-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einem Rahmen und einem Photovoltaikelement, welches in dem Rahmen aufgenommen ist.
-
Bei bekannten Solarmodulen werden Photovoltaikelemente zur besseren Handhabung und Montage sowie zur Verbesserung von deren mechanischen Eigenschaften in einem Rahmen gehalten. Bekannte Rahmen sind dabei zumeist so angeordnet, dass diese den Rand der Photovoltaikelemente an deren Stirnseite und im Randbereich von Vorder- und Rückseite, und damit an drei Seiten umfassen. Nachteilig daran ist, dass damit der Rahmen auch einen Bereich der Vorderseite überdeckt. Da Photovoltaikelemente im Freien zum Erzielen einer hohen Energieausbeute entsprechend der Sonneneinstrahlung zumeist geneigt angeordnet sind, sammeln sich insbesondere am unteren Rand des Rahmens Verunreinigungen, welche den Wirkungsgrad der Photovoltaikelemente verringern und zusätzlich die Ästhetik stören. Ferner muss der Rahmen eines Solarmoduls auch geeignete Möglichkeiten zur Befestigung des Solarmoduls an einer Trägereinrichtung aufweisen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solarmodul mit einem verbesserten Rahmen zur Aufnahme eines Photovoltaikelements vorzuschlagen.
-
Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Vorgeschlagen wird ein Solarmodul mit einem Rahmen und einem Photovoltaikelement, wobei der Rahmen ein Rahmenprofil mit einem Auflagebereich und einem Haltebereich aufweist, in welchen ein Randbereich des Photovoltaikelements aufgenommen ist. An dem Rahmenprofil ist ein Befestigungsbereich ausgebildet, welcher mit einer Befestigungseinrichtung für das Solarmodul verbindbar ist. Das Rahmenprofil ist dabei so ausgebildet, dass der Haltebereich und der Befestigungsbereich an eine Stirnseite des Rahmens angrenzen. Das Photovoltaikelement liegt an seinem Randbereich an dem Auflagebereich des Rahmenprofils auf und ist an seiner Stirnseite so in dem Haltebereich des Rahmenprofils aufgenommen, dass das Photovoltaikelement über den Haltebereich des Rahmens übersteht. Der Befestigungsbereich des Rahmenprofils ist zur Stirnseite des Rahmens hin geöffnet ausgebildet.
-
Das Solarmodul weist einen Rahmen und ein Photovoltaikelement auf. Der Rahmen ist dabei mit einem Rahmenprofil hergestellt, das einen Auflagebereich und einen Haltebereich aufweist. Ein Rahmenprofil im Sinne der Erfindung ist ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes, bevorzugt starres Element, welches einen im Wesentlichen gleich bleibenden Querschnitt aufweist, wie insbesondere ein Strangpressprofil. Das Rahmenprofil weist dabei einen Auflagebereich auf, an welchen das Photovoltaikelement im montierten Zustand des Solarmoduls im Bereich seines Randes, insbesondere an seiner Rückseite aufliegt, wobei zwischen dem Auflagebereich des Rahmenprofils und der Rückseite des Solarmoduls vorzugsweise ein Verbindungs- und/oder Lagermittel, insbesondere eine Klebverbindung und/oder Abstandselemente oder ähnliches angeordnet ist. Bei dem Auflagebereich handelt es sich vorzugsweise um eine Wandung des Rahmenprofils, bevorzugt um eine Schulter am Rahmenprofil.
-
Das Rahmenprofil weist ferner einen Haltebereich auf, in welchem das Photovoltaikelement an seinem insbesondere stirnseitigen Randbereich aufgenommen ist. Bei dem Haltebereich handelt es sich bevorzugt um einen vorsprungartigen Ansatz des Rahmenprofils, der sich vorzugsweise entlang einer Stirnseite und damit im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite und/oder zur Rückseite des Photovoltaikelements erstreckt.
-
An dem Rahmenprofil ist ein Befestigungsbereich ausgebildet, welcher mit einer Befestigungseinrichtung für das Solarmodul verbindbar ist. Eine Befestigungseinrichtung für das Solarmodul ist insbesondere eine Trägerkonstruktion, welche beispielsweise im Bereich eines Daches, einer Gebäudewand oder an einem Modulständer angeordnet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Befestigungsbereich handelt es sich damit um einen Bereich des Rahmenprofils, welcher für eine Befestigung des Solarmoduls an einer solchen Befestigungseinrichtung geeignet ist.
-
Eine solche Eignung ergibt sich dabei bevorzugt durch die Form des Befestigungsbereichs, welche ein Eingreifen und/oder ein formschlüssiges Einhaken von hierfür ausgebildeten Montageelementen ermöglicht. Der Befestigungsbereich ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass dieser die Befestigung des Solarmoduls mittels einer Klemm-, Schaub- oder Nietverbindung ermöglicht.
-
Besonders geeignet für die Montage des Solarmoduls ist ein Befestigungsbereich am Rahmenprofil, der zu einer Stirnseite des Rahmens hin geöffnet ausgebildet ist. Als eine Stirnseite des Rahmens wird dabei die Seite des Rahmens verstanden, welche bevorzugt analog wie beim Photovoltaikmodul in Umfangsrichtung des Rahmens nach außen gerichtet ist. Wird der Rahmen horizontal liegend betrachtet, so entspricht die geringste Erstreckung der Stirnseiten der Höhe des Rahmens. Eine Öffnung des Befestigungsbereichs zur Stirnseite des Rahmens hin ermöglicht daher eine seitliche Zugänglichkeit des Befestigungsbereichs und erleichtert damit die Montage des Solarmoduls.
-
Der Rahmen des Solarmoduls ist im Randbereich des Photovoltaikelements angeordnet. Dabei liegt das Photovoltaikelement vorzugsweise an seiner Unterseite im Bereich des Randes am bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Unterseite seines Photovoltaikelements angeordneten Auflagebereich des Rahmenprofils auf.
-
Die Stirnseite des Photovoltaikelements ist so in dem Haltebereich des Rahmenprofils aufgenommen, dass das Photovoltaikelement über den Haltebereich des Rahmens übersteht. Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass das Photovoltaikelement insbesondere durch die teilweise Überdeckung seiner Stirnseite ausreichend sicher im Rahmen des Solarmoduls gehalten ist. Des Weiteren steht das Photovoltaikelement bei dieser Gestaltung über den Haltebereich des Rahmens hervor, wodurch insbesondere bei einer gegenüber der Horizontalen geneigten Montage eines Solarmoduls Regenwasser, Staub und andere Schmutzteilchen über das untere Ende des Solarmoduls abfließen können. Die Gestaltung des Solarmoduls ohne eine die Oberfläche des Photovoltaikelements überragende Kante des Rahmens führt zu einer deutlichen Reduzierung von Verunreinigungen auf der Oberfläche des Photovoltaikelements, welche die äußere Erscheinung verschlechtern und dabei insbesondere die Energieumwandlung des Solarmoduls verringern. Zudem ist insbesondere bei einer Anordnung von mehreren solchen Solarmodulen nebeneinander kein sichtbarer Rand zwischen den einzelnen Modulen erkennbar, was der von den Solarmodulen gebildeten Fläche eine bessere Ästhetik verleiht.
-
Die Ausbildung des Rahmenprofils in der Weise, dass der Haltebereich und der Befestigungsbereich an eine Stirnseite des Rahmens angrenzen, verbessert die Handhabung und Montage des Solarmoduls. Neben der verbesserten seitlichen Zugänglichkeit des an eine Stirnseite des Rahmens angrenzenden Befestigungsbereichs führt das Angrenzen des Haltebereichs an eine Stirnseite des Rahmens vorzugsweise dazu, dass die Abmessungen des Solarmoduls in Bezug auf dessen Länge und Breite nur geringfügig von den Abmessungen des Photovoltaikmoduls abweichen. Ferner stellt der Haltebereich des Rahmens einen Schutz für die Stirnseiten des Photovoltaikmoduls dar. Durch das Angrenzen des Haltebereichs an die Stirnseiten des Solarmoduls kann dieses insbesondere bereits während der Fertigung, bei dem Versand und insbesondere dem Transport des Solarmoduls zum Montageort und schließlich bei der Montage selbst im Bereich der Stirnseite des Solarmoduls belastet, wie insbesondere abgestützt werden.
-
Der Überstand des Photovoltaikelements über den Haltebereich des Rahmens beträgt vorzugsweise mindestens 10% der Höhe seiner Stirnseite. Bevorzugt beträgt der Überstand mindestens 20% und besonders bevorzugt mindestens 30% der Höhe der Stirnseite des Photovoltaikelements über den Haltebereich des Rahmenprofils. Der Überstand der Stirnseite des Photovoltaikelements über den Haltebereich des Rahmens ist dabei insbesondere von der Gesamthöhe des Photovoltaikelements und der Art und Güte der Befestigung des Photovoltaikelements am Rahmen abhängig. Hier ist auch der Aufbau des Photovoltaikelements sowie die vorgesehene Abdichtung an der Stirnseite des Photovoltaikelements zu betrachten.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Solarmoduls ragt das Photovoltaikelement damit mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 2 mm und besonders bevorzugt etwa 3 mm über den Haltebereich des Rahmens heraus. Ein Überstand in dieser Höhe reicht aus, um den Rahmen bei montiertem Solarmodul optisch zurücktreten zu lassen und einen Abfluss von Verschmutzungen zu ermöglichen. Andererseits ist das Photovoltaikmodul vom Haltebereich bei der Handhabung und der Montage ausreichend geschützt und stabilisiert. Bevorzugt wird das Photovoltaikelement dabei durch ein Rahmenprofil geschützt, dessen Haltebereich umlaufend um die Stirnseiten des Photovoltaikelements geschlossen ist.
-
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Solarmoduls ist das Photovoltaikelement mittels einer Klebverbindung in dem Rahmen gehalten. Dabei dient die Klebverbindung vorzugsweise neben der Befestigung auch zum Ausgleich von Unebenheiten oder Winkelfehlern am Photovoltaikelement oder am Rahmenprofil oder insbesondere auch zum Abdichten des Rahmens gegenüber dem Photovoltaikelement. Besonders bevorzugt weist die Klebverbindung auch elastische Eigenschaften auf, um insbesondere durch die Montage am Solarmodul resultierende Spannungen zumindest teilweise auszugleichen. Ferner ergibt sich aufgrund der festen Verbindung zwischen Rahmen und Photovoltaikelement eine gewisse Stabilisierung des Photovoltaikelements und führt damit zu einer entsprechenden mechanischen Belastbarkeit des Solarmoduls.
-
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Solarmoduls weist die Klebverbindung Abstandselemente auf, welche einen Abstand zwischen dem Auflagebereich des Rahmens und dem Randbereich an der Rückseite des Photovoltaikelements definieren. Vorzugsweise sind Abstandselemente, welche eine vorbestimmte Größe aufweisen, bereits dem Klebestoff beigemischt und werden damit beim Aufbringen des Klebers mit auf die Klebefläche aufgebracht. Auf diese Weise kann eine Klebverbindung hergestellt werden, welche nach deren Fertigstellung eine vorbestimmte Dicke aufweist. So kann durch die Wahl der Größe der Abstandselemente in Verbindung mit der Dicke des Photovoltaikelements und der Höhe des Haltebereichs der Überstand des Photovoltaikelements über das Rahmenprofil bzw. über den Haltebereich eingestellt werden. Es ist aber auch möglich, bei der Herstellung einer Klebverbindung zwischen Photovoltaikelement und Rahmen Abstandselemente zu verwenden, welche insbesondere vor dem Aufbringen des Klebstoffes zwischen dem Auflagebereich des Rahmens und dem Photovoltaikelement angeordnet werden. Dies erfolgt bevorzugt durch Aufkleben der Abstandselemente am Auflagebereich oder am Randbereich des Photovoltaikelements.
-
Vorzugsweise weisen die Abstandselemente eine gewisse Elastizität auf, damit diese insbesondere in Verbindung mit einer, ebenfalls elastische Eigenschaften aufweisenden, Klebverbindung mit in das Solarmodul eingebrachte Spannungen zumindest zum Teil aufnehmen können.
-
Der Rahmen einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Solarmoduls ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt. Hierdurch wird ein elektrischer Potenzialausgleich im Rahmen ermöglicht. Bevorzugt ist der Rahmen dabei aus mehreren Rahmenprofilelementen ausgebildet, die vorzugsweise an ihren Enden mittels Eckverbindern verbunden sind, um eine besonders einfache Herstellung des Rahmens zu ermöglichen. Vorzugsweise werden die Rahmenprofilelemente dabei an ihren Enden elektrisch leitend verbunden, um den elektrischen Potenzialausgleich nicht zu unterbrechen.
-
Es wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls, insbesondere zum Herstellen eines Solarmoduls mit insbesondere einer oder mehreren der vorausgehend beschriebenen Eigenschaften vorgeschlagen. Das dabei hergestellte Solarmodul weist einen Rahmen und ein Photovoltaikelement auf, wobei der Rahmen ein Rahmenprofil mit einem Auflagebereich und einem Haltebereich aufweist, in welchen ein Randbereich des Photovoltaikelements aufgenommen ist. Auf den Auflagebereich des Rahmenprofils wird erfindungsgemäß ein Klebstoff aufgebracht. Dann wird das Photovoltaikelement in den Rahmen eingelegt und so in Richtung des Auflagebereichs gedrückt, dass sich beim Andrücken des Photovoltaikelements auf den Auflagebereich die gewünschte Dicke der Klebverbindung einstellt, so dass das Photovoltaikelement in einer vorbestimmten Höhe über den Haltebereich des Rahmens übersteht. Die Dicke der ausgebildeten Klebverbindung kann dabei nur eine sehr geringe Höhe wie einige Mikrometer bis zu einem Millimeter aufweisen, es kann aber auch eine Klebverbindung vorgesehen sein, deren Dicke in einem Bereich von einem bis mehreren Millimetern, insbesondere etwa 1 bis 3 mm, liegt.
-
Beim Andrücken wird dabei ein Anpressdruck aufgebracht, der abhängig von der aufgebrachten Klebstoffmenge und der Viskosität des Klebstoffs ist. So wird die Dicke der Klebverbindung eingestellt und insbesondere in den Bereichen eine Klebverbindung zuverlässig hergestellt, in welchen durch den Klebstoff eine ausreichende Verbindung und Abdichtung zwischen dem Rahmen und dem Photovoltaikelement bzw. eine Abdichtung am Photovoltaikelement selbst vorgesehen ist.
-
Der Klebstoff wird insbesondere auf den Auflagebereich des Rahmenprofils aufgebracht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Klebstoff verwendet, welcher Abstandselemente aufweist, die mit diesem ausgebracht werden. Dieser oder ein anderer, insbesondere andere oder keine Abstandselemente aufweisender Klebstoff kann im selben Verfahrensstand auf die, dem Auflagebereich zugewandten Abschnitt des Haltebereichs des Rahmenprofils aufgebracht werden. Insbesondere bei der Verwendung von 2-Komponenten-Klebstoffen ist es ebenfalls möglich, dass in diesem Verfahrensschritt auch in dem, im Bereich der hergestellten Klebung liegenden Randbereich auf der Rückseite des Photovoltaikelements ein Klebstoff oder ein weiterer zur Herstellung der Klebverbindung vorgesehener Stoff aufgebracht wird.
-
Ist der zur Verbindung von Rahmen und Photovoltaikelement vorgesehene Klebstoff auf das oder die Elemente des Solarmoduls aufgebracht, so wird das Photovoltaikelement in den Rahmen eingelegt und in Richtung des Auflagebereichs angedrückt. Bei einer Verwendung von Abstandselementen sind diese so ausgebildet, dass sie beim Andrücken des Photovoltaikelements auf den Auflagebereich eine Dicke der Klebverbindung einstellen. Vorzugsweise verwendete Abstandselemente sind so ausgebildet, dass die hergestellte Klebverbindung etwa eine Dicke von einem bis vier Millimetern aufweist.
-
Bei der Herstellung einer Klebverbindung ohne die Verwendung von Abstandselementen wird die Dicke der Klebverbindung durch die aufgewendete Andrückkraft eingestellt, welche insbesondere abhängig von der Viskosität des Klebstoffs, der aufgebrachten Klebstoffmenge und der Größe der beklebten Fläche ist. Das Photovoltaikelement ragt damit in einer vorbestimmten Höhe über den Haltebereich des Rahmens hinaus.
-
Beim Andrücken des Photovoltaikelements in Richtung des Anlagebereichs wird überschüssiger Klebstoff auf der Rückseite des Photovoltaikelements vom Anlagebereich weg in Richtung zur Mitte des Photovoltaikelements hin gedrückt. Vorzugsweise wird überschüssiger Klebstoff auch an der Stirnseite des Photovoltaikelements über den Haltebereich hinaus gedrückt, wo dieser an der abschließenden Kante des Haltebereichs einfach und sauber an der Stirnseite des Photovoltaikelements abgewischt bzw. verwischt werden kann. Vorzugsweise bildet sich dabei zwischen der Stirnseite des Photovoltaikelements und dem Haltebereich eine Naht aus, welche das Eindringen insbesondere von Wasser und anderen Verschmutzungen verhindert. Damit wird die Haltbarkeit des Solarmoduls verbessert, und eine spätere Beschädigung des Solarmoduls insbesondere durch Auffrieren eingetretener Feuchtigkeit verhindert.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
-
Es zeigt:
-
1: eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
-
2: einen Querschnitt durch das Rahmenprofil des beispielhaften Solarmoduls, wobei auf den Auflage- und Haltebereich des Rahmenprofils ein Klebstoff aufgebracht ist,
-
3: einen Querschnitt durch das Rahmenprofil des beispielhaften Solarmoduls, auf das ein Photovoltaikelement aufgeklebt ist,
-
4: einen Querschnitt durch das Rahmenprofil eines weiteren beispielhaften Solarmoduls, wobei auf den Auflage- und Haltebereich des Rahmenprofils ein Klebstoff mit Abstandselementen aufgebracht ist,
-
5: einen Querschnitt durch das Rahmenprofil des weiteren beispielhaften Solarmoduls aus 4, auf das ein Photovoltaikelement aufgeklebt ist, und
-
6: einen vergrößerten Ausschnitt des beispielhaften Solarmoduls.
-
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 10 mit einem Rahmen 11, welcher mit einem Rahmenprofil 12 hergestellt ist. Das Solarmodul 10 weist weiter ein Photovoltaikelement 15 zum Erzeugen elektrischer Energie aus Sonnenenergie auf, welches in den Rahmen 11 aufgenommen ist und an seinen Stirnseiten über das Rahmenprofil 12 übersteht.
-
2 zeigt einen Querschnitt durch das Rahmenprofil 12 des beispielhaften Solarmoduls 10, wobei der dahinter liegende Bereich des Rahmens 11 nicht dargestellt ist. Das Rahmenprofil 12 weist einen Auflagebereich 22 und einen Haltebereich 23 auf, welche zum Aufnehmen des Photovoltaikelements 15 rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Das Rahmenprofil 12 weist ferner einen Befestigungsbereich 24 auf, mittels welchem der Rahmen 11 und damit das Solarmodul 10 mit einer geeigneten, nicht dargestellten Trägereinrichtung verbindbar ist. Ein Abschnitt einer beispielhaften Befestigungseinrichtung 17, welche zum Verbinden des Solarmoduls 10 mit einer Trägereinrichtung geeignet ist, ist am Befestigungsbereich 24 angedeutet. Der Befestigungsbereich 24 sowie der Haltebereich 23 des Rahmenprofils 12 grenzen an eine Stirnseite 14 des Rahmens 11 an. Der Befestigungsbereich 24 ist dabei zur Stirnseite 14 des Rahmens 11 hin geöffnet ausgebildet.
-
Auf den Auflagebereich 22 und auf den Haltebereich 23 des Rahmenprofils 12 ist ein Klebstoff 31 aufgebracht. In den so vorbereiteten Rahmen 11 wird das Photovoltaikelement 15 eingelegt und in Richtung des Auflagebereichs 22 angedrückt.
-
In 3 ist das Solarmodul 10 mit dem Rahmen 11 gezeigt, nachdem das Photovoltaikelement 15 eingelegt und in Richtung des Auflagebereichs 22 angedrückt wurde. Infolge des Andrückens weist die Klebverbindung 31a eine vorgesehene Dicke A auf. Beim Andrücken wurde überschüssiger Klebstoff 31 in den Raum zwischen den Auflagebereich 22 und der Rückseite des Photovoltaikelements 15 gedrückt. Der Klebstoff 31 wurde dabei auch zwischen die Stirnseite 15a des Photovoltaikelements 15 und den Haltebereich 23 gedrückt. Der aus dem Zwischenraum zwischen der Stirnseite 15a des Photovoltaikelements 15 und dem Haltebereich 23 austretende Klebstoff 31 wurde dort entlang der Kante 23 abgewischt, wodurch eine dichtende Naht gebildet wurde. Durch die Elastizität der Klebverbindung 31a sowie der Abstandselemente 33 kann die Klebverbindung 31a Belastungen und insbesondere hieraus resultierende Spannungen im Solarmodul, wie sie beispielsweise beim Transport, bei der Montage oder im montierten Zustand durch Schnee- oder Windlasten auftreten, in gewissem Maße aufnehmen.
-
4 zeigt einen Querschnitt durch das Rahmenprofil 12 eines weiteren beispielhaften Solarmoduls 10. Abgesehen von der Klebverbindung entspricht 4 der 2, daher ist die Darstellung in 4 auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auf den Auflagebereich 22 und auf den Haltebereich 23 des Rahmenprofils 12 ist in 4 ein Klebstoff 31 mit Abstandselementen 33 aufgebracht. In den so vorbereiteten Rahmen 11 wird das Photovoltaikelement 15 eingelegt und in Richtung des Auflagebereichs 22 angedrückt.
-
5 zeigt einen Querschnitt durch das Rahmenprofil 12 des weiteren beispielhaften Solarmoduls 10 aus 4, auf das ein Photovoltaikelement 15 aufgeklebt ist. Abgesehen von der Klebverbindung entspricht 5 der 3, daher ist das Solarmodul 10 in 5 auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In 5 ist das Solarmodul 10 mit dem Rahmen 11 gezeigt, nachdem das Photovoltaikelement 15 eingelegt und in Richtung des Auflagebereichs 22 angedrückt wurde. Infolge der vorbestimmten Größe der Abstandselemente 33 weist die Klebverbindung 31a eine Dicke A entsprechend der Größe der Abstandselemente 33 auf.
-
In 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Eckbereichs eines beispielhaften Solarmoduls 10 dargestellt. Der Rahmen 12 ist aus Rahmenprofilen 11 hergestellt, welche an ihren Enden auf Gehrung geschnitten und direkt miteinander verbunden sind. Die Stirnseite 14 des Rahmens 12 weist nach außen und der Befestigungsbereich 24 des Rahmenprofils 11 ist zur Stirnseite 14 des Rahmens 12 hin geöffnet ausgebildet. Die Stirnseite 15a des Photovoltaikelements 15 ragt bei dem beispielhaften Solarmodul 10 etwa 2 mm über den Haltebereich 23 des Rahmenprofils 11 hinaus.
