WO2014202231A1 - Solarmodul mit rückseitenverstärkung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar module comprising a layer with one or more in one
- Polymer matrix has embedded solar cells, which is applied to a rear support structure, wherein the rear support structure has a support profile.
- Solar modules are produced in the form of flat, plate-like structures. The combination of the individual components of a solar module usually takes place in a vacuum lamination process.
- Thin-film solar modules are usually only laminated with one layer of encapsulation foil, since the solar cells are applied to the front glass or the rear support.
- Silicon solar cells often have a standard design with a transparent front glass, the
- Encapsulating material in which the solar cells are embedded, and a foil or glass sheet applied on the back.
- the mechanical stability of the solar module is obtained through the glass pane or through a frame, which may be made of aluminum, for example.
- a transparent plastic plate is used in order to reduce the weight of the solar modules.
- suitable substructures are used by which the solar modules are sufficiently supported to meet the surface load requirements.
- the solar modules applied during assembly to such substructures and attached to the substructures usually via clamping and plug systems or screwing. This is no longer the layer composite of the solar module, but the substructure responsible for the overall rigidity.
- a photovoltaic frameless solar module in plate form in which the layer with the solar cells is applied to a support structure having a support profile.
- the required rigidity of the solar module is obtained by this support structure, so that it is possible to dispense with the use of a heavy front glass.
- a support profile an extruded profile is proposed in one embodiment of this document.
- Another embodiment provides an embossed honeycomb-like light metal sheet structure as a support profile.
- WO 2009/109180 A2 describes a solar module with a rear-side support structure, which by a plate-shaped plastic carrier is formed with an integrated electrical connection structure.
- Connection structure is formed largely rigid, so that the plastic carrier through the
- Terminal structure undergoes improved surface rigidity.
- rib-like struts are attached to the plastic carrier on the back.
- WO 2012/016732 A2 is a photovoltaic module with a deposited on a substrate
- Photovoltaic layer is known, wherein the substrate has a honeycomb structure.
- the object of the present invention is to provide a further solar module in lightweight construction, which contributes a high surface rigidity
- the proposed lightweight solar module should allow an even higher rigidity than the aforementioned solutions of the prior art.
- the task is with the solar module according to
- Example a layer with one or more embedded in a polymer matrix solar cells, which is applied to a back-side support structure.
- This support structure is part of the solar module and therefore also has its lateral dimensions.
- the layer with the solar cells can be provided in a known manner with a front cover, such as an optically transparent plastic plate or plastic film.
- the rear support structure has a support profile which is formed from a plurality of profile sections, which has a profile cross-section open to the front or to the rear with at least two
- V-shaped, U-shaped, rectangular section, Trapezabitess- or semi-circular profile cross sections act.
- the proposed solar module are in the open profile cross-sections of one or more of the profile sections individual,
- mechanical reinforcing elements for the support profile and connected to the profile sections.
- These mechanical reinforcing elements are preferably metallic elements.
- the profile cross section is from a
- Sectional view of the support profile recognizable in which the support profile is shown in a sectional plane which is perpendicular to the layer with one or the
- Reinforcing elements are preferably prefabricated elements that are provided before the production of the solar module.
- the combination of the open to the front or back profile cross-sections of the support structure with the inserted or embedded reinforcing elements a particularly good surface stiffness of the solar modules is achieved with low weight.
- the mechanical reinforcing elements are preferably arranged in the bottom region of the open profile cross sections. They can be inserted and connected by suitable connecting means with the profile cross-sections or even embedded in the production of the profile cross sections in this, for example as inlays when embossing or spraying the profile sections or support structure.
- the profile sections intersect in the support structure. As a result, the surface rigidity of the solar module is further improved in all directions with minimum use of material.
- the support profile may consist of different materials, for example a pure thermoplastic, a pure duromer, a particle-reinforced thermoplastic or thermoset, a fiber-reinforced thermoplastic or thermoset or a
- the support profile preferably consists of a fiber-reinforced material, in particular of a fiber-reinforced thermoplastic or a fiber-reinforced thermoset.
- a fiber-reinforced thermoplastic for the fiber reinforcement both short fibers, long fibers, continuous fibers and fiber fabrics can be used.
- the surface connection connects the ends of the profile legs in each case to each other
- the proposed solar module preferably at an angle which is between 75 ° and 105 °, in particular perpendicular.
- the grid formed by the intersecting profile sections does not necessarily have to be divided into square, rectangular or trapezoidal shapes. Rather, almost any subdivisions can be realized in which the profile sections can also be designed correspondingly curved.
- the profile sections are filled with a foam core, which may for example consist of a polymer or a glass-based material.
- a foam core which may for example consist of a polymer or a glass-based material.
- Module components such as cables, inverters, the
- Junction box or plug can be integrated into the profile sections.
- the support profile is preferably laterally over the layer with the solar cells and is at the edges to the front over-elevated, so that an edge termination for the layer with the solar cells is formed by the support profile.
- the elevation may extend to the front edge of the layer with the solar cells or even beyond to the front edge of the front panel of the solar module.
- the support structure is preferably connected via an adhesion layer, for example an adhesive layer or an adhesive film, to the layer with the solar cells.
- the support structure is preferably integrally formed in the proposed solar module. Due to the dimensioning of the support structure and the firm connection with the layer with the solar cells, the required inherent rigidity of the solar module is also without a front glass plate
- the support structure may additionally also have an intermediate plate, which is arranged between the layer with the solar cells and the support profile and fixedly connected to the support profile, for example via an adhesion layer.
- the proposed solar module can be carried out both with crystalline solar cells and with thin-film solar cells.
- Front can be made of a glass, a transparent one Polymer plate made of polycarbonate (PC) or polymethyl acrylate (PMMA).
- EFE ethylene tetrafluoroethylene
- Underneath are the solar cells, which are embedded in an encapsulating polymer. This can for example
- EVA Ethylene vinyl acetate
- TPO thermoplastic polyolefin
- PVB polyvinyl butyral
- silicone-based potting compounds or polyurethane-based potting compounds exist. These are preferably sealed by a barrier film, which can also simultaneously contain an integrated adhesion layer, so that the layer with the solar cells rests directly on this. With a further adhesion layer then the top module assembly is applied to the support structure.
- the proposed solar module can not be realized only in flat or planar construction.
- the shape of the support structure and the overlying layers also a curvature
- Transfer molding (RTM) method in the vacuum bag method, in the hand lamination method or with a Thermoform / Thermopress method.
- the joining of the individual layers to a solar module is preferably carried out in the vacuum lamination process and / or a possibly additional potting process.
- Fig. 1 shows a first example of a
- Fig. 2 shows a second example of a
- Fig. 4 is a cross-sectional view of a
- Fig. 5 is a cross-sectional view of a
- Profile sections of the proposed support profile with foam core is a plan view of an exemplary embodiment of the support profile with the reinforcing elements.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 8; FIG.
- Fig. 10 is a plan view of another
- Fig. 12 is a cross-sectional view of a
- Fig. 13 shows an example of a structure of
- FIG. 14 shows another example of a structure of the proposed solar module in cross section
- Fig. 15 is a further example of a structure of the proposed solar module in cross section
- 16 shows a further example of a structure of the proposed solar module in cross section
- 17 shows an example of the formation of a
- FIG. 18 shows another example of the formation of an edge termination in the proposed solar module
- FIG. 19 shows another example of the formation of an edge termination in the proposed solar module
- Fig. 21 shows an example of the integration of
- the proposed solar module has a rear support structure, which is preferably formed from a fiber-reinforced polymer material and forms an integrated, preferably intersecting profile rib structure.
- This support structure may include both the support systems and electrical components such as Junction box or cable and plug connections for the solar module included.
- FIG. 1 shows an example of a support profile through which the support structure is formed.
- the support profile 5 is formed in this example of vertically crossing profile sections 20, each having an upwardly (to the module front) or down (to the module rear side) open towards U-shaped profile cross-section.
- the support profile 5 has in this example
- a surface connection 21 between the profile webs of the individual profile sections 20 may also be additionally formed, as shown schematically in FIG.
- the reinforcing elements are not explicitly shown in this and some of the following figures.
- the grid of the support profile 5 need not necessarily be divided into square or rectangular shape.
- FIG. 3 shows a schematic representation of various raster variants for the design of the rib structures or the course of the profile sections 20 of the proposed support profile. From the figure it can be seen that the profile sections can also be curved and can also intersect at 90 ° angles.
- Figures 4 and 5 show two examples of a cross-sectional view of a support profile 5 in the longitudinal and / or transverse direction of the support structure.
- the front and / or back or top and / or bottom can be performed evenly evenly, as in the figure 4 is shown.
- the profile sections 20 may also differ in their web height within the support section 5 and the support structure.
- Profile sections 20 may represent open semicircular, U or V profiles as well as open rectangular or trapezoidal profiles. This is illustrated in FIG. 6 by four
- the profile sections 20 also be filled with a polymer or a glass-based foam core 22, as shown schematically in Figure 7 with the corresponding filled profile cross sections of the profile sections 20.
- a polymer or a glass-based foam core 22 As shown schematically in Figure 7 with the corresponding filled profile cross sections of the profile sections 20.
- important module components such as cables, inverters, junction boxes or plugs into these chamber profiles.
- the support profile of the rear support structure can be produced in the manual production method, for example for cost-intensive architectural applications.
- manual or semi-manual production methods may be hand lamination, vacuum infusion or RTM. All methods have in common that the reinforcing fibers are inserted into a mold and then impregnated with resin. These procedures are currently
- the RTM process has potential for large series in the future.
- the highly automated injection molding or compression molding process is suitable.
- Placed pressing tool When closing the upper and lower tool half a pressure of several tons is applied to the prepreg, so that it flows into the cavities of the closed tool and images the carrier. With thermosetting molding compounds, these tools are tempered so that the material can crosslink. Typical tool temperatures are between 120 and 200 ° C. If thermoplastic molding compositions are used, they are heated above the melting temperature of the material polymer before being placed in the mold, then pressed and the support then cools down in the mold. Typical mold temperatures are below 100 ° C.
- FIG. 8 shows a plan view of a support profile in which the reinforcement elements 23 can be seen in the profile sections 20. In this example, they are formed as metal strips
- Reinforcement elements 23 transverse to the solar module and are arranged at the bottom of the profile sections. This can be seen in the cross-sectional view of FIG. In Similarly, the reinforcing elements 23 may of course also extend or intersect in the longitudinal direction, as shown by way of example in the plan view of FIG.
- the reinforcing elements 23 may in this case be fastened to the bottom of the profile sections 20,
- the reinforcing elements 23 are here between an upper 24 and a lower layer 25 of the profile sections 20, which may be formed in this example of a mat of a fiber reinforced material, e.g. from a fiberglass mat.
- FIG. 13 to 16 show various aspects
- Embodiments shown a layer 2 with the solar cells embedded in a polymer matrix are. On this layer 2 with solar cells, a transparent front plate or film 1 is applied. The layer 2 with the solar cells is opposite to the
- This layer composite is in the example of Figure 13 via an adhesion layer 4, for example an adhesive or thermoplastic, with the
- Support profile 5 connected, which forms the proposed carrier structure.
- an intermediate plate 7 which can be made of plastic or metal, is applied on the support profile 5 via an adhesive layer 6.
- the front-side composite layer of front panel or film 1, layer 2 with the solar cells and barrier film 3 is then in turn connected via an adhesion layer 4 to the intermediate plate 7.
- Figure 15 shows an alternative to the embodiment of Figure 14, in which the support profile 5 is formed with downwardly open profile sections. The further module construction is unchanged.
- FIG. 16 shows an example in which the rear or underside of the support profile 5 is additionally provided with a metal or plastic plate 7. This metal or plastic plate 7 is in turn connected via an adhesive layer 6 with the support profile 5.
- This additional plastic or metal plate 7 can on the one hand serve to protect the support profile and on the other hand as additional reinforcement.
- Figures 17 to 19 show various
- FIG. 17 shows a variant in which the support profile 5 extends to the front of the layer 2 with the solar cells.
- the front panel or film 1 then also covers this edge termination with and is connected via an adhesive layer 6 with the edge termination.
- FIG. 18 shows a further variant in which the support profile 5 for the edge termination extends as far as the front side of the front panel or film 1.
- this edge termination is connected to the sides of the barrier film 3, layer 2 to the solar cell and front panel or film 1 via an adhesive layer 6.
- FIG. 19 shows an embodiment in which a peripheral frame 8 is additionally made of a
- Polymer or metal is glued over the adhesive layer 6 on the edge termination and an edge region of the front panel or film 1.
- the mounting of the solar module to a substructure can be done by different systems.
- the connection can be made, for example, via a screw-nut connection, a groove-pin connection or other known connection techniques
- Figure 20 shows various
- Screw-nut connection can this example, a threaded nut 9 or a thread 11 are integrated into the support section 5.
- the integration takes place, for example, with a insert ring 10 with fixation workpiece attached thereto.
- the right part of the figure shows a connection through a hole bushing 12 in the support section 5 with a corresponding support 16, which also has a hole.
- the fastening means can of course also be integrated elsewhere in the support profile, as indicated schematically in FIG.
- the fastening means 17 are respectively integrated in the lower profile side of the intersecting profile sections 20.
- particularly advantageous is the attachment to the reinforcing elements, as has already been explained in connection with Figure 12.
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul, das eine Schicht (2) mit einer oder mehreren in einer Polymermatrix eingebetteten Solarzellen aufweist, die auf einer rückseitigen Trägerstruktur aufgebracht ist. Die rückseitige Trägerstruktur weist ein Stützprofil (5) auf, das aus mehreren Profilabschnitten (20) gebildet ist, die einen zur Vorder- oder Rückseite hin offenen Profilquerschnitt mit mindestens zwei Profil- schenkein aufweisen. In die offenen Profilquerschnitte einer oder mehrerer der Profilabschnitte (20) sind einzelne, mechanische Verstärkungselemente (23) für das Stützprofil eingebracht und mit den Profilabschnitten (20) verbunden. Das vorgeschlagene Solarmodul ermöglicht eine Leichtbauweise mit hoher Flächensteifigkeit bei geringem Materialeinsatz.
Description
Solarmodul mit Rückseitenverstärkung
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul, das eine Schicht mit einer oder mehreren in einer
Polymermatrix eingebetteten Solarzellen aufweist, die auf einer rückseitigen Trägerstruktur aufgebracht ist, wobei die rückseitige Trägerstruktur ein Stützprofil aufweist. Solarmodule werden in Form flächiger, plattenartiger Strukturen hergestellt. Die Kombination der Einzelkomponenten eines Solarmoduls erfolgt zumeist in einem Vakuumlaminationsprozess . Hierbei werden die Solarzelle (n) und elektrische Leiterbahn (en) zwischen zwei Kunststofffolien als Verkapselungsmaterial
angeordnet, welche von einem Frontglas und einer
Rückseitenfolie oder einem Rückseitenglas abgeschlossen werden. Dünnschicht-Solarmodule werden in der Regel nur mit einer Lage Verkapselungsfolie laminiert, da die Solarzellen auf dem Frontglas oder dem Rückseitenträger aufgebracht sind. Solarmodule aus kristallinen
Silizium-Solarzellen weisen häufig einen Standardaufbau mit einer transparenten Frontseite aus Glas, dem
Verkapselungsmaterial, in das die Solarzellen einge- bettet sind, und einer auf der Rückseite aufgebrachten Folie oder Glasscheibe auf. Die mechanische Stabilität des Solarmoduls wird dabei durch die Glasscheibe oder durch einen Rahmen erhalten, der in bspw. aus Aluminium bestehen kann.
Zur Verringerung des Gewichts der Solarmodule sind Lösungen bekannt, bei welchen auf das verhältnismäßig schwere Deckglas an der Frontseite verzichtet und an dessen Stelle eine transparente Kunststoffplatte verwendet wird. Allerdings führt dies zu einer deutlich verringerten Steifigkeit, die den gesetzlichen Flächenlast-Anforderungen beim Einsatz der Solarmodule nicht mehr genügt. Es werden daher geeignete Unterkonstruktionen verwendet, durch die die Solarmodule ausreichend gestützt werden, um die Flächenlast-Anforderungen zu erfüllen. Die Solarmodule bei der Montage auf derartige Unterkonstruktionen aufgebracht und in der Regel über Klemm- und Stecksysteme bzw. Verschraubungen an den Unterkonstruktionen befestigt. Damit ist nicht mehr der Schichtverbund des Solarmoduls, sondern die Unterkonstruktion für die Gesamtsteifigkeit verantwortlich.
Stand der Technik
Aus der WO 2007/062633 A2 ist ein photovoltaisches rahmenloses Solarmodul in Plattenform bekannt, bei dem die Schicht mit den Solarzellen auf einer Trägerstruktur aufgebracht ist, die ein Stützprofil aufweist. Die erforderliche Steifigkeit des Solarmoduls wird durch diese Trägerstruktur erhalten, so dass auf die Verwendung eines schweren Frontglases verzichtet werden kann. Als Stützprofil wird in einer Ausgestaltung dieser Druckschrift ein Strangpressprofil vorgeschlagen. Eine andere Ausgestaltung sieht eine geprägte wabenartige Leichtmetallblechstruktur als Stützprofil vor.
Die WO 2009/109180 A2 beschreibt ein Solarmodul mit einer rückseitigen Trägerstruktur, die durch einen
plattenförmigen Kunststoffträger mit einer integrierten elektrischen Anschlussstruktur gebildet ist. Die
Anschlussstruktur ist weitgehend biegesteif ausgebildet, so dass der Kunststoffträger durch die
Anschlussstruktur eine verbesserte Flächensteifigkeit erfährt. Zur weiteren Erhöhung der Flächensteifigkeit sind rückseitig rippenartige Verstrebungen am Kunststoffträger angebracht. Aus WO 2012/016732 A2 ist ein Photovoltaik-Modul mit einer auf einem Substrat aufgebrachten
Photovoltaik-Schicht bekannt, wobei das Substrat eine Wabenstruktur aufweist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein weiteres Solarmodul in Leichtbauweise anzugeben, das eine hohe Flächensteifigkeit bei
geringem Gewicht aufweist. Insbesondere soll das vorgeschlagene Leichtbau-Solarmodul eine noch höhere Steifigkeit ermöglichen als die vorgenannten Lösungen des Standes der Technik.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Solarmodul gemäß
Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Solarmoduls sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Das vorgeschlagene Solarmodul weist in bekannter
Weise eine Schicht mit einer oder mehreren in einer Polymermatrix eingebetteten Solarzellen auf, die auf einer rückseitigen Trägerstruktur aufgebracht ist.
Diese Trägerstruktur ist Teil des Solarmoduls und weist somit auch dessen laterale Abmessungen auf . Die Schicht mit den Solarzellen kann dabei in bekannter Weise mit einer Frontabdeckung, beispielsweise einer optisch transparenten Kunststoffplatte oder Kunststofffolie, versehen sein. Die rückseitige Trägerstruktur weist ein Stützprofil auf, das aus mehreren Profilabschnitten gebildet ist, die einen zur Vorder- oder zur Rückseite hin offenen Profilquerschnitt mit mindestens zwei
Profilschenkeln aufweisen. Hierbei kann es sich
beispielsweise um V-förmige, U- förmige, rechteck- abschnitts-, trapezabschnitts- oder halbkreisförmige Profilquerschnitte handeln. Bei dem vorgeschlagenen Solarmodul sind in die offenen Profilquerschnitte einer oder mehrerer der Profilabschnitte einzelne,
mechanische Verstärkungselemente für das Stützprofil eingebracht und mit den Profilabschnitten verbunden. Bei diesen mechanischen Verstärkungselementen handelt es sich vorzugsweise um metallische Elemente.
Der Profilquerschnitt ist dabei aus einer
Schnittansicht des Stützprofils erkennbar, bei der das Stützprofil in einer Schnittebene dargestellt ist, die senkrecht zu der Schicht mit der einen oder den
mehreren in der Polymermatrix eingebetteten Solarzellen orientiert ist.
Bei den einzelnen, mechanischen
Verstärkungselementen handelt es sich vorzugsweise um vorgefertigte Elemente, die vor der Herstellung des Solarmoduls bereitgestellt werden.
Durch die Kombination der zur Vorder- oder Rückseite hin offenen Profilquerschnitte der Stützstruktur mit den darin eingelegten oder eingebetteten Verstärkungselementen wird eine besonders gute Flächen- Steifigkeit der Solarmodule bei geringem Gewicht erreicht. Die mechanischen Verstärkungselemente sind dabei vorzugsweise im Bodenbereich der offenen Profil - querschnitte angeordnet. Sie können eingelegt und über geeignete Verbindungsmittel mit den Profilquerschnitten verbunden sein oder auch bereits bei der Herstellung der Profilquerschnitte in diese eingebettet werden, beispielsweise als Inlays beim Prägen oder Spritzen der Profilabschnitte bzw. Trägerstruktur. In einer bevorzugten Ausgestaltung kreuzen sich die Profilabschnitte in der Trägerstruktur. Dadurch wird die Flächensteifigkeit des Solarmoduls in allen Richtungen bei minimalem Materialeinsatz nochmals verbessert .
Das Stützprofil kann dabei aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise aus einem reinen Thermoplasten, einem reinen Duromer, einem partikel- verstärkten Thermoplasten oder Duromer, einem faser- verstärkten Thermoplasten oder Duromer oder einem
Metallblech. Bevorzugt besteht das Stützprofil aus einem faserverstärkten Material, insbesondere aus einem faserverstärkten Thermoplasten oder einem faserverstärkten Duromer. Für die Faserverstärkung können sowohl Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern als auch Fasergewebe eingesetzt werden. Faserverstärkte
Materialien haben den Vorteil einer besonders hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht. Weiterhin bietet
diese Ausgestaltung der Möglichkeit, die Verstärkungselemente bereits bei der Herstellung direkt in das faserverstärkte Material einzubetten, beispielsweise zwischen zwei Prepregs vor dem anschließenden
Prägevorgang .
Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit kann das Stützprofil zudem mit einer Flächenverbindung zwischen den einzelnen Profilschenkeln bzw. Profilstegen
versehen werden. Die Flächenverbindung verbindet dabei die Enden der Profilschenkel jeweils aneinander
grenzender und gegenüberliegender Profilabschnitte miteinander und besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Profilabschnitte selbst.
Die Profilabschnitte kreuzen sich bei dem
vorgeschlagenen Solarmodul vorzugsweise unter einem Winkel, der zwischen 75° und 105° liegt, insbesondere senkrecht. Grundsätzlich muss das Raster, das durch die sich kreuzenden Profilabschnitte entsteht, allerdings nicht zwingend quadrat-, rechteck- oder trapezförmig eingeteilt sein. Vielmehr lassen sich nahezu beliebige Unterteilungen realisieren, bei denen die Profilabschnitte auch entsprechend gekrümmt ausgeführt sein können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Profilabschnitte mit einem Schaumkern ausgefüllt, der beispielsweise aus einem Polymer oder einem glas- basierten Material bestehen kann. Durch geeignete Wahl dieses Materials können die mechanischen, elektrischen und/oder thermischen Eigenschaften der Trägerstruktur verbessert oder modifiziert werden. Unabhängig von der
Nutzung eines Schaumkerns können auch wichtige
Modulkomponenten wie Kabel, Wechselrichter, die
Anschlussdose oder Stecker in die Profilabschnitte integriert werden.
Das Stützprofil steht vorzugsweise seitlich über die Schicht mit den Solarzellen über und ist an den Rändern zur Vorderseite hin überhöht, so dass durch das Stützprofil ein Randabschluss für die Schicht mit den Solarzellen gebildet wird. Die Überhöhung kann dabei bis zum vorderen Rand der Schicht mit den Solarzellen oder auch darüber hinaus bis zum vorderen Rand der Frontabdeckung des Solarmoduls reichen.
Die Trägerstruktur ist vorzugsweise über eine Adhäsionsschicht, beispielsweise eine Klebeschicht oder eine Adhäsionsfolie, mit der Schicht mit den Solarzellen verbunden. Die Trägerstruktur ist bei dem vorgeschlagenen Solarmodul vorzugsweise einstückig ausgebildet. Durch die Dimensionierung der Trägerstruktur und die feste Verbindung mit der Schicht mit den Solarzellen wird die geforderte Eigensteifigkeit des Solarmoduls auch ohne eine Frontglasplatte
erreicht. Die Trägerstruktur kann zusätzlich auch eine Zwischenplatte aufweisen, die zwischen der Schicht mit den Solarzellen und dem Stützprofil angeordnet und mit dem Stützprofil, beispielsweise über eine Adhäsionsschicht, fest verbunden ist. Das vorgeschlagene Solarmodul kann sowohl mit kristallinen Solarzellen als auch mit Dünnschicht- Solarzellen ausgeführt werden. Die transparente
Frontseite kann aus einem Glas, einer transparenten
Polymerplatte aus Polycarbonat (PC) oder Polymethyl- acrylat (PMMA) bestehen. Auch eine Abdeckung durch eine transparente Folie, beispielsweise aus Ethylen-Tetra- fluorethylen (ETFE) ist möglich. Darunter befinden sich die Solarzellen, welche in ein Verkapselungspolymer eingebettet sind. Dieses kann beispielsweise aus
Ethylenvinylacetat (EVA) , thermoplastischen Polyole- finen (TPO) , Polyvinylbutyral (PVB) , Silikon-basierten Vergussmassen oder Polyurethan-basierten Vergussmassen bestehen. Abgedichtet sind diese vorzugsweise durch eine Barrierefolie, die auch gleichzeitig eine integrierte Adhäsionsschicht enthalten kann, so dass die Schicht mit den Solarzellen direkt auf dieser aufliegt. Mit einer weiteren Adhäsionsschicht wird dann der oben liegende Modulaufbau auf die Trägerstruktur aufgebracht .
Generell lässt sich das vorgeschlagene Solarmodul nicht nur in flächiger bzw. ebener Bauweise reali- sieren. So kann die Form der Trägerstruktur und der darüber liegenden Schichten auch eine Krümmung
aufweisen, so dass das gesamte Solarmodul entsprechend gekrümmt ausgeführt ist. Die Herstellung der Trägerstruktur kann im Resin-
Transfer-Moulding (RTM) - Verfahren, im Vakuumsack- Verfahren, im Handlaminations -Verfahren oder mit einem Thermoform/Thermopress-Verfahren erfolgen. Das Fügen der einzelnen Schichten zu einem Solarmodul erfolgt vorzugsweise im Vakuumlaminationsprozess oder/und einem eventuell zusätzlichen Verguss-Prozess .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Solarmodul wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine
Ausgestaltung der Trägerstruktur des vorgeschlagenen Solarmoduls; Fig. 2 ein zweites Beispiel für eine
Ausgestaltung der Trägerstruktur des vorgeschlagenen Solarmoduls;
Fig. 3 Beispiele für unterschiedliche Raster- Varianten des Stützprofils des
vorgeschlagenen Solarmoduls in
schematischer Darstellung;
Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer
Ausgestaltung des vorgeschlagenen
Stützprofils ;
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer
weiteren Ausgestaltung des vorge- schlagenen Stützprofils;
6 verschiedene Profilquerschnitte der
Profilabschnitte des vorgeschlagenen Stützprofils ;
Fig. 7 verschiedene Profilquerschnitte der
Profilabschnitte des vorgeschlagenen Stützprofils mit Schaumkern;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausgestaltung des Stützprofils mit den Verstärkungselementen;
Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung der Ausgestaltung der Figur 8 ;
Fig. 10 eine Draufsicht auf eine weitere
beispielhafte Ausgestaltung des Stütz - profils mit den Verstärkungselementen;
Fig. 11 eine Querschnittsdarstellung einer
beispielhaften Ausgestaltung mit integrierten Verstärkungselementen;
Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung einer
beispielhaften Ausgestaltung des
Stützprofils mit Verstärkungselementen und zusätzlichen Befestigungselementen;
Fig. 13 ein Beispiel für einen Aufbau des
vorgeschlagenen Solarmoduls im Querschnitt ;
Fig. 14 ein weiteres Beispiel für einen Aufbau des vorgeschlagenen Solarmoduls im Querschnitt ; Fig. 15 ein weiteres Beispiel für einen Aufbau des vorgeschlagenen Solarmoduls im Querschnitt ;
Fig. 16 ein weiteres Beispiel für einen Aufbau des vorgeschlagenen Solarmoduls im Querschnitt ; Fig. 17 ein Beispiel für die Bildung eines
Randabschlusses beim vorgeschlagenen Solarmodul ;
Fig. 18 ein weiteres Beispiel für die Bildung eines Randabschlusses beim vorgeschlagenen Solarmodul;
Fig. 19 ein weiteres Beispiel für die Bildung eines Randabschlusses beim vorge- schlagenen Solarmodul;
Fig. 20 verschiedene Beispiele für die
Integration von Befestigungsmitteln in den Randabschluss des vorgeschlagenen Solarmoduls; und
Fig. 21 ein Beispiel für die Integration von
Befestigungsmitteln in Profilabschnitte des vorgeschlagenen Stützprofils.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Das vorgeschlagene Solarmodul weist eine rückseitige Trägerstruktur auf, die vorzugsweise aus einem faserverstärkten Polymermaterial gebildet ist und eine integrierte sich vorzugsweise kreuzende Profilrippenstruktur bildet. Diese Trägerstruktur kann sowohl die Halterungssysteme als auch elektrische Komponenten wie
Anschlussdose oder Kabel- und Steckerverbindungen für das Solarmodul enthalten.
Figur 1 zeigt hierzu ein Beispiel für ein Stütz- profil, durch das die Trägerstruktur gebildet ist. Das Stützprofil 5 ist in diesem Beispiel aus sich senkrecht kreuzenden Profilabschnitten 20 gebildet, die jeweils einen nach oben (zur Modulvorderseite) oder nach unten (zur Modulrückseite) hin offenen U- förmigen Profilquer- schnitt aufweisen. Das Stützprofil 5 weist in diesem
Beispiel ein rechteckförmiges Raster auf. Zur Erhöhung der Steifigkeit dieses Stützprofils 5 kann auch zusätzlich eine Flächenverbindung 21 zwischen den Profilstegen der einzelnen Profilabschnitte 20 ausgebildet sein, wie dies in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Die Verstärkungselemente sind in dieser und auch einigen der nachfolgenden Figuren nicht explizit dargestellt . Das Raster des Stützprofils 5 muss nicht zwingend in Quadrat- oder Rechteckform eingeteilt sein. Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung verschiedene Rastervarianten für die Auslegung der Rippenstrukturen bzw. den Verlauf der Profilabschnitte 20 des vorgeschlagenen Stützprofils. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Profilabschnitte auch gekrümmt verlaufen können und sich auch unter Winkeln 90° kreuzen können.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei Beispiele einer Querschnittsansicht eines Stützprofils 5 in Längsund/oder Querrichtung der Trägerstruktur. Die Vorder- und/oder Rückseite bzw. Ober- und/oder Unterseite kann dabei gleichmäßig eben ausgeführt werden, wie dies in
der Figur 4 dargestellt ist. Weiterhin ist es möglich, den umlaufenden Kantenabschluss des Stützprofils 5 als Überhöhung auszuführen, um dadurch einen Randabschluss für das Solarmodul zu erhalten. Dies ist in Figur 5 schematisch dargestellt. Die Profilabschnitte 20 können sich zudem in ihrer Steghöhe innerhalb des Stützprofils 5 bzw. der Trägerstruktur unterscheiden.
Die an den Kreuzungsstellen unterbrochenen
Profilabschnitte 20 können offene Halbkreis-, U- oder V-Profile sowie offene Rechteck- oder Trapezprofile darstellen. Dies ist in Figur 6 anhand von vier
Beispielen des Profilquerschnitts der Profilabschnitte 20 schematisch dargestellt. Zur Verbesserung oder
Modifizierung der mechanischen, elektrischen oder thermischen Eigenschaften der Trägerstruktur können die Profilabschnitte 20 zudem mit einem Polymer oder einem auf Glas basierenden Schaumkern 22 ausgefüllt werden, wie dies in der Figur 7 mit den entsprechend ausge- füllten Profilquerschnitten der Profilabschnitte 20 schematisch dargestellt ist. Grundsätzlich ist es möglich, in diese Kammerprofile wichtige Modulkomponenten wie Kabel, Wechselrichter, Anschlussdose oder Stecker zu integrieren.
Das Stützprofil der rückseitigen Trägerstruktur kann je nach Anwendung des entstehenden Solarmoduls im Handfertigungsverfahren für beispielsweise kostenintensive Architekturanwendungen hergestellt werden. Weiterhin ist selbstverständlich auch eine Fertigung in automatisierten, kostengünstigen Verarbeitungsverfahren möglich .
Als manuelle oder halbmanuelle Fertigungsverfahren kommen die Handlamination, das Vakuuminfusions- verfahren oder das RTM-Verfahren in Betracht. Allen Verfahren ist gemein, dass die Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug eingelegt und anschließend mit Harz getränkt werden. Diese Verfahren werden derzeit
vornehmlich für kleinere bis mittlere Serien verwendet. Das RTM Verfahren hat zukünftig Potential für Großserien. Für größere Stückzahlen eignet sich das stark automatisierte Spritzguss- oder Formpressverfahren.
Dabei wird ein Prepreg, welches eine Matte aus
faserverstärktem Kunststoff darstellt, auf das
Presswerkzeug gelegt. Beim Schließen von oberer und unterer Werkzeughälfte wird ein Druck von mehreren Tonnen auf das Prepreg aufgebracht, so dass dieses in die Kavitäten des geschlossenen Werkzeuges fließt und den Träger abbildet. Bei duroplastischen Formmassen werden diese Werkzeuge so temperiert, dass das Material vernetzen kann. Typische Werkzeugtemperaturen liegen dabei zwischen 120 und 200 °C. Werden thermoplastische Formmassen verwendet, werden diese vor Einlegen in das Werkzeug über die Schmelztemperatur des Materixpolymers erhitzt, anschließend verpresst und der Träger kühlt anschließend im Werkzeug ab. Übliche Werkzeugtempera- turen liegen dabei unter 100°C.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf ein Stützprofil, in der die Verstärkungselemente 23 in den Profilabschnitten 20 zu erkennen sind. In diesem Beispiel erstrecken sich die als Metallstreifen ausgebildeten
Verstärkungselemente 23 quer zum Solarmodul und sind am Boden der Profilabschnitte angeordnet. Die ist in der Querschnittsdarstellung der Figur 9 zu erkennen. In
gleicher Weise können sich die Verstärkungselemente 23 selbstverständlich auch in Längsrichtung erstrecken oder kreuzen, wie dies in der Draufsicht der Figur 10 beispielhaft dargestellt ist.
Die Verstärkungselemente 23 können hierbei am Boden der Profilabschnitte 20 befestigt sein,
beispielsweise über eine Schraubverbindung, oder auch direkt in die Profilabschnitte 20 integriert. Dies ist in der Querschnittsdarstellung der Figur 11 beispielhaft dargestellt. Die Verstärkungselemente 23 befinden sich hier zwischen einer oberen 24 und einer unteren Lage 25 der Profilabschnitte 20, die in diesem Beispiel aus einer Matte aus einem faserverstärkten Material gebildet sein kann, z.B. aus einer Glasfasermatte.
Es besteht auch die Möglichkeit, an den Verstärkungselementen 23 Befestigungselemente 17 für die
Befestigung des Solarmoduls an einem Träger oder für die Befestigung anderer Komponenten am Solarmodul bzw. an der Stützstruktur zu nutzen. Ein Beispiel ist in der Querschnittsdarstellung der Figur 12 dargestellt, in der die Befestigungselemente 17 über eine Lochdurchführung 12 mit den Verstärkungselementen 23 verbunden werden können.
Die Figuren 13 bis 16 zeigen verschiedene
beispielhafte Möglichkeiten für den Aufbau eines erfindungsgemäßen Solarmoduls im Querschnitt. Die
Figuren stellen dabei nur einen Ausschnitt aus dem Solarmoduls dar. Das Solarmodul weist in allen
dargestellten Ausgestaltungen eine Schicht 2 mit den Solarzellen auf, die in eine Polymermatrix eingebettet
sind. Auf dieser Schicht 2 mit Solarzellen ist eine transparente Frontplatte oder -folie 1 aufgebracht. Die Schicht 2 mit den Solarzellen ist gegenüber der
darunter liegenden Trägerstruktur in diesen Beispielen durch eine Barrierefolie 3 aus einem Polymermaterial getrennt. Dieser Schichtverbund wird in dem Beispiel der Figur 13 über eine Adhäsionsschicht 4, beispielsweise einen Kleber oder Thermoplasten, mit dem
Stützprofil 5 verbunden, das die vorgeschlagene Träger- struktur bildet.
In einem weiteren Beispiel, wie es in der Figur 14 dargestellt ist, ist auf dem Stützprofil 5 über eine Klebeschicht 6 eine Zwischenplatte 7 aufgebracht, die aus Kunststoff oder Metall bestehen kann. Der vorderseitige Schichtverbund aus Frontplatte oder -folie 1, Schicht 2 mit den Solarzellen und Barrierefolie 3 ist dann wiederum über eine Adhäsionsschicht 4 mit der Zwischenplatte 7 verbunden.
Figur 15 zeigt eine Alternative zur Ausgestaltung der Figur 14, bei der das Stützprofil 5 mit nach unten offenen Profilabschnitten ausgebildet ist. Der weitere Modulaufbau ist unverändert.
Figur 16 zeigt schließlich ein Beispiel, bei dem die Rück- bzw. Unterseite des Stützprofils 5 zusätzlich mit einer Metall- oder Kunststoffplatte 7 versehen ist. Diese Metall- oder Kunststoffplatte 7 ist wiederum über eine Klebeschicht 6 mit dem Stützprofil 5 verbunden.
Diese zusätzliche Kunststoff- oder Metallplatte 7 kann zum einen dem Schutz des Stützprofils und zum anderen auch als zusätzliche Verstärkung dienen.
Die Figuren 17 bis 19 zeigen verschiedene
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Randabschlusses durch das Stützprofil 5. Die Möglichkeit der Bildung eines Randabschlusses durch das Stützprofil 5 wurde bereits im Zusammenhang mit Figur 5 erläutert. Figur 17 zeigt hierbei eine Variante, bei der sich das Stützprofil 5 bis zur Vorderseite der Schicht 2 mit den Solarzellen erstreckt. Die Frontplatte oder -folie 1 deckt dann auch diesen Randabschluss mit ab und ist über eine Klebeschicht 6 mit dem Randabschluss verbunden.
Figur 18 zeigt eine weitere Variante, bei der sich das Stützprofil 5 für den Randabschluss bis an die Vorderseite der Frontplatte oder -folie 1 erstreckt. In diesem Beispiel ist dieser Randabschluss mit den Seiten des Verbundes aus Barrierefolie 3, Schicht 2 mit den Solarzellen und Frontplatte oder -folie 1 über eine Klebeschicht 6 verbunden.
Figur 19 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der zusätzlich ein umlaufender Rahmen 8 aus einem
Polymer oder aus Metall über die Klebeschicht 6 auf dem Randabschluss und einem Randbereich der Frontplatte oder -folie 1 aufgeklebt ist.
Die Halterung des Solarmoduls an einer Unterkonstruktion kann durch unterschiedliche Systeme erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Schrauben-Mutter-Verbindung, eine Nut-Stift-Verbindung oder auch andere bekannte Verbindungstechniken
hergestellt werden. Figur 20 zeigt verschiedene
Beispiele für die Integration geeigneter Befestigungs-
mittel in das Stützprofil 5, im Beispiel der Figur 20 in den Randabschluss des Stützprofils 5. Für eine
Schrauben-Mutter-Verbindung können hierzu beispielsweise eine Gewindemutter 9 oder ein Gewinde 11 in das Stützprofil 5 integriert werden. Die Integration erfolgt beispielsweise mit einem Einlegering 10 mit darauf befestigtem Fixierwerkstück. Der rechte Teil der Figur zeigt eine Verbindung durch eine Lochdurchführung 12 im Stützprofil 5 mit einem entsprechenden Auflager 16, das ebenfalls eine Lochbohrung aufweist. Die
Verbindung erfolgt über eine Gewindeschraube 15 mit Unterlegscheibe 14 und eine gegenüber liegende
Schraubenmutter 13.
Die Befestigungsmittel können selbstverständlich auch an anderer Stelle im Stützprofil integriert sein, wie in Figur 21 schematisch angedeutet ist. In diesem Beispiel sind die Befestigungsmittel 17 jeweils in der Profilunterseite der sich kreuzenden Profilabschnitte 20 integriert. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Befestigung an den Verstärkungselementen, wie dies bereits in Verbindung mit Figur 12 erläutert wurde.
Bezugszeichenliste
I Transparente Frontplatte/Frontfolie 2 Schicht mit Solarzellen
3 Barrierefolie
4 Adhäsionsschicht
5 Stützprofil
6 Klebeschicht
7 Metall- oder Kunststoffplatte
8 Rahmen
9 Gewindemutter
10 Einlegering
II Gewinde
12 Lochdurchführung
13 Schraubenmutter
14 Unterlegscheibe
15 Gewindeschraube
16 Auflager
17 Befestigungselement
20 Profilabschnitt
21 Flächenverbindung
22 Schaumkern
23 Verstärkungselemente
24 obere Lage des Profilabschnitts
25 untere Lage des Profilabschnitts
Claims
Patentansprüche
Solarmodul, das eine Schicht (2) mit einer oder mehreren in einer Polymermatrix eingebetteten Solarzellen aufweist, die auf einer rückseitigen Trägerstruktur aufgebracht ist,
wobei die rückseitige Trägerstruktur ein
Stützprofil (5) aufweist, das aus mehreren Profil abschnitten (20) gebildet ist, die einen zur Vorder- oder zur Rückseite hin offenen Profilquerschnitt mit mindestens zwei Profilschenkeln aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass in die offenen Profilquerschnitte einer oder mehrerer der Profilabschnitte einzelne,
mechanische Verstärkungselemente für das
Stützprofil eingebracht und mit den Profilabschnitten verbunden sind.
Solarmodul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanischen Verstärkungselemente metallische Elemente sind.
Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanischen Verstärkungselemente an einem Bodenbereich der offenen Profilquerschnitte angeordnet sind.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Profilschenkel jeweils benachbarter
Profilabschnitte (20) über Flächenverbindunge:
(21) miteinander verbunden sind
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Profilabschnitte (20) kreuzen.
Solarmodul nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Profilabschnitte (20) unter einem Winkel kreuzen, der zwischen 75° und 105° liegt.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Profilabschnitte (20) einen Schaumkern (22) aufweisen.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stützprofil (5) seitlich über die Schicht (2) mit den Solarzellen übersteht und an den
Rändern zur Vorderseite des Solarmoduls hin überhöht ist, um einen Randabschluss für die
Schicht (2) mit den Solarzellen zu bilden.
9. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stützprofil (5) einstückig ausgebildet
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schicht (2) mit den Solarzellen über Adhäsionsschicht (4) mit der Trägerstruktur verbunden ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur eine Zwischenplatte (7) zwischen der Schicht (2) mit den Solarzellen und dem Stützprofil (5) aufweist, wobei die Zwischenplatte (7) über eine Klebeschicht (6) mit dem Stützprofil (5) verbunden ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur eine rückseitige
Abdeckplatte (7) aufweist, die über eine
Klebeschicht (6) mit dem Stützprofil (5) verbunden
13. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stützprofil (5) aus einem faser- verstärkten Material gebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanischen Verstärkungselemente in einem Bodenbereich der offenen Profilquerschnitte integriert sind.
15. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass elektrische Komponenten des Solarmoduls in den offenen Profilquerschnitten einer oder
mehrerer der Profilabschnitte (20) angeordnet oder integriert sind.
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