太陽能模塊的製作方法

2023-05-18 20:06:16 1

太陽能模塊的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種太陽能模塊（1），其至少包括：載體層（2）和在該載體層上相疊地布置的第一中間層（3）、至少一個太陽能電池單元（4）、第二中間層（5）和正面片材（6），布置在正面片材（6）上方的環繞的邊緣強化裝置（7），通過載體層（2）超過正面片材（6）的環繞的突出部（13）與所述邊緣強化裝置（7）超過正面片材（6）的環繞的突出部（14）形成的空隙（51），其中該空隙（51）具有密封劑（50）。
【專利說明】太陽能模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能模塊(Solarmodul)和一種用於製造太陽能模塊的方法。
【背景技術】
[0002]用於將太陽輻射直接轉換為電能的光伏層系統是充分公知的。層的材料和布置被協調為，使得入射的輻射被一個或多個半導電層以儘可能高的輻射產出率直接轉換為電流。光伏的和平面伸展的層系統被稱為太陽能電池單元。
[0003]太陽能電池單元(Solarzelle)在所有情況下都包含半導體材料。迄今為止公知的多於20%的最大效率利用由單晶、多晶或微晶矽或者砷化鎵製成的高功率太陽能電池單元實現。目前安裝的太陽能電池單元功率的超過80%基於晶體矽。薄層太陽能電池單元需要載體襯底來提供足夠的機械強度。由於物理特性和技術可操縱性，具有非晶、微非晶或多晶矽、碲化鎘(CdTe )、砷化鎵(GaAs )、銅-銦-(鎵)-硒硫化物(Cu (In，Ga)(S，Se)2)、銅-鋅-錫-硫硒化物(CZTS)以及有機半導體的薄層系統特別適合於太陽能電池單元。戊烯半導體Cu(In，Ga) (S，Se)2屬於黃銅礦半導體族，所述黃銅礦半導體通常稱為CIS (銅銦聯硒化物或硫化物)或者CISG (銅銦鎵聯硒化物，銅銦鎵聯硫化物(Kupferindiumgalliumdisulfid)或銅銦鎵聯硫硒化物)。S在縮寫CIGS中可以代表硒、硫或這兩種硫族元素的混合物。
[0004]多個太陽能電池單元的電路稱為光伏模塊或太陽能模塊。太陽能電池單元的電路以公知的天氣穩定性結構持久地被保護免遭環境影響。通常兩個由低鐵的鈣鈉玻璃製成的片材和増附聚合物薄膜與太陽能電池單元連接成風化穩定性太陽能模塊。太陽能模塊可以經由接線盒或連接外殼集成到多個太陽能模塊的電路中。
[0005]太陽能模塊的電路經由公知的功率電子裝置與公共供電網或者自給自足的電能供應設備連接。
[0006]倉庫或工業設施的平頂蓋具有大的、暴露的並且未被遮蔽的面。這些平頂蓋因此特別好地適於光伏設備的安裝。平頂蓋的頂蓋外皮一般由金屬板和例如由梯形板製成。平頂蓋通常僅具有2%至17.6%的小的頂蓋斜度並且僅具有例如75kg/m2的小的承載能力。
[0007]根據現有技術的太陽能模塊具有例如18kg/m2的高單位面積重量，其中在根據現有技術的太陽能模塊中太陽能電池單元層壓在兩個由鈣鈉玻璃製成的片材(Scheibe)之間。因此，根據現有技術的太陽能模塊不適於安裝在具有小承載能力的平頂蓋上。
[0008]為了製造具有小於12kg/m2的單位面積重量的輕量級太陽能模塊，通常將由薄玻璃或塑料製成的正面片材與由儘可能輕的、但仍然抗扭轉的材料製成的載體層相組合。同時正面片材與載體層對於溼氣或水蒸汽必須是足夠地不可透過的，以保護太陽能模塊內部中的太陽能電池單元和收集導體免遭腐蝕。用於載體層的合適的材料例如是玻璃纖維強化的塑料或金屬層。
[0009]US 2010/0065116 Al公開了具有單位面積重量為5 kg/m2至10 kg/m2的薄玻璃太陽能模塊。薄玻璃太陽能模塊包括載體層、太陽能電池單元和由非常薄的、化學硬化的玻璃製成的正面片材。非常薄的玻璃是柔性的。正面片材是柔韌的，使得雹塊的打擊能量在法律規定的冰雹擊打測試中通過太陽能模塊背側上的載體層接納。
[0010]EP I 860 705 Al公開了一種穩定的、自承載的太陽能模塊，該太陽能模塊在其外部區域處布置在安裝框中。該安裝框具有缺口，位於太陽能模塊上的液體可以通過該缺口流下。
[0011]US 4，830，038A描述了一種通過彈性體支撐和封裝的太陽能模塊。該彈性體在注塑方法中圍繞正側的一部分、側面和背側澆注。
[0012]DE 10 2009 014 348A1公開了一種由透明粘接層製成的太陽能模塊，在該粘接層中嵌入經由電池單元連接器連接的太陽能電池單元。在該粘接層上方有透明的、UV穩定的薄正面層。在背側有承載的夾心元件，由核心層和通過聚氨酯接合的玻璃纖維層組成。在承載的夾心層中集成了固定元件和電接線盒。
[0013]EP 2 237 324 Al描述了一種具有L形框架的太陽能模塊。L形框架的一個腿與太陽能模塊粘接。第二腿形成至頂部或載體構造的墊片。
[0014]WO 03/050891 A2公開了一種具有第一襯底、第二襯底和在這些襯底之間的至少一個光伏元件的太陽能模塊。利用耐溼氣的材料對第一和第二襯底之間的邊界加以密封。
[0015]DE 102 31 401 Al描述了一種光伏模塊，其具有光可透過的襯底、第一密封聚合物層、光電池單元、第二密封聚合物層和防風雨的膜。防風雨的膜包含不透溼氣層和不透氣層，其中不透氣層由聚苯硫醚組成。
[0016]用於溼氣侵入到太陽能模塊內部中的關鍵進入部位仍然是太陽能模塊在正面片材與載體層之間的側進入邊緣。

【發明內容】

[0017]本發明的任務在於提供一種具有側進入邊緣針對溼氣的改善的密封的太陽能模塊。改善的太陽能模塊尤其是應當是輕量級的並且適於安裝在平頂蓋上。
[0018]本發明的任務根據本發明通過根據權利要求1的太陽能模塊解決。優選的實施由從屬權利要求得知。此外本發明包括一種用於製造太陽能模塊的方法。本發明太陽能模塊的應用由其它權利要求得知。
[0019] 根據本發明的太陽能模塊包括
?載體層和在該載體層上相疊地布置的第一中間層、至少一個太陽能電池單元、第二中間層和正面片材，以及
?布置在正面片材上方的邊緣強化裝置。
[0020]載體層具有超過正面片材的環繞的突出部(Oberstand)並且所述邊緣強化裝置具有超過正面片材的環繞的突出部。載體層的突出部以及邊緣強化裝置的突出部之間的空隙具有密封劑。
[0021]在本發明的意義下，術語「相疊地布置」或者「布置在上方」描述了重疊的或分段的布置。
[0022]在本發明的太陽能模塊的有利構型中，載體層具有至少0.3cm、優選0.3cm至5cm並且特別優選的是0.3cm至1cm的超過正面片材的環繞的突出部。在本發明太陽能模塊的另一有利構型中，邊緣強化裝置具有至少0.3cm、優選0.5cm至5cm並且特別優選的是I至2cm的超過正面片材的環繞的突出部。邊緣強化裝置超過正面片材的突出部和載體層超過正面片材的突出部優選構造為相同大小，使得所述空隙具有近似矩形的橫截面。這具有的特殊優點是:在衝擊負載的情況下載體層以及邊緣強化裝置都可以均勻地接納所作用的力。
[0023]邊緣強化裝置具有多個重要功能。通過邊緣強化裝置實現對太陽能模塊的外邊緣的附加保護，例如由於在運輸或安裝期間的衝擊作用。
[0024]此外通過邊緣強化裝置超過正面片材的突出部和載體層超過正面片材的突出部形成具有密封劑的空隙。該密封劑用作溼氣屏障。該密封劑通過載體層和邊緣強化裝置在機械方面受保護，使得該溼氣屏障持久地維持。
[0025]作為密封劑，原則上所有UV穩定的和耐天氣的並且具有足夠的水和水蒸汽不可透過的特性的塑料都是合適的。密封劑優選包含聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醯胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯(SB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、熱塑性彈性體或基於丁基、丙烯醛基、浙青或矽樹脂的粘接材料和/或它們的混合物。
[0026]邊緣強化裝置包括一個或多個優選由金屬、玻璃、橡膠、塑料或玻璃纖維強化的塑料製成的層。邊緣強化裝置特別優選地包括載體層的材料。載體層有利地具有與太陽能模塊和正面片材匹配的熱膨脹係數。由此不由於太陽能模塊材料的不同溫度膨脹而出現機械應力或僅出現小的機械應力。
[0027]邊緣強化裝置優選可以包含聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醯胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯(SB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(TOR)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和/或它們的混合物。
[0028]邊緣強化裝置的厚度優選為至少0.5mm,並且特別優選的是Imm至5mm並且超過正面片材。玻璃的正面片材的外部區域特別易受玻璃的剝落或貝殼狀破裂影響，例如在冰雹擊打測試中出現雹塊的情況下。通過將邊緣強化裝置超過正面片材，產生受保護區域。具有例如25mm的直徑的雹塊由於邊緣強化裝置的超過而不能推進到正面片材的特別容易損壞的邊緣區域中。所需要的邊緣強化裝置的最小厚度可以通過在冰雹擊打測試中的簡單試驗求得。
[0029]在本發明太陽能模塊的另一有利構型中，邊緣強化裝置在至少0.2cm、特別優選
0.5cm至5cm並且完全優選Icm至2cm的寬度b上覆蓋正面片材的環繞的邊緣區域。邊緣強化裝置在該環繞的邊緣區域中優選與正面片材粘接，例如通過丁基、丙烯醛基或矽樹脂粘接劑或者雙側的粘接帶。該粘接導致穩定的空隙，使得可以用密封劑簡單地填充該空隙。
[0030]由於邊緣強化裝置分段地與正面片材重疊，因此形成環形地包圍正面片材的環繞的邊界。在下雨的情況下或在雪融化的情況下，水可以在正面片材與邊緣強化裝置之間的過渡區域中積聚。該水由於環繞的邊緣強化裝置而不能流出。該靜止的水積聚促進藻類的形成。此外水可以在持久作用或長時間連續作用的情況下透過太陽能模塊的溼氣密封件。此外在該區域中聚集不能通過雨水衝刷掉的髒物、沙和灰塵。
[0031]水和髒物在正面片材與邊緣強化裝置之間的過渡處的積聚尤其涉及僅具有小的頂蓋斜度的頂蓋(所謂的平頂蓋)上的太陽能模塊。
[0032]因此本發明的一個重要方麵包引入到邊緣強化裝置中的水排出槽。通過水排出槽，雨水或融化水可以流出。流出的水可以一起帶走髒物、沙和灰塵並且保持太陽能模塊的正面片材沒有汙物。
[0033]在本發明的太陽能模塊的有利構型中，邊緣強化裝置在太陽能模塊的每個角處都具有至少一個將邊緣強化裝置的內側與邊緣強化裝置的外側連接的水排出槽。邊緣強化裝置的外側在此意味著邊緣強化裝置的位於太陽能模塊的外側上的側。邊緣強化裝置的內側意味著與邊緣強化裝置的外側相對置的側。
[0034]在本發明的太陽能模塊的有利構型中，邊緣強化裝置在太陽能模塊的每個環繞的外側上都具有至少一個水排出槽。
[0035]水排出槽的寬度有利地被選擇為，使得具有25mm直徑的雹塊在23m/s的速度下當在中心或側面擊中水排出槽上時不損壞正面片材。水排出槽的寬度取決於邊緣強化裝置的厚度，也就是說取決於邊緣強化裝置超過正面片材的高度h，並且可以通過簡單的試驗求得。在本發明太陽能模塊的有利構型中，水排出槽具有0.5mm至5mm、優選為2.5mm至5mm的寬度。
[0036]收集導體通過邊緣強化裝置、正面片材和/或載體層中的開口從太陽能模塊中引出。在相應的開口上方布置連接外殼。收集導體在連接外殼中與連接線路導電連接。該連接優選通過插接器、接觸銷、接觸簧片、彈簧元件、壓接連接、釺焊部位、焊接部位或其它電線路連接進行。在本發明的太陽能模塊的有利構型中，連接外殼覆蓋整個開口。連接外殼和/或由開口和凹陷形成的空腔可以通過澆注劑封閉。該澆注劑針對侵入的溼氣來密封太陽能模塊並且例如包含聚氨酯、丙烯酸、矽樹脂或其它合適的密封材料。
[0037]邊緣強化裝置、正面片材或載體層中的開口優選構造為矩形的，正方形的，或者圓形的，其中同樣地在其內部可以適宜地布置收集導體的所有形狀都合適。
[0038]在本發明的有利構型中，太陽能電池單元包括單晶的、或者多晶的太陽能電池單元，其優選具有諸如矽或砷化鎵的摻雜的半導體材料。
[0039]在本發明的替換構型中，太陽能電池單元包括薄層太陽能電池單元，所述薄層太陽能電池單元優選包含非晶的、非微晶的或者多晶的矽、碲化鎘(CdTe)、砷化鎵(GaAs)、銅-銦-(鎵)-硒硫化物(Cu (In, Ga) (S，Se) 2)、銅-鋅-錫-硫硒化物(CZTS)或有機半導體。
[0040]替換地，太陽能電池單元包括由兩個相疊布置的、不同類型的太陽能電池單元組成的串聯電池單元，例如晶體矽太陽能電池單元與薄層太陽能電池單元、有機太陽能電池單元或非晶娃太陽能電池單元相組合。
[0041]在本發明的有利構型中，太陽能電池單元包括所有自身和/或其載體材料易碎並且通過輕微的彎曲或具有小的力的點狀負荷而被破裂或損壞的太陽能電池單元。輕微的彎曲在此意味著例如具有小於1500mm的曲率半徑的曲率。具有小的力的點狀負荷在此意味著例如在冰雹擊打測試中通過具有直徑為25mm和速度為23m/s的雹塊的擊中導致的壓痕。損壞在此意味著通過半導體材料、載體材料或電線路連接的機械損壞例如由於短路或線路中斷而引起的太陽能電池單元的光伏特性的惡化。太陽能電池單元的損壞例如在所述擊中之後立即將該太陽能電池單元的效率減小超過3%。通常，效率的另一種惡化基於隨時間流逝的微裂紋而發生。
[0042]第一和/或第二中間層包含粘接層，優選一個或多個粘接薄膜，其特別優選由醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、離聚物、熱塑性聚氨酯(TPU)、熱塑性彈性體聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE )或其它具有對應粘接和防溼氣特性的材料製成。粘接層的厚度可以廣泛地變化並且優選是0.2mm至Imm並且特別是0.4mm。
[0043]本發明太陽能模塊的外部尺寸可以廣泛地變化並且優選是0.6m x 0.6m至1.2mX 2.4m。本發明的太陽能模塊優選包含6至100個單太陽能電池單元或太陽能電池單元陣列。單個太陽能電池單元的面積優選是153mm x 153mm至178mm x 178mm。
[0044]正面片材包含對於太陽光在很大程度上透明的材料，優選玻璃一特別優選板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼矽玻璃、太陽能玻璃、鈣鈉玻璃，或聚合物——優選聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。正面片材也可以包括由聚合物、優選由氟化聚合物、特別優選由乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯二烴單體(FEP)或全氟烷氧基烷烴(PFA)和/或其混合物製成的薄膜。聚合物薄膜的厚度可以廣泛地變化並且優選是10 μ m至250 μ m。
[0045]正面片材特別優選的包含低鐵鈣鈉玻璃，具有對於在300nm至1500nm的波長範圍內超過90%的太陽光特別高的透明度。
[0046]正面片材優選包含利用30MPa至120MPa和優選32MPa至85MPa的預應力的以熱的方式部分預加應力或預加應力的玻璃。正面片材可以具有附加的另外的塗層，諸如抗反射層、抗粘附層或抗刮擦層。正面片材可以具有單側或雙側的微結構化部或納米結構化部，所述微結構化部或納米結構化部例如減小對入射的太陽光的反射。正面片材可以是單片材或由兩個或更多片材組成的複合片材。複合片材可以包含另外的層，諸如透明的熱塑性粘接層或塑料層。
[0047]在本發明的有利構型中，正面片材必須足夠穩定的和不柔韌的，以保護位於下面的太陽能電池單元免遭損壞。損壞的可能原因是冰雹擊打、風力負載、雪負載或在安裝時的彎曲以及通過人或動物的踏入或者工具的掉落。同時，正面片材應當儘可能薄並且具有合適的重量，以便適於安裝在具有小的承載能力的平頂蓋上。
[0048]如本發明人的試驗所展示的，根據本發明的具有由部分預加應力或預加應力的鈣鈉玻璃製成的具有厚度為至少0.9mm的正面片材的太陽能模塊滿足在抗扭曲和穩定性方面的技術要求。
[0049]本發明的具有至少0.9mm厚度的正面片材尤其是在根據IEC 61215的冰雹擊打測試中為太陽能模塊中包含的晶體太陽能電池單元提供足夠的保護。該冰雹擊打測試包括用直徑為25mm和速度為23m/s的雹塊擊打太陽能模塊的正側。本發明的正面片材具有用以吸收雹塊的擊中能量足夠的穩定性和不柔韌性，而不損壞太陽能模塊內部中的晶體太陽能電池單元。
[0050]替換地，正面片材可以是柔性的並且在有負荷的情況下是柔韌的。於是所出現的力可以通過載體層被接納。柔順的正面片材、也就是由柔韌材料製成的正面片材或非常薄的正面片材不適用於具有易碎或晶體太陽能電池單元的太陽能模塊。
[0051]晶體太陽能電池單元可能由於正面片材的彎曲而破裂。這一般導致太陽能電池單元的大區域的破壞，即使正面片材未被損壞。[0052]正面片材的厚度決定性地確定太陽能模塊的重量。為了提供儘可能輕量級的太陽能模塊，這種太陽能模塊適於安裝在僅具有小承載能力的平頂蓋上，優選使用具有厚度最高為2.8mm的由玻璃製成的正面片材。本發明的具有厚度為2.8mm的正面片材的太陽能模塊具有大約10kg/m2的單位面積重量。這樣的太陽能模塊適於安裝在具有至少10kg/m2的低載荷預留的平頂蓋上。
[0053]本發明的正面片材一般不通過冰雹擊打測試而損壞，只要該冰雹擊中不在邊緣區域中進行。玻璃片材的邊緣區域對剝落或貝殼狀破裂特別敏感。正面片材的邊緣區域可以通過邊緣強化裝置來加以穩定化。本發明的邊緣強化裝置保護正面片材的邊緣區域在冰雹擊打測試中免遭損壞。 [0054]本發明的一個重要方面包括正面片材和載體層的熱膨脹係數的匹配:正面片材和載體層的不同熱膨脹係數可能在溫度變化時導致不同的溫度膨脹。正面片材和載體層的不同溫度膨脹可能導致太陽能模塊的彎曲並由此導致晶體太陽能電池單元的損壞。超過100°C的溫度變化例如在太陽能模塊的層壓時或者在頂蓋上的太陽能模塊受熱時出現。
[0055]第二熱膨脹係數、也就是正面片材的熱膨脹係數優選是8 X 10_6/K至10 χ 10_6/Κ並且對於部分預加應力的鈣鈉玻璃例如是8 χ 10_6/Κ至9.3 χ 10_6/Κ。
[0056]在本發明太陽能模塊的有利構型中，本發明太陽能模塊的載體層的第一熱膨脹係數與正面片材的第二熱膨脹係數之間的差<正面片材的第二熱膨脹係數的300%，優選<正面片材的第二熱膨脹係數的200%並且特別優選<正面片材的第二熱膨脹係數的50%。
[0057]在本發明的太陽能模塊的有利構型中，載體層包含玻璃纖維強化的塑料。玻璃纖維強化的塑料例如包含嵌入在由不飽和聚酯樹脂製成的澆鑄樹脂成型材料中的多層玻璃纖維組織。玻璃纖維強化的塑料的玻璃含量優選是30%至75%並且特別優選是50%至75%。
[0058]在本發明太陽能模塊的有利構型中，載體層具有7 χ 10_6/Κ至35 χ 10_6/Κ、優選9 χ 10-7Κ至27 χ ΙΟ—6#和特別優選9 χ 10_6/Κ至20 χ 10_6/Κ的第一熱膨脹係數。
[0059]在本發明太陽能模塊的替換構型中，第一熱膨脹係數與第二熱膨脹係數之間的差<第二熱膨脹係數的17%，優選<第二熱膨脹係數的12%並且特別優選<第二熱膨脹係數的7%。
[0060]在本發明太陽能模塊的有利構型中，載體層包含具有7.3 χ 10-6/Κ至10.5 χ10-6/Κ的第一熱膨脹係數的金屬薄膜。第一中間層可以包含由至少一個第一粘接層、絕緣層和第二粘接層組成的堆疊序列。絕緣層優選包含固定的、絕緣的薄膜，例如由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)製成。絕緣層具有將收集導體和太陽能電池單元的背側與載體層的導電金屬薄膜絕緣的任務。金屬薄膜優選包含不鏽鋼，優選EN材料號為1.4016, 1.4520,
1.4511，1.4017，1.4113，1.4510，1.4516，1.4513，1.4509，1.4749，1.4724 或 1.4762 的特種鋼。
[0061]本發明的另一方面包括平頂蓋，其包括:
?具有1% (0.6° )至23.1% (13° )的頂蓋斜度的頂蓋外皮，
?布置在頂蓋外皮上的至少一個本發明的太陽能模塊，
其中頂蓋外皮和本發明的太陽能模塊通過至少一個粘接層和/或連接裝置至少分段地相互連接。
[0062]在本發明的平頂蓋的有利構型中，頂蓋斜度是2% (1.1° )至17.6% (10° )，優選5% (2.9。)至17.6% (10。)以及特別優選 5% (2.9。)至 8.8% (5。)。
[0063]將本發明的太陽能模塊與頂蓋外皮連接的粘接層優選包含丙烯酸酯粘接劑、丁基粘接劑、浙青粘接劑或矽樹脂粘接劑或雙側粘接薄膜。連接裝置優選包含螺旋連接、夾緊連接或鉚釘連接和/或保持軌、引導軌或由塑料或金屬(諸如鋁、鋼或特種鋼)製成的索環。
[0064]在本發明平頂蓋的有利構型中，頂蓋外皮包含塑料，優選聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA, Plexiglas?)、聚酯、浙青、聚合物改性的浙青、聚氯乙烯(PVC)或基於烯烴的熱塑性彈性體(TPO ),優選具有平的、箱形的或者波動的輪廓。
[0065]在替換的構型中，頂蓋外皮包含金屬板，優選由銅、鋁、鋼、鍍鋅和/或用塑料塗層的鋼製成的金屬板。金屬板優選具有梯形輪廓並且下面稱為梯形板。在頂蓋外皮的上方或下方可以布置另外的層，例如用於熱隔離的層。用於熱隔離的層優選包含塑料或塑料泡沫，例如由聚苯乙烯或聚氨酯製成的。
[0066]將太陽能模塊與本發明頂蓋平面的頂蓋外皮進行螺旋接合優選在太陽能模塊的邊緣強化裝置的區域中並且尤其是在載體層超過正面片材的突出部的區域中進行。這具有以下特殊優點:不必將孔引入到正面片材中。要引入到玻璃正面片材中的孔是耗費的和成本高的工藝步驟。此外，正面片材的穩定性由於該孔而被降低。
[0067]本發明的另一個方面包括用於製造本發明太陽能模塊的方法，其中在邊緣強化裝置超過正面片材的突出部與載體層超過正面片材的突出部之間的空隙中至少填滿密封劑。
[0068]用於製造本發明太陽能模塊的方法的有利實施方式至少包括:
?載體層和在載體層上相疊布置的第一中間層、至少一個太陽能電池單元、第二中間層和正面片材被層壓，其中布 置具有超過正面片材的環繞的突出部的載體層，
?邊緣強化裝置以超過正面片材的突出部布置在正面片材上方，以及?通過密封劑填滿在邊緣強化裝置超過正面片材的突出部與載體層超過正面片材的突出部之間的空隙。
[0069]在本發明的含義下，層壓包括所有本身公知的、用於連接太陽能電池單元的層結構的方法，優選通過熱和/或壓力的作用，例如通過壓煮器浸出工藝、砑光方法或真空袋方法。
[0070]在本發明方法的有利實施方式中，將邊緣強化裝置分段地布置在正面片材的環繞的邊緣區域上並且與正面片材粘接，例如通過丁基、丙烯醛基或矽樹脂粘接劑或雙側粘接帶。這具有特殊優點:即構造出可以在第二方法步驟中通過密封劑填充的穩定的空隙。
[0071]在本發明方法的替換實施方式中，邊緣強化裝置例如通過框架壓制或保持在正面片材上。在第二方法步驟中通過密封劑滿足所產生的空隙。密封劑在此將邊緣強化裝置與其餘的太陽能模塊粘接，使得邊緣強化裝置固定地與太陽能模塊連接。
[0072]作為密封劑原則上所有UV穩定和耐天氣的並且具有足夠的水和水蒸汽不可透過的特性的塑料都合適。
[0073]在本發明方法的優選實施方式中，密封劑包含I成分、2成分或多成分的塑料。同樣，在液態的熱狀態下被引入到空隙中並在那裡硬化的熱塑性彈性體適合作為密封劑。
[0074]密封劑優選以液態形式或糊狀形式、通過手或者利用機械設備被引入到空隙中並且在那裡硬化。
[0075]密封劑優選包含利用空氣溼氣硬化為持續彈性的彈性體的I成分聚氨酯密封料，例如Sika德國有限公司的Sikkaflex 222。
[0076]本發明的另一方面包括本發明太陽能模塊在建築物或用以在水中、陸地上或空中前進的運輸工具的平頂蓋上、優選在金屬平頂蓋上的應用。倉庫、工業設施和車庫或諸如停車場的風雨棚的平頂蓋特別適合於安裝本發明的太陽能模塊，所述平頂蓋的頂蓋具有大的、暴露的並且未遮蔽的面並且具有小的頂蓋斜度。
[0077]本發明的另一方面包括本發明太陽能模塊在頂蓋斜度為1%(0.6° )至23.1%(13。)、優選 2%(1.1° )至 17.6% (10° )、特別優選 5%(2.9° )至 17.6% (10° )並且完全特別優選5%(2.9° )至8.8%(5° )的平頂蓋上的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0078]下面藉助附圖和示例更詳細闡述本發明。附圖不是完全按比例的。本發明決不受到附圖的限制。
[0079]圖1A示出本發明太陽能模塊的實施例的示意圖，
圖1B示出參照圖1A的截面A的橫截面圖，
圖2示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊的替換實施例的橫截面圖，
圖3示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊的替換實施例的橫截面圖，
圖4示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊的替換實施例的橫截面圖，
圖5示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊的替換實施例的橫截面圖，以及 圖6示出本發明方法的詳細流程圖。
【具體實施方式】
[0080]在圖1A中圖解總的用附圖標記I表示的本發明太陽能模塊。圖1A示出在太陽能模塊I的正側、也就是朝向太陽的側的透視視圖。太陽能模塊I的背側在本發明的含義下是背向正側的側。包圍正側和背側的外邊緣的側下面稱為太陽能模塊I的外側I，II，III，IV。在太陽能模塊I的外側I，II，III，IV上存在所謂的進入邊緣，其中溼氣和水蒸汽可以在進入邊緣處特別輕易地侵入太陽能模塊I中。
[0081]太陽能模塊I包括多個串聯接線的太陽能電池單元4，在圖1A中示出其中的8個太陽能電池單元。太陽能電池單元4在該示例中是單晶矽太陽能電池單元。每個太陽能電池單元具有例如0.63V的標稱電壓，使得太陽能模塊I具有例如5V的總標稱電壓。該電壓經由收集導體21引出到在太陽能模塊I的側III的邊緣區域中的兩個連接外殼20。在連接外殼20中進行至連接線路的電線路連接，在圖中出於一目了然的原因未示出所述連接線路。所述連接線路與電網或另外的太陽能模塊連接。
[0082]收集導體21與太陽能電池單元4導電連接。收集導體21通常包含金屬帶，例如厚度為0.03mm至0.3mm和寬度為2mm至16mm的鍍錫的銅帶。銅被證明適合用於這樣的收集導體，因為銅具有良好的導電性以及成為薄膜的良好的可處理性。同時材料成本是低的。也可以使用可以被處理為薄膜的其它導電的材料。對此的示例是鋁、金、銀或錫及其合金。
[0083]圖1B示出參照圖1A的截面A的橫截面圖。本發明的太陽能模塊I包括由載體層
2、第一中間層3、太陽能電池單元4、第二中間層5和正面片材6組成的層結構。載體層2具有例如0.5cm的超過正面片材6的環繞的突出部13。本發明的太陽能模塊I具有邊緣強化裝置7。邊緣強化裝置7在區域9中在例如5mm的寬度b上布置在正面片材6上方。邊緣強化裝置7在區域14中超出正面片材6例如0.5cm的長度C。
[0084]載體層2的超過正面片材6的突出部13與邊緣強化裝置7的超過正面片材6的突出部14之間的空隙51被用密封劑50填充。密封劑50優選布置在太陽能模塊I的側I，II，III和IV處的整個環繞的空隙中。密封劑50例如包含由聚氨酯(例如Sika德國有限公司的Sikaflex 222)製成的密封料。密封劑50在由載體層2、第一中間層3和第二中間層5和正面片材6組成的複合體內部可靠地對太陽能電池單元4密封以防溼氣。
[0085]邊緣強化裝置7與正面片材6粘接。該粘接對邊緣強化裝置7與正面片材6之間的面進行密封並且在引入密封劑50期間使空隙51穩定。
[0086]太陽能模塊I的載體層2例如包含玻璃纖維強化的塑料。玻璃纖維強化的塑料例如包含多層玻璃纖維組織，該玻璃纖維組織嵌入在由不飽和聚酯樹脂製成的澆鑄樹脂成型材料中。載體層2例如具有54%的玻璃含量、1.65kg/mm2的單位面積重量和Imm的厚度。
[0087]在載體層2上方布置第一中間層3。第一中間層3例如包含由醋酸乙烯酯(EVA)製成的、厚度為0.4mm的粘接薄膜。
[0088]在第一中間層3上方布置多個晶體太陽能電池單元4，在圖1B中部分地示出其中的一個。晶體太陽能電池單元4例如由大小為156mm x 156mm的單晶娃太陽能電池單元組成。本發明的太陽能模塊I的所有太陽能電池單元4經由收集導體和根據應用目的以串聯或並聯的方式相互導電連接。此外，截止或旁路二極體可以集成到太陽能模塊I中。
[0089]在太陽能電池單元4上方布置第二中間層5，該第二中間層5例如包含由醋酸乙烯酯(EVA)製成的、厚度為0.4mm的粘接薄膜。
[0090]在第二中間層5上方布置正面片材6。正面片材6例如包含厚度為0.9mm至2.8mm並且尤其是Imm的低鐵鈣鈉玻璃。鈣鈉玻璃利用例如40MPa的預應力以熱的方式被部分預加應力。部分預加應力的玻璃與預加應力的玻璃的區別在於更緩慢的冷卻過程。更緩慢的冷卻過程導致玻璃的核與表面之間的更小的應力差異。部分預加應力的玻璃的抗彎強度處於未預加應力的玻璃和預加應力的玻璃的抗彎強度之間。部分預加應力的玻璃在破裂情況下具有高的剩餘承載能力並且因此特別適於在建築物處或在頂蓋區域中的防墜落的玻璃化部。
[0091]由乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚碳酸酯或另外的塑料製成的同樣的薄膜或片材適合作為正面片材6，所述薄膜或片材是足夠透明、耐天氣和UV穩定的並且具有防溼氣的足夠高的密封性。
[0092]載體層2具有例如27 χ 10_6/K的第一熱膨脹係數。正面片材6具有例如9 χ 10_6/K的第二熱膨脹係數。第一和第二熱膨脹係數的差為18 χ ΙΟ—6#，並由此是第二熱膨脹係數的200%。
[0093]載體層2可以同樣地包含金屬薄膜，例如由諸如Nirosta、材料號為1.4016的不鏽特種鋼製成的薄膜，具有厚度為0.3mm。
[0094]載體層2在該實施例中具有超過正面片材6的環繞的突出部13。突出部的寬度a優選是0.5cm至IOcm並且例如是2cm。邊緣強化裝置7布置在載體層2的突出部13上方以及正面片材6的邊緣區域9上方。邊緣區域9的寬度b優選是0.5cm至IOcm並且例如是1cm。邊緣強化裝置7在邊緣區域9中優選與正面片材粘接，例如利用雙側的粘接帶。[0095]兩個收集導體21在第一中間層3與第二中間層5之間在太陽能模塊I的外側III處的空隙51的區域中被引出。收集導體21在端部處與太陽能電池單元4連接。收集導體21布置在空隙51內以及邊緣強化裝置7的開口 17中。在邊緣強化裝置7的開口 17上方布置連接外殼20，在該連接外殼中有收集導體21與外部連接線路之間的電線路連接，這在該圖中未示出。
[0096]在邊緣強化裝置7中布置凹陷形式的多個水排出槽8。水排出槽8將邊緣強化裝置7的內邊緣10與邊緣強化裝置7的外邊緣11連接。水排出槽8的寬度是Imm至5mm並且例如是3mm。水排出槽8的寬度和邊緣強化裝置7的厚度被選擇為，使得直徑為25mm的雹塊在冰雹擊打測試中不損壞正面片材。這可以在簡單試驗的範圍中求得。
[0097]在下雨或雪融化的情況下，落在正面片材6上的水可以經由水排出槽8流出。
[0098]在圖1A所示的本發明太陽能模塊I的實施例中，在太陽能模塊I的每個角12中分別布置水排出槽8。水排出槽8例如以相對於太陽能模塊I的外側I，II，III，IV為45°的角度布置。此外，外側I，II，III和IV的每一個可以具有一個或多個另外的水排出槽8，這在圖1A中未示出。在太陽能模塊I的外側I，II，III，IV處的水排出槽8例如可以相對於太陽能模塊I的外側I，II，III，IV直角地布置。
[0099]本發明的太陽能模塊I具有大約5.6kg/m2的單位面積重量。
[0100]在圖2中示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊I的替換實施例的橫截面圖。在該實施例中，在空隙51中布置兩個附加的邊緣強化裝置15.1，15.2。附加的邊緣強化裝置15.1, 15.2在太陽能模塊I的外側III處包含凹陷，在這些凹陷中布置收集導體21並且引向邊緣強化裝置7中的開口 17。附加的邊緣強化裝置15.1，15.2使邊緣強化裝置7與載體層2之間的空隙51的間距穩定。
[0101]圖3示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊I的替換實施例的橫截面圖。在該實施例中，收集導體21圍繞正面片材6被引導。開口 17在區域9中布置在正面片材6上方，收集導體21穿過所述開口 17被引導到連接外殼20中。該布置具有特殊優點，即太陽能模塊I的外邊緣區域可以被用於將太陽能模塊I例如固定在U形引導軌中。邊緣強化裝置7在區域9中與正面片材6粘接，例如通過彈性的雙側粘接帶，這在該圖中未示出。粘接帶一方面是柔韌的，從而收集導體21可以被布置在該粘接帶下方或者上方。另一方面粘接帶用於密封以防水和溼氣。
[0102]在圖4中示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊I的替換實施例的橫截面圖。在該實施例中，正面片材6具有開口 16，在該開口 16內布置收集導體21。在正面片材6的開口 16上方有邊緣強化裝置7的開口 17以及連接外殼20。通過開口 16削弱了正面片材6。該削弱通過粘接到正面片材6上的邊緣強化裝置7補償。由於收集導體21直接從太陽能模塊I的內部穿過開口 16和17被引導到連接外殼20中，所以實現對收集導體21的輸出部位的特別良好的密封。
[0103]圖5示出參照圖1A的截面A的本發明太陽能模塊I的替換實施例的橫截面圖。在該實施例中，載體層具有開口 18，在該開口 18內布置收集導體21。在載體層2的開口 18下方布置連接外殼20。由於連接外殼20和由此還有外部連接線路位於太陽能模塊I的背側上，所以連接外殼20和連接線路被保護免遭外部的影響並尤其是免遭對太陽能模塊I的正側的影響。[0104]圖6示出本發明方法的詳細流程圖。
[0105]本發明的太陽能模塊I具有相對於根據現有技術的太陽能模塊的一系列優點。本發明的邊緣強化裝置7保護正面片材6的對破裂敏感的外邊緣免遭在運輸和安裝時的損壞。同時，本發明的邊緣強化裝置7允許在下雨或雪融化時水幾乎不受阻擋地流出。本發明的密封劑50對太陽能模塊I的內部密封以防溼氣和水蒸汽。此外，可以特別簡單和成本低地執行本發明的用於製造太陽能模塊I的方法。同時，在那裡太陽能模塊I是特別輕量級的，其中單位面積重量小於12kg/m2，並且適於在僅具有小的頂蓋斜度的平頂蓋上應用。
[0106]該結果對於專業人員是未預料到的和令人吃驚的。
[0107]示出
I太陽能模塊 2載體層 3第一中間層 4太陽能電池單元 5第二中間層 6正面片材 7邊緣強化裝置 8水排出槽
9正面片材6的邊緣區域
10邊緣強化裝置7的內側
11邊緣強化裝置7的外側
12太陽能模塊I的角
13載體層2超過正面片材6的突出部
14邊緣強化裝置7超過正面片材6的突出部
15.1, 15.2邊緣強化裝置
16正面片材6中的開口
17邊緣強化層7.2中的開口
18載體層2中的開口
20連接外殼
21，21.1，21.2收集導體
50密封劑
51在載體層2超過正面片材6的突出部13與邊緣強化裝置7超過正面片材6的突出部14之間的空隙
a載體層2超過正面片材6的突出部13的寬度 b邊緣區域9的寬度
c邊緣強化裝置7超過正面片材6的突出部14的寬度 A截面
I，II，III，IV太陽能模塊I的側，外側。
【權利要求】
1.太陽能模塊(1)，包括: ?載體層(2)和在該載體層上相疊地布置的第一中間層(3)、至少一個太陽能電池單元(4)、第二中間層(5)和正面片材(6)， ?布置在正面片材(6)上方的環繞的邊緣強化裝置(7)， ?通過載體層(2)超過正面片材(6)的環繞的突出部(13)與所述邊緣強化裝置(7)超過正面片材(6)的環繞的突出部(14)形成的空隙(51)， 其中該空隙(51)具有密封劑(50)。
2.根據權利要求1所述的太陽能模塊(1)，其中所述載體層(2)具有至少0.3cm、優選0.3cm至5cm,並且特別優選0.3cm至Icm的超過正面片材(6)的環繞的突出部(13)和/或所述邊緣強化裝置(7)具有至少0.3cm、優選0.3cm至5cm,並且特別優選0.3cm至Icm的超過正面片材(6)的環繞的突出部(14)。
3.根據權利要求之一I或2所述的太陽能模塊(1)，其中所述邊緣強化裝置(7)覆蓋正面片材(6)的至少0.2cm、優選0.5cm至5cm並且特別優選Icm至2cm的至少一個環繞的邊緣區域(9)。
4.根據權利要求1至3之一所述的太陽能模塊(1)，其中所述邊緣強化裝置(7)在太陽能模塊(I)的每個角(12)處和/或在每個外側(I，II，III，IV)處都具有至少一個將邊緣強化裝置(7)的內側(10)與外側(11)連接的水排出槽(8)。
5.根據權利要求4所述的太陽能模塊(I)，其中水排出槽(8)具有0.3mm至5mm、優選為2_至4mm的寬度。
6.根據權利要求1至5之一所述的太陽能模塊(1)，其中至少一個收集導體(21)布置在正面片材(6)的開口(16)、邊緣強化裝置(7)的開口(17)和/或載體層(2)的開口(18)中。
7.根據權利要求1至6之一所述的太陽能模塊(1)，其中密封劑(50)包含聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醯胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯(SB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、熱塑性彈性體或基於丁基、丙烯醛基、浙青或矽樹脂的粘接材料和/或它們的混合物。
8.根據權利要求1至7之一所述的太陽能模塊(1)，其中太陽能電池單元(4)包含優選由矽或砷化鎵製成的單晶或者多晶的、摻雜的半導體材料，優選由非晶、微非晶或多晶矽、碲化鎘(CdTe )、砷化鎵(GaAs )、銅-銦-(鎵)-硒硫化物(Cu (In，Ga) (S，Se) 2)、銅-鋅-錫-硫硒化物(CZTS)製成的薄層太陽能電池單元，有機半導體或串聯電池單元。
9.根據權利要求1至8之一所述的太陽能模塊，其中正面片材(6)包含玻璃，優選板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼矽玻璃、太陽能玻璃、鈣鈉玻璃，或聚合物，優選聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或混合物，或者氟化聚合物，優選乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯二烴單體(FEP)或全氟烷氧基烷烴(PFA)和/或其混合物。
10.根據權利要求9所述的太陽能模塊，其中正面片材(6)包含厚度為0.9mm至2.8mm的熱部分預加應力或預加應力的玻璃。
11.根據權利要求1至10之一所述的太陽能模塊，其中載體層(2)具有第一熱膨脹係數和正面片材(6)具有第二熱膨脹係數，並且第一熱膨脹係數與正面片材(6)的第二熱膨脹係數之間的差<第二熱膨脹係數的300%，並且優選<第二熱膨脹係數的17%。
12.根據權利要求1至11之一所述的太陽能模塊，其中載體層(2)包含具有7.3 X10_6/K至35 X 10_6/Κ的第一熱膨脹係數的玻璃纖維強化的塑料。
13.用於製造根據權利要求1至12之一所述的太陽能模塊(I)的方法，其中對在邊緣強化裝置(7)超過正面片材(6)的突出部(14)與載體層(2)超過正面片材(6)的突出部(13 )之間的空隙(51)至少通過密封劑(50 )填滿。
14.根據權利要求1至12之一所述的太陽能模塊(I)在建築物或在水上、陸地上或空中前進的運輸工具的平頂蓋(30)上、優選在金屬平頂蓋上的應用。
15.根據權利要求14所述的太陽能模塊(I)在頂蓋斜度為1%至23.1%、優選2%至17.6%並且特別優選5%至8.8%的平頂蓋上的應用。
【文檔編號】H02S20/23GK103583000SQ201280028246
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年4月3日 優先權日:2011年6月7日
【發明者】A.斯納斯基, H.舒馬赫 申請人:法國聖戈班玻璃廠