DE102010000657A1 - Solar module has solar cells that are arranged at transparent fusion film, and potting material that is provided to embed solar cells - Google Patents

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Abstract

The solar module (1) has covering layer (2) that is made of glasses. A transparent fusion film (3) is formed at one side of the covering layer. The solar cells (4) are arranged at the fusion film. The potting material (5) made of polyurethane, is provided to embed the solar cells. An independent claim is included for manufacturing method of solar module.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul und ein Herstellverfahren für ein Solarmodul.The invention relates to a solar module and a manufacturing method for a solar module.

Solarmodule, auch Photovoltaikmodule oder im Folgenden kurz „Module” genannt, dienen zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Herkömmliche Solarmodule weisen hierbei folgenden Schichtaufbau auf, beginnend mit der der Sonne zugewandten Seite: eine Deckschicht aus Glas, eine Schmelzfolie, Solarzellen, eine weitere Schmelzfolie, eine Rückseitenfolie.Solar modules, also called photovoltaic modules or "modules" for short, are used to convert sunlight into electrical energy. Conventional solar modules in this case have the following layer structure, starting with the side facing the sun: a cover layer of glass, a melt film, solar cells, another melt film, a backsheet.

Nachteil an diesen Modulen ist, dass diese zurzeit nur bis ca. 85–90°C temperaturbeständig sind. Viele Module fallen nach wenigen Jahren aus, bzw. die Leistung verringert sich durch Degradation. Darüber hinaus nimmt die Leistung des Modules im „Sonnenbetrieb” ab, da die Module erhitzen und die Solarzellen weniger Leistung erzeugen. Dieser Effekt kann beispielsweise durch eine Kühlung der Module begrenzt werden. Die momentan in den Modulen eingesetzten Folien sind jedoch stark wärmeisolierend. Die Wirksamkeit der Kühlung wird dadurch stark begrenzt.Disadvantage of these modules is that they are currently only up to about 85-90 ° C temperature resistant. Many modules fail after a few years, or the performance is reduced by degradation. In addition, the performance of the module decreases in "solar operation" as the modules heat up and the solar cells produce less power. This effect can be limited for example by cooling the modules. However, the films currently used in the modules are very heat-insulating. The effectiveness of cooling is thereby severely limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein langzeitstabiles und Insbesondere temperaturstabiles Solarmodul anzubieten. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Herstellverfahren für ein derartiges Solarmodul anzugeben.The invention has for its object to offer a long-term stable and particularly temperature-stable solar module. It is another object of the invention to provide a manufacturing method for such a solar module.

Diese Aufgabe wird für das Solarmodul durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für das Herstellverfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Solarmoduls bzw. des Herstellverfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved for the solar module by the features of claim 1 and for the manufacturing process by the features of claim 6. Advantageous embodiments of the solar module or the manufacturing method are described in the subclaims.

Im Weiteren wird die während des Betriebs der Sonne zugewandte Seite des Solarmoduls auch als „Vorderseite” bzw. „vorderseitig” und die der Sonne abgewandte Seite des Solarmoduls als „Rückseite” bzw. „rückseitig” bezeichnet.In addition, the side of the solar module facing the sun during operation is also referred to as "front side" or "front side" and the side of the solar module facing away from the sun is referred to as "rear side" or "rear side".

Erfindungsgemäß besitzt das Solarmodul eine Deckschicht aus Glas, eine an der Deckschicht anschließende transparente Schmelzfolie, an der Schmelzfolie anschließende Solarzellen und eine Vergussmasse aus Polyurethan (Abk.: PU), in der die Solarzellen eingebettet sind. Durch das Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse aus Polyurethan kann auf die herkömmlich rückseitig von den Solarzellen angeordnete Schmelzfolie und die Rückseitenfolie verzichtet werden. Dadurch wird die Temperaturempfindlichkeit des Solarmoduls verringert. Die maximale Einsatztemperatur steigt entsprechend.According to the invention, the solar module has a cover layer made of glass, a transparent melt film adjoining the cover layer, solar cells adjoining the melt film and a potting compound of polyurethane (abbr .: PU), in which the solar cells are embedded. By embedding the solar cells in the potting compound of polyurethane can be dispensed with the conventional arranged on the back of the solar cell melt film and the backsheet. This reduces the temperature sensitivity of the solar module. The maximum operating temperature increases accordingly.

Darüberhinaus erhöht die Vergussmasse die Stabilität des Solarmoduls. Dadurch kann die Dicke der Deckschicht entsprechend reduziert werden. Eine Reduktion der Deckschicht wiederum erhöht die solare Ausbeute des Moduls. Insbesondere kann die herkömmliche Dicke der Deckschicht auf etwa 50% reduziert werden. Damit erhöht sich die Ausbeute um ca. 5% gegenüber herkömmlichen Modulen. Insbesondere kann die herkömmliche Glasstärke von 4–5 mm auf etwa 2 mm verringert werden.In addition, the potting compound increases the stability of the solar module. As a result, the thickness of the cover layer can be reduced accordingly. A reduction of the cover layer in turn increases the solar yield of the module. In particular, the conventional thickness of the cover layer can be reduced to about 50%. This increases the yield by about 5% compared to conventional modules. In particular, the conventional glass thickness can be reduced from 4-5 mm to about 2 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist rückseitig an der Vergussmasse eine Metallfolie, insbesondere eine Stahlfolie, angeordnet. Diese Metallfolie bildet eine gut wärmeleitende Beschichtung der Vergussmasse. Damit kann die Kühlung des Solarmoduls verbessert werden. Auf diese Weise kann die Temperaturbeständigkeit des Solarmoduls auf über 100°C werden. Folglich ist ein fangjähriger, störungsfreier Betrieb auch in heißen Gegenden (Italien, Afrika usw.) möglich.In a preferred embodiment, a metal foil, in particular a steel foil, is arranged on the rear side of the potting compound. This metal foil forms a good heat-conducting coating of the potting compound. Thus, the cooling of the solar module can be improved. In this way, the temperature resistance of the solar module can be over 100 ° C. Consequently, a catchy, trouble-free operation in hot areas (Italy, Africa, etc.) is possible.

Die Kühlung kann des Weiteren durch Anlegen einer Metallplatte, ggf. mit Kühlkörpern, an die Metallfolie oder einer Integration von passiven und/oder aktiven Kühlelementen in die Metallfolie verbessert werden. Durch die Kühlung wird das Modul um durchschnittlich 20°C niedriger betrieben, d. h. es werden auch ca. 10% mehr kWh erzeugt. Beispiel:
180 Watt Modul bei 1000 Sonnenstunden erzeugt = 180 kWh;
180 Watt Modul, mit Kühlung erzeugt bei 1.000 Sonnenstunden = 198 kWh.The cooling can be further improved by applying a metal plate, possibly with heat sinks, to the metal foil or an integration of passive and / or active cooling elements in the metal foil. By cooling the module is operated on average 20 ° C lower, ie it will also generate about 10% more kWh. Example:
180 watts module generated at 1000 hours of sunshine = 180 kWh;
180 watt module, with cooling generated at 1,000 hours of sunshine = 198 kWh.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind ein seitlicher Abschlussrahmen des Solarmoduls und/oder Anschlusselemente der Solarzellen mit der Vergussmasse vergossen. Ein derartiger Abschlussrahmen bildet einen bevorzugten seitlichen Abschluss Solarmoduls, ohne herkömmliche Probleme mit Klebeband und Aluminiumrahmen. Dadurch kann eine erhöhte Betriebssicherheit und ein langlebigeres Modul erzielt werden. Ferner können ein Eingießen einer Rückseiten-Box und/oder die Integration der Dioden direkt in die Vergussmasse erfolgen. Dadurch wird die Degradation verringert und die Lebensdauer des Moduls erhöht.In a further preferred embodiment, a lateral end frame of the solar module and / or connection elements of the solar cells are encapsulated with the potting compound. Such a termination frame forms a preferred solar module side termination without conventional tape and aluminum frame problems. As a result, increased reliability and a more durable module can be achieved. Furthermore, pouring a backside box and / or the integration of the diodes can be done directly in the potting compound. This reduces the degradation and increases the life of the module.

Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für ein Solarmodul umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

  • (a) Erzeugen eines Stapels aus der Deckschicht, der Schmelzfolie und den Solarzellen;
  • (b) Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse.
The production method according to the invention for a solar module comprises the following method steps:
  • (a) generating a stack from the Cover layer, the melt film and the solar cells;
  • (b) embedding the solar cells in the potting compound.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt vor dem Verfahrensschritt (b) ein Laminieren, insbesondere bei einer Laminiertemperatur von 170°C bis 190°C, bevorzugt mit 180°C, des aus der Deckschicht, der Schmelzfolie und den Solarzellen bestehenden Stapels.In a preferred embodiment, prior to process step (b), lamination takes place, in particular at a lamination temperature of 170 ° C. to 190 ° C., preferably 180 ° C., of the stack consisting of the cover layer, the melt film and the solar cells.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Vergussmasse zumindest teilweise auf die Metallfolie aufgebracht und anschließend, insbesondere nach einer Antrockenphase der Vergussmasse auf der Metallfolie, erfolgt durch ein Anpressen oder Andrücken der mit Vergussmasse beschichteten Metallfolie an die Solarzellen ein Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse.In a further preferred embodiment, the potting compound is at least partially applied to the metal foil and then, in particular after a dry phase of the potting compound on the metal foil, is carried out by pressing or pressing the potting compound-coated metal foil to the solar cells embedding the solar cells in the potting compound.

In vorteilhafter Weise werden die Komponenten des Solarmoduls nach dem Verfahrensschritt (b) durch ein Laminierverfahren, insbesondere ein sogenanntes Inverslaminierverfahren, miteinander verbunden.Advantageously, the components of the solar module after the process step (b) by a lamination process, in particular a so-called Inverslaminierverfahren, interconnected.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further important features and advantages of the invention emerge from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures. It is understood that the features mentioned above and the features to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,The invention is further explained by means of embodiments in the drawing figures. Show, in each case schematically,

1 eine erste Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul sowie ein auf diese Weise hergestelltes Solarmodul; 1 a first embodiment of the manufacturing method for a solar module and a solar module produced in this way;

2 eine zweite Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul; 2 a second embodiment of the manufacturing method for a solar module;

1 zeigt eine erste Ausführungsform des Herstellverfahrens für eine Solarmodul 1 sowie ein auf diese Weise hergestelltes Solarmodul 1. Das Solarmodul 1 weist eine Deckschicht 2, eine Schmelzfolie 3, Solarzellen 4, eine Vergussmasse 5 sowie einen Abschlussrahmen 7 auf. 1 shows a first embodiment of the manufacturing method for a solar module 1 and a solar module manufactured in this way 1 , The solar module 1 has a cover layer 2 , a melting film 3 , Solar cells 4 , a potting compound 5 as well as a final frame 7 on.

Zunächst wird ein Stapel bestehend aus einer Deckschicht 2, einer Schmelzfolie 3 und einer Schicht Solarzellen 4 aufgebaut (vgl. Schritt 1 in 1). Als Schmelzfolie 3 können insbesondere Folien aus EVA (Ethylenvinylacetat) oder TPT eingesetzt werden. In bevorzugter Weise ist die Schmelzfolie 3 hochtemperaturbeständig. Anschließend kann eine Seitenverlötung ausgeführt werden, so dass das Modul funktionsfähig ist. In einem weiteren Verfahrensschritt (vgl. Schritt 2 in 1) wird das Solarmodul 1 nun in einem Laminator aufgeschmolzen, allerdings bei einer höheren Temperatur (bisher üblich ca. 145 Grad, jetzt ca. 180 Grad). Danach kann das Modul „getrimmt” werden, d. h. die überstehende Folie wird abgeschnitten.First, a stack consisting of a cover layer 2 , a melted foil 3 and a layer of solar cells 4 built up (see step 1 in 1 ). As a melting film 3 In particular, films of EVA (ethylene vinyl acetate) or TPT can be used. Preferably, the melt film 3 resistant to high temperatures. Subsequently, a Seitenverlötung be carried out so that the module is functional. In a further process step (see step 2 in 1 ) becomes the solar module 1 now melted in a laminator, but at a higher temperature (previously usual about 145 degrees, now about 180 degrees). Thereafter, the module can be "trimmed", ie the protruding film is cut off.

Nach dem Laminieren wird ein Abschlussrahmen 7 angebracht, der den seitlichen Abschluss des Solarmoduls 1 bildet. Dieser Abschlussrahmen 7 dient zugleich als Form für die Vergussmasse 5 aus Polyurethan, die in den Abschlussrahmen 7 eingegossen wird, sodass die Solarzellen 4 in die Vergussmasse 5 eingebettet sind (vgl. Schritt 3 in 1).After lamination becomes a final frame 7 attached, the lateral completion of the solar module 1 forms. This final frame 7 at the same time serves as a mold for the potting compound 5 made of polyurethane, in the end frame 7 is poured, so that the solar cells 4 in the potting compound 5 are embedded (see step 3 in 1 ).

Eine Metallfolie 6 (nur in 2 dargestellt) kann rückseitig an der Vergussmasse 5 anliegen. Auch kann die Metallfolie 6 Kühlkörper aufweisen. Die Verlegung der Metallfolie 6 erfolgt in bevorzugter Weise im noch feuchten Zustand der Vergussmasse 5. Ferner können auch eine sogenannte Junction Box (Anschlusselement der Solarzelle) in die Vergussmasse 5 eingebettet werden und/oder Dioden sowie Kabel in das Solarmodul 1 integriert werden. Die Kühlkörper können passiv sein, d. h. über Konvektion gekühlt werden oder über eine Kühlflüssigkeit (ähnlich Kollektoren) aktiv gekühlt werden. Durch die aktive Kühlung kann das Modul nochmals um ca. 10% mehr Leistung bringen. Diese Leistung kann auch zur Kühlung von Gebäuden verwendet werden.A metal foil 6 (only in 2 shown) can on the back of the potting compound 5 issue. Also, the metal foil can 6 Have heat sink. The laying of the metal foil 6 takes place in a preferred manner in the still moist state of the potting compound 5 , Furthermore, a so-called junction box (connecting element of the solar cell) in the potting compound 5 embedded and / or diodes and cables in the solar module 1 to get integrated. The heat sinks can be passive, ie they can be cooled by convection or actively cooled by a cooling liquid (similar to collectors). The active cooling allows the module to achieve an additional 10% more power. This power can also be used to cool buildings.

Soll kein Abschlussrahmen 7 verwendet werden, so kann auch ein verlorenen Rahmen oder ein wiederverwendbarer Rahmen als Form für die Vergussmasse 5 dienen.Should not be a final frame 7 can also be used a lost frame or a reusable frame as a mold for the potting compound 5 serve.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul 1. Zunächst wird das Solarmodul 1 ähnlich wie bereits oben beschrieben aufgebaut. D. h. auf eine Deckschicht 2 aus Glas wird eine, insbesondere hochtemperaturbeständige, Schmelzfolie 3 aufgebracht. An die Schmelzfolie 3 schließen sich die Solarzellen 4 an. Anschließend kann eine Seitenverlötung erfolgen. Schritt 1 in 2 zeigt den aus Deckschicht 2, Schmelzfolie 3 und Solarzellen 4 bestehenden Stapel. 2 shows a further embodiment of the manufacturing method for a solar module 1 , First, the solar module 1 similar as already described above. Ie. on a topcoat 2 Glass becomes one, in particular high-temperature-resistant, molten film 3 applied. To the molten foil 3 close the solar cells 4 at. Subsequently, a Seitenverlötung done. step 1 in 2 shows the off cover layer 2 , Melt foil 3 and solar cells 4 existing pile.

In einem weiteren Verfahrensschritt (vgl. Schritt 2 in 2) wird die Metallfolie 6 mit der Vergussmasse 5 beschichtet. In bevorzugter Weise wird die Oberseite der Metallfolie 6 beschichtet. Anschließend erfolgt ein leichtes Antrocknen der Vergussmasse 5 auf der Metallfolie 6. Danach wird die Metallfolie 6 – insbesondere durch Drehung der Metallfolie 6 um 180° – mit der beschichteten Seite auf die Solarzellen 4 gelegt und angedrückt (vgl. Schritt 3 der 2).In a further process step (see step 2 in 2 ) becomes the metal foil 6 with the potting compound 5 coated. Preferably, the top of the metal foil 6 coated. This is followed by a slight drying of the potting compound 5 on the metal foil 6 , After that, the metal foil 6 - In particular by rotation of the metal foil 6 180 ° - with the coated side on the solar cells 4 placed and pressed (see step 3 of the 2 ).

Dieses Laminat wird anschließend in einem Laminator im Inverse-Laminierverfahren aufgeschmolzen (vgl. Schritt 4 in 2).This laminate is then melted in a laminator in the inverse lamination process (see step 4 in 2 ).

Die Vorteile des vorgestellten Solarmoduls bzw. des vorgestellten Herstellverfahrens für ein Solarmodul sind unter anderem:

  • – Dünneres Glas, bei gleicher Hagelfestigkeit
  • – Dünneres Glas mit höherer Sonnen-Lichtausbeute
  • – Nur eine Schmelzfolie wird benötigt
  • – Keine Rückseitenfolie
  • – Höherer Ertrag durch passive und aktive Kühlung möglich.
The advantages of the presented solar module or of the presented production method for a solar module include:
  • - Thinner glass, with the same hail resistance
  • - Thinner glass with higher solar efficacy
  • - Only a melting film is needed
  • - No backsheet
  • - Higher yield through passive and active cooling possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Solarmodulsolar module
22
Deckschichttopcoat
33
Schmelzfoliemelting foil
44
Solarzellesolar cell
55
Vergussmassepotting compound
66
Metallfoliemetal foil
77
Abschlussrahmenend frame

Claims (10)

Solarmodul (1) mit: – einer Deckschicht (2) aus Glas; – einer an der Deckschicht (2) anschließenden transparenten Schmelzfolie (3); – an der Schmelzfolie (3) anschließenden Solarzellen (4); und – einer Vergussmasse (5) aus Polyurethan, in der die Solarzellen (4) eingebettet sind.Solar module ( 1 ) with: - a cover layer ( 2 ) of glass; - one on the top layer ( 2 ) subsequent transparent melt film ( 3 ); - on the molten foil ( 3 ) subsequent solar cells ( 4 ); and - a potting compound ( 5 ) made of polyurethane, in which the solar cells ( 4 ) are embedded. Solarmodul (1) nach Anspruch 1, wobei rückseitig an der Vergussmasse (5) eine Metallfolie (6) angeordnet ist.Solar module ( 1 ) according to claim 1, wherein the back of the potting compound ( 5 ) a metal foil ( 6 ) is arranged. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein seitlicher Abschlussrahmen (7) des Solarmoduls (1) und/oder Anschlusselemente der Solarzellen (4) mit der Vergussmasse (5) vergossen sind.Solar module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a lateral end frame ( 7 ) of the solar module ( 1 ) and / or connection elements of the solar cells ( 4 ) with the potting compound ( 5 ) are shed. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (2) eine Dicke von kleiner 3 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm, besitzt.Solar module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the cover layer ( 2 ) has a thickness of less than 3 mm, in particular in the range of 1.5 mm to 2.5 mm. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei rückseitig an dem Solarmodul (1) Komponenten zur aktiven Kühlung des Solarmoduls (1) angebracht sind.Solar module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the back of the solar module ( 1 ) Components for active cooling of the solar module ( 1 ) are mounted. Herstellverfahren für ein Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Erzeugen eines Stapels aus der Deckschicht (2), der Schmelzfolie (3) und den Solarzellen (4); (b) Einbetten der Solarzellen (4) in die Vergussmasse (5).Production method for a solar module ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising the following method steps: (a) producing a stack from the cover layer ( 2 ), the melt film ( 3 ) and the solar cells ( 4 ); (b) embedding the solar cells ( 4 ) into the potting compound ( 5 ). Herstellverfahren nach Anspruch 6, wobei vor dem Verfahrensschritt (b) ein Laminieren, insbesondere bei einer Laminiertemperatur von 170°C bis 190°C, des aus der Deckschicht (2), der Schmelzfolie (3) und den Solarzellen (4) bestehenden Stapels erfolgt.A manufacturing method according to claim 6, wherein prior to step (b) lamination, in particular at a lamination temperature of 170 ° C to 190 ° C, of the top layer ( 2 ), the melt film ( 3 ) and the solar cells ( 4 ) existing stack occurs. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Vergussmasse (5) zumindest teilweise auf die Metallfolie (6) aufgebracht wird und anschließend, insbesondere nach einer Antrockenphase der Vergussmasse (5) auf der Metallfolie (6), durch ein Anpressen der mit Vergussmasse (5) beschichteten Metallfolie (6) an die Solarzellen (4) ein Einbetten der Solarzellen (4) in die Vergussmasse (5) erfolgt.Manufacturing method according to one of claims 6 or 7, wherein the potting compound ( 5 ) at least partially on the metal foil ( 6 ) is applied and then, in particular after a dry phase of the potting compound ( 5 ) on the metal foil ( 6 ), by pressing with potting compound ( 5 ) coated metal foil ( 6 ) to the solar cells ( 4 ) an embedding of the solar cells ( 4 ) into the potting compound ( 5 ) he follows. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Komponenten des Solarmoduls (1) nach Verfahrensschritt (b) durch ein Laminierverfahren, insbesondere ein Inverslaminierverfahren, miteinander verbunden werden.Manufacturing method according to one of claims 6 to 8, wherein the components of the solar module ( 1 ) after process step (b) by a lamination process, in particular a Inverslaminierverfahren, are interconnected. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei vor dem Verfahrensschritt (b) ein seitlicher Abschlussrahmen (7) des Solarmoduls (1) und/oder Anschlusselemente der Solarzellen (4) positioniert werden, sodass in Verfahrensschritt (b) ein Vergießen des Abschlussrahmens (7) und/oder der Anschlusselemente erfolgt.Manufacturing method according to one of claims 6 to 9, wherein prior to the method step (b) a lateral end frame ( 7 ) of the solar module ( 1 ) and / or connection elements of the solar cells ( 4 ), so that, in method step (b), a casting of the closure frame ( 7 ) and / or the connection elements takes place.
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