Strukturblech (5) sind mehrere parallel zueinander geradlinig zwischen Oberkante (17) und Unterkante (18) verlaufende Kanäle (6) eingebracht. Die Anordnung, Form und Größe der Kanäle (6) entspricht der in Figuren la bis lc beschriebenen. Im Unterschied zu Figuren la bis lc sind in das Strukturblech (5) zusätzliche Verstärkungselemente (9) eingeprägt, die einteilig mit dem Strukturblech (5) und den darin eingebrachten Kanälen (6) ausgeführt sind. Diese Verstärkungselemente (9) sind in Form von Verstrebungen zwischen benachbarten Kanälen (6) angebracht und erhöhen in vorteilhafter Weise die Stabilität des Rückverstärkungsblechs (101). Weitere Strukturbleche (5) zur Stabilisierung sind demnach nicht erforderlich.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaik- Moduls (100) mit Rückverstärkungsblech (101). Das Photovoltaikmodul (100), die Anschlussbox (15) mit Anschlusskabel (16) und die Befestigungselemente (8) sind gemäß der Figuren la bis lc ausgeführt. Im Unterschied dazu besteht das Rückverstärkungsblech (101) aus einem einzelnen Strukturblech (5). Die Materialbeschaffenheit des Strukturblechs (5) und dessen Verklebung auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) entsprechen ebenfalls der in Figuren la bis lc beschriebenen Ausführung. In das Strukturblech (5) sind zwei sich X-förmig kreuzende Kanäle (6) eingebracht, die diagonal zwischen zwei gegenüberliegenden Ecken des Strukturblechs (5) verlaufen. Zwischen den geradlinig diagonal verlaufenden Kanälen (6) des Strukturblechs (5) liegen weitere Kanäle (6), die eine gebogene Form aufweisen. Ein derartiges Design ist von Vorteil, wenn vor allem die stabilisierende Wirkung des ückverstärkungsblechs (101) gewünscht ist. Die passive Kühlwirkung dieser Ausführungsform ist eingeschränkt, da die Anzahl der geradlinig verlaufenden Kanäle (6) sehr klein ist und keine gleichmäßige Verteilung geradlinig zwischen Oberkante (17) und Unterkante (18) verlaufender Kanäle (6) vorliegt. Eine diagonale Anordnung der beiden geradlinigen Kanäle (6) ist jedoch vorteilhaft im Hinblick auf eine gleichmäßige Kühlwirkung. Die beiden diagonalen Kanäle (6) durchlaufen, im Gegensatz zu beispielsweise zwei parallelen Kanälen, das Rückverstärkungsblech (101) in seiner gesamten Breite und bewirken somit eine gleichmäßigere Kühlung.
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt wird ein photovoltaisches Schichtsystems (3) auf die Vorderseite (III) einer Rückscheibe (2) aufgebracht und danach ein Verbund aus der Rückscheibe (2) und einer Vorderscheibe (1) hergestellt. Dabei wird eine Zwischenschicht (4) zwischen der Vorderseite (III) der Rückscheibe (2) und der Rückseite (II) der Vorderscheibe (1) eingelegt und die Anordnung zu einem Verbund laminiert. Anschließend wird mindestens ein zwischen der Oberkante (17) und der Unterkante (18) des Rückverstärkungsblechs (101) verlaufender Kanal (6) in mindestens ein Strukturblech (5) eingebracht und das Strukturblechs (5) über mehrere Kontaktflächen (7) mit der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) verbunden. Auf der Rückseite des Rückverstärkungsblechs (101) werden daraufhin mehrerer Befestigungselemente (8) angebracht. Im letzten Schritt wird das photovoltaische Schichtsystem (3) mittels Anschlussdose (15) und Anschlusskabel (16) elektrisch kontaktiert.
Bezugszeichen
1 Vorderscheibe
2 Rückscheibe
3 photovoltaisches Schichtsystem
4 Zwischenschicht
5 Strukturblech
6 Kanal
7 Kontaktfläche des Rückverstärkungsblechs (101)
8 Befestigungselement
9 Verstärkungselement
10 Rückelektrodenschicht
11 Absorberschicht
12 Frontelektrodenschicht
13 Pufferschicht
14 Klebstoff
15 Anschlussdose
16 Anschlusskabel
17 Oberkante des Rückverstärkungsblechs 101
18 Unterkante des Rückverstärkungsblechs 101
100 Photovoltaik-Modul
101 Rückverstärkungsblech b Breite des Kanals 6
t Tiefe des Kanals 6
I Vorderseite der Vorderscheibe 1
II Rückseite der Vorderscheibe 1
III Vorderseite der Rückscheibe 2
IV Rückseite der Rückscheibe 2
A-A' Schnittlinie
Z Abschnitt des Photovoltaik-Moduls 100

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101), mindestens umfassend:
- einen laminierten Verbund aus übereinander angeordneter Rückscheibe (2), photovoltaischem Schichtsystem (3) und Vorderscheibe (1),
- eine Rückscheibe (2) mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und eine Vorderscheibe (1) mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm und
- ein auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) angeordnetes Rückverstärkungsblech (101) umfassend mindestens ein Strukturblech (5),
wobei
- in mindestens ein Strukturblech (5) mindestens ein zwischen der Oberkante (17) und der Unterkante (18) des Rückverstärkungsblechs (101) geradlinig verlaufender Kanal (6) eingebracht ist,
- der geradlinig verlaufende Kanal (6) jeweils mindestens eine Öffnung an der Oberkante (17) und der Unterkante (18) aufweist,
- auf der Oberfläche des Rückverstärkungsblechs (101) mindestens zwei Kontaktflächen (7) ausgebildet sind, die durch den Kanal (6) voneinander getrennt sind und über die das Rückverstärkungsblech (101) mit der Rückseite (IV) verbunden ist und
- die Kanäle (6) eine Tiefe t von 2 mm bis 10 mm und eine Breite b von 5 mm bis 20 mm aufweisen.
2. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach Anspruch 1, wobei mehrere geradlinig zwischen Oberkante (19) und Unterkante (20) verlaufende Kanäle (6) in gleichmäßigen Abständen in mindestens ein Strukturblech (5) eingebracht sind.
3. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückscheibe (2) eine Dicke von 1,0 mm bis 2,0 mm und die Vorderscheibe eine Dicke von 1,0 mm bis 2,0 mm besitzt.
4. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strukturblech (5) zumindest Stahl und/oder Aluminium enthält.
5. Photovoltaik-Modul (100) mit ückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
4, wobei das Strukturblech (5) eine Dicke von 0,1 mm bis 3,0 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 0,8 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm bis 0,7 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,4 mm aufweist.
6. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
5, wobei die Kanäle (6) eine Tiefe t von 3 mm bis 8 mm, bevorzugt von 3 mm bis 6 mm aufweisen und eine Breite b von 8 mm bis 18 mm, bevorzugt von 10 mm bis 15 mm aufweisen.
7. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
6, wobei das Rückverstärkungsblech (101) Verstärkungselemente (9) in Form von Verstrebungen zwischen benachbarten Kanälen (6) umfasst.
8. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
7, wobei sich mindestens zwei Kanäle (6) X-förmig kreuzen.
9. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei das Rückverstärkungsblech (101) über einen Klebstoff (14), bevorzugt einen Polyurethan-Klebstoff mit der Rückscheibe (2) verbunden ist.
10. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
9, wobei auf der von der Rückscheibe (2) abgewandten Oberfläche des Rückverstärkungsblechs (101) zumindest ein Befestigungselement (8) angeordnet ist.
11. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
10, wobei die Vorderscheibe (1) und/oder die Rückscheibe (2) ein nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes oder ein gehärtetes Glas enthält, besonders bevorzugt Kalk-Natron-Glas, eisenarmes Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas.
12. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis
11, wobei das photovoltaische Schichtsystem (3) zumindest eine photovoltaisch aktive Absorberschicht (11) zwischen einer Frontelektrodenschicht (12) und einer Rückelektrodenschicht (10) aufweist und wobei die photovoltaisch aktive Absorberschicht (11) zumindest polykristallines Silizium oder Kupfer-lndium(Gallium)-Schwefel/Selen (CI(G)S) enthält und wobei das photovoltaische Schichtsystem bevorzugt auf der Vorderseite (III) der Rückscheibe (2) angeordnet ist.
13. Photovoltaik-Modul (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das photovoltaische Schichtsystem (3) über eine Anschlussdose (15) mit Anschlusskabel (16) elektrisch kontaktiert ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls (100) mit Rückverstärkungsblech (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zumindest
a) ein photovoltaisches Schichtsystem (3) auf die Vorderseite (III) einer Rückscheibe (2) aufgebracht wird,
b) die Vorderseite (III) der Rückscheibe (2) und die Rückseite (II) einer Vorderscheibe (1) über eine Zwischenschicht (4) zu einem laminierten Verbund verbunden werden, c) mindestens ein zwischen der Oberkante (17) und der Unterkante (18) des Rückverstärkungsblechs (101) verlaufender Kanal (6) in mindestens ein Strukturblech (5) eingebracht wird,
d) das Strukturblech (5) über mehrere Kontaktflächen (7) mit der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) verbunden wird,
e) mehrere Befestigungselemente (8) auf der Rückseite des Rückverstärkungsblechs (101) angebracht werden und
f) das photovoltaische Schichtsystem (3) mittels einer Anschlussdose (15) und eines Anschlusskabels (16) elektrisch kontaktiert wird.
15. Verwendung eines Rückverstärkungsblechs (101) auf der Rückseite (IV) der Rückscheibe (2) eines Photovoltaik-Moduls (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur mechanischen Verstärkung des Photovoltaik-Moduls (100) sowie zur passiven Kühlung des photovoltaischen Schichtsystems (3).
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