DE102022101935A1 - Method of manufacturing a photovoltaic panel such as a vehicle body integrated PV panel using a thermosetting polymer - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Panels (1), insbesondere eines photovoltaischen Fahrzeugkarosseriepanels beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines photovoltaischen Labels (3), das eine vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie, eine vorderseitige Polymer-Laminierungsfolie, eine rückseitige Polymer-Laminierungsfolie und optional eine rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie sowie eine Solarzellenanordnung umfasst, die zwischen der vorderseitigen und der rückseitigen Laminierungsfolie angeordnet ist, und Herstellen einer Trägerstruktur (17) zum Tragen des photovoltaischen Labels, wobei die Trägerstruktur durch Aufbringen eines formbaren wärmehärtenden Polymers auf mindestens eine Rückseite des photovoltaischen Labels hergestellt wird. Dabei wird die Trägerstruktur durch Auftragen des wärmehärtenden Polymers in einem viskosen Zustand, Formen des wärmehärtenden Polymers in eine beabsichtigte Form des Panels unter Verwendung einer Form und Verfestigen des wärmehärtenden Polymers hergestellt, bevor die beim Verfestigen des wärmehärtenden Polymers gebildete Trägerstruktur zusammen mit dem photovoltaischen Label aus der Form entfernt wird. Die Trägerstruktur kann zum Beispiel durch reaktives Spritzgießen hergestellt werden. Dadurch kann die mechanische Beanspruchung der Solarzellenanordnung reduziert und das Risiko eines Bruchs der Solarzellen minimiert werden.A method for producing a photovoltaic panel (1), in particular a photovoltaic vehicle body panel, is described. The method comprises providing a photovoltaic label (3) comprising a front polymeric stabilizing film, a front polymeric laminating film, a rear polymeric laminating film and optionally a rear polymeric stabilizing film and a solar cell assembly sandwiched between the front and rear laminating films is arranged, and producing a support structure (17) for carrying the photovoltaic label, the support structure being produced by applying a moldable thermosetting polymer to at least one back side of the photovoltaic label. Here, the support structure is made by applying the thermosetting polymer in a viscous state, molding the thermosetting polymer into an intended shape of the panel using a mold, and solidifying the thermosetting polymer before the support structure formed when the thermosetting polymer solidifies, together with the photovoltaic label the mold is removed. The support structure can be produced, for example, by reactive injection molding. As a result, the mechanical stress on the solar cell arrangement can be reduced and the risk of the solar cells breaking can be minimized.
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Panels, insbesondere zur Herstellung eines photovoltaischen Fahrzeugkarosseriepanels bzw. -teils, in das eine Solarzellenanordnung integriert wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung das Photovoltaik-Panel, insbesondere das Photovoltaik-Fahrzeugkarosserieteil, das optional mit dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann.The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic panel, in particular for manufacturing a photovoltaic vehicle body panel into which a solar cell assembly is integrated. Furthermore, the present invention relates to the photovoltaic panel, in particular the photovoltaic vehicle body part, which can optionally be produced with the method described herein.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Im Folgenden kann der Begriff „Photovoltaik“ mit „PV“ abgekürzt werden. PV-Zellen können auch als Solarzellen bezeichnet werden. Darüber hinaus kann sich der Begriff „Fahrzeugkarosseriepanel“ auf ein Panel beziehen, welches in eine Karosserie beliebiger Fahrzeuge wie Autos, Lastwagen, Busse, Wohnmobile, Züge, Schiffe, Flugzeuge usw. eingebaut werden kann, der Einfachheit halber werden die Ausführungsformen hier jedoch unter Bezugnahme auf Fahrzeugkarosseriepanels beschrieben.In the following, the term "photovoltaic" can be abbreviated to "PV". PV cells can also be referred to as solar cells. In addition, the term "vehicle body panel" can refer to a panel that can be installed in a body of any vehicle such as cars, trucks, buses, RVs, trains, ships, airplanes, etc., but for the sake of simplicity, the embodiments are described herein with reference to vehicle body panels.
Konventionell werden die meisten handelsüblichen PV-Panels durch die Bereitstellung planarer, unflexibler Solarzellen auf Waferbasis hergestellt und diese Solarzellen dann zwischen einer vorderseitigen Glasscheibe und einer rückseitigen Trägerstruktur, wie eine weitere Glasscheibe oder ein Metallblech, laminiert. Dabei werden die Solarzellen zwischen dünnen Laminierfolien eingefügt, die sowohl zur dichten Ummantelung der Solarzellen als auch zur mechanischen Verbindung des Stapels einschließlich der Vorder- und Rückseitenfolien mit der dazwischen liegenden Solarzellenanordnung dienen. Solche PV-Panels werden auch als PV-Module bezeichnet und haben in der Regel eine planare Struktur. Diese PV-Panels eignen sich gut für die Installation auf Gebäuden oder in Solarparks. Solche ebenen PV-Panels eignen sich jedoch kaum für eine Integration in gekrümmte Oberflächen, wie z. B. Oberflächen von Karosserieteilen eines Autos oder eines anderen Fahrzeugs.Conventionally, most commercial PV panels are made by providing planar, inflexible solar cells on a wafer basis, and then laminating these solar cells between a front sheet of glass and a back support structure, such as another sheet of glass or metal sheet. In this case, the solar cells are inserted between thin laminating foils, which are used both for the tight encasing of the solar cells and for the mechanical connection of the stack, including the front and back foils, with the solar cell arrangement lying in between. Such PV panels are also referred to as PV modules and usually have a planar structure. These PV panels are well suited for installation on buildings or in solar parks. However, such planar PV panels are hardly suitable for integration into curved surfaces, such as e.g. B. Surfaces of body panels of a car or other vehicle.
Es wurden Ansätze vorgestellt, bei denen PV-Zellen an der Karosserie eines Fahrzeugs angebracht sind, um Strom zu erzeugen, der dem Fahrzeug zugeführt wird. Dieser Strom kann zum Beispiel zum Laden der Batterien eines Elektroautos verwendet werden.Approaches have been presented in which PV cells are attached to the body of a vehicle to generate electricity that is supplied to the vehicle. This electricity can be used to charge the batteries of an electric car, for example.
So wurde beispielsweise in einer früheren Patentanmeldung
In einem alternativen Ansatz zur Herstellung von PV-Modulen wurde von der Anmelderin in einer früheren Patentanmeldung
Ein anderer Ansatz für eine Karosserieplatte mit einer integrierten Solarzellenanordnung wurde vom Anmelder in früheren Patentanmeldungen PCT/
In jedem dieser Ansätze des Standes der Technik kann das Karosserieblech mit der Solarzellenanordnung als ein Photovoltaikmodul mit einer nicht ebenen Form betrachtet werden. Ein Karosserieblech eines Fahrzeugs, das ein integriertes PV-Modul enthält, kann hier als integriertes PV-Karosserieblech bezeichnet werden.In each of these prior art approaches, the body panel with the solar cell assembly can be viewed as a photovoltaic module with a non-planar shape. A body panel of a vehicle that includes an integrated PV module may be referred to herein as an integrated PV body panel.
Mögliche Merkmale und Eigenschaften solcher Ansätze von Karosserieteilen und Ansätze zur Herstellung eines Karosserieteils mit einem Photovoltaikmodul wurden von der Anmelderin in den oben genannten Patentanmeldungen sowie in weiteren früheren Patentanmeldungen wie den beiden im Vereinigten Königreich eingereichten Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern 2009642.6 (Titel: „Method for fabricating a photovoltaic module including laser cutting of a photovoltaic module“) und 2009653.3 (Titel: „Method for a photovoltaic module“) beschrieben. Die Merkmale und Eigenschaften dieser Ansätze können auch auf das hier beschriebene PV-Panel (Karosserie) und das Herstellungsverfahren zutreffen, und der Inhalt der früheren Patentanmeldungen wird in vollem Umfang durch Bezugnahme hier einbezogen.Possible features and properties of such body part approaches and approaches for producing a body part with a photovoltaic module have been described by the applicant in the above-mentioned patent applications as well as in other earlier patent applications such as the two patent applications filed in the United Kingdom with the application numbers 2009642.6 (title: "Method for fabricating a photovoltaic module including laser cutting of a photovoltaic module") and 2009653.3 (title: "Method for a photovoltaic module"). The features and properties of these approaches may also apply to the PV panel (body) and manufacturing method described herein, and the contents of the prior patent applications are incorporated herein by reference in their entirety.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND DER AUSFÜHRUNGSFORMENSUMMARY OF THE INVENTION AND EMBODIMENTS
Es kann eine Aufgabe sein, ein Verfahren zur Herstellung eines PV-Panels, insbesondere eines PV-Fahrzeugkarosserieteils, bereitzustellen, in das eine Solarzellenanordnung integriert ist und das sowohl sehr hohe funktionale als auch sehr hohe ästhetische Anforderungen erfüllt. Darüber hinaus kann es eine Aufgabe sein, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das ein relativ einfaches Herstellungsverfahren, eine hohe Herstellungsausbeute und/oder niedrige Herstellungskosten ermöglicht und gleichzeitig ein Herstellungsergebnis in Form eines hochfunktionalen, zuverlässigen und ästhetischen PV-integrierten (Fahrzeugkarosserie-)Panels bzw. Teils liefert. Darüber hinaus kann es ein Ziel sein, ein PV-Panel, insbesondere ein PV-Fahrzeugkarosseriepanel bzw. -teil, bereitzustellen, welches hoch funktional und zuverlässig sowie ästhetisch ist und darüber hinaus auf zuverlässige und kosteneffiziente Weise hergestellt werden kann.An object can be a method for producing a PV panel, in particular one Provide PV vehicle body part, in which a solar cell array is integrated and which meets both very high functional and very high aesthetic requirements. In addition, it may be an object to provide a manufacturing method that allows for a relatively simple manufacturing process, high manufacturing yield, and/or low manufacturing cost while delivering a manufacturing result in the form of a highly functional, reliable, and aesthetic PV-integrated (vehicle body) panel or part. Furthermore, it may be an aim to provide a PV panel, in particular a PV vehicle body panel or part, which is highly functional and reliable as well as aesthetic and moreover can be manufactured in a reliable and cost-effective manner.
Derartige Aufgaben können mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und in der folgenden Beschreibung beschrieben und in den zugehörigen Figuren veranschaulicht.Such problems can be solved with the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are defined in the dependent claims and described in the following description and illustrated in the associated figures.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Panels, insbesondere eines photovoltaischen Fahrzeugkarosseriepanels, beschrieben. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge: (i) Bereitstellen eines photovoltaischen Labels, das eine vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie, eine vorderseitige Polymer-Laminierungsfolie, eine rückseitige Polymer-Laminierungsfolie und optional eine rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie sowie eine zwischen der vorderseitigen und der rückseitigen Laminierungsfolie angeordnete Solarzellenanordnung umfasst, und
(ii) Herstellen einer Trägerstruktur zum Tragen des photovoltaischen Labels, wobei die Trägerstruktur durch Aufbringen eines formbaren wärmehärtenden Polymers auf mindestens einer Rückseite des photovoltaischen Labels hergestellt wird.
Dabei wird die Trägerstruktur durch Auftragen des wärmehärtenden Polymers in einem viskosen Zustand, Formen des wärmehärtenden Polymers in eine beabsichtigte Form des Panels unter Verwendung einer Form und Verfestigen des wärmehärtenden Polymers hergestellt, bevor die Trägerstruktur, die beim Verfestigen des wärmehärtenden Polymers gebildet wird, zusammen mit dem photovoltaischen Label aus der Form entfernt wird.According to a first aspect of the present invention, a method for manufacturing a photovoltaic panel, in particular a photovoltaic vehicle body panel, is described. The method comprises at least the following steps, preferably in the order given: (i) providing a photovoltaic label comprising a front-side polymer stabilization film, a front-side polymer lamination film, a back-side polymer lamination film and optionally a back-side polymer stabilization film and a solar cell arrangement arranged between the front-side and the back-side lamination film, and
(ii) producing a support structure for carrying the photovoltaic label, the support structure being produced by applying a moldable thermosetting polymer to at least a back side of the photovoltaic label.
Here, the support structure is prepared by applying the thermosetting polymer in a viscous state, molding the thermosetting polymer into an intended shape of the panel using a mold, and solidifying the thermosetting polymer before the support structure formed when the thermosetting polymer solidifies, is removed from the mold together with the photovoltaic label.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein PV-Panel, insbesondere ein Fahrzeugkarosseriepanel, beschrieben, wobei das Panel ein photovoltaisches Panel und eine Trägerstruktur umfasst. Das photovoltaische Panel umfasst eine vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie, eine vorderseitige Polymer-Laminierungsfolie, eine rückseitige Polymer-Laminierungsfolie und optional eine rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie sowie eine zwischen den beiden Laminierungsfolien angeordnete Solarzellenanordnung. Die Trägerstruktur dient zur Stärkung des photovoltaischen Labels und umfasst ein verfestigtes wärmehärtendes Polymer, das an mindestens einer Rückseite des photovoltaischen Labels angebracht ist.According to a second aspect of the invention, a PV panel, in particular a vehicle body panel, is described, the panel comprising a photovoltaic panel and a support structure. The photovoltaic panel includes a front polymeric stabilizing film, a front polymeric laminating film, a rear polymeric laminating film, and optionally a rear polymeric stabilizing film, and a solar cell array sandwiched between the two laminating films. The support structure serves to strengthen the photovoltaic label and includes a solidified thermoset polymer attached to at least a backside of the photovoltaic label.
Kurz zusammengefasst und ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken, werden die Grundideen, die den Ausführungsformen der Erfindung zugrunde liegen, und die damit verbundenen möglichen Vorteile grob wie folgt beschrieben:
- Wie bereits erwähnt, hat der Antragsteller verschiedene Ansätze für die Herstellung von PV-Panels mit einer potenziell gekrümmten Oberfläche vorgeschlagen. Für eine großvolumige Herstellung von z.B. PV-integrierten Fahrzeugkarosserieblechen ist der Ansatz, wie er z.B. in
WO 2020/187792 A1
- As mentioned above, the Applicant proposed different approaches to fabricate PV panels with a potentially curved surface. For a large-volume production of e.g. PV-integrated vehicle body panels, the approach as described in
WO 2020/187792 A1
Während solch ein Ansatz zur Herstellung eines PV-Panels durch Einschließen der Solarzellenanordnung in eine durch herkömmliches Spritzgießen vorbereitete Trägerstruktur zwar eine schnelle Produktion einer großen Anzahl von PV-Panels zu ermöglichen scheint, wurde jedoch festgestellt, dass die Handhabung der Solarzellenanordnung während des Spritzgußverfahrens schwierig sein kann. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Gefahr besteht, dass die Solarzellen der Solarzellenanordnung während des Spritzgussverfahrens brechen, wenn nicht geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um einen solchen Bruch der Solarzellen zu verhindern.While such an approach to manufacturing a PV panel by enclosing the solar cell assembly in a support structure prepared by conventional injection molding appears to allow rapid production of large numbers of PV panels, it has been found that handling the solar cell assembly during the injection molding process can be difficult. In particular, it has been found that there is a risk that the solar cells of the solar cell array will break during the injection molding process unless appropriate precautions are taken to prevent such breakage of the solar cells.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein solcher Solarzellenbruch daraus resultieren kann, dass beim herkömmlichen Spritzgießen ein thermoplastisches Polymer in einen Hohlraum in eine Form eingespritzt wird, wobei dieses Einspritzen mit sehr hohem Druck erfolgt. Während eine solche Hochdruckeinspritzung eine schnelle Herstellung ermöglichen kann, wird angenommen, dass das eingespritzte thermoplastische Polymer einen übermäßigen Druck auf die Solarzellen im PV Label ausüben kann, wodurch das Risiko eines Bruchs der Solarzellen entsteht.The inventors have found that such solar cell rupture can result from conventional injection molding injecting a thermoplastic polymer into a cavity in a mold at very high pressure. While such high pressure injection may allow for rapid manufacturing, it is believed that the injected thermoplastic polymer may exert excessive pressure on the solar cells in the PV label, creating a risk of solar cell rupture.
Um das Risiko eines Bruchs der Solarzellen zu verringern, wird daher vorgeschlagen, das herkömmliche Spritzgussverfahren durch ein Verfahren zu ersetzen, bei dem ein duroplastisches Polymer anstelle eines thermoplastischen Polymers zur Herstellung einer Trägerstruktur verwendet wird, die das PV-Label mit der Solarzellenanordnung trägt.In order to reduce the risk of the solar cells breaking, it is therefore proposed to replace the conventional injection molding process with a process in which a thermosetting polymer is used instead of a thermoplastic polymer for the production position of a support structure is used, which carries the PV label with the solar cell array.
Neben anderen Vorteilen ermöglicht die Verwendung eines solchen duroplastischen Polymers anstelle eines thermoplastischen Polymers das Auftragen des Polymermaterials mit deutlich geringerem Druck als bei herkömmlichen Spritzgussverfahren. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die beim herkömmlichen Spritzgießen verwendeten thermoplastischen Polymere erhitzt werden müssen, um flüssig zu werden, und im Allgemeinen eine hohe Viskosität aufweisen, wenn sie verarbeitet werden. Aufgrund dieser hohen Viskosität müssen die thermoplastischen Polymere mit hohem Druck in die Kavität des Werkzeugs gespritzt werden, um zu gewährleisten, dass das Polymermaterial alle Teile der Kavität ausfüllt, bevor es zu stark abkühlt und dadurch seine flüssigen Eigenschaften verliert. Während die Viskosität eines thermoplastischen Polymers im Prinzip durch Erhitzen des Polymermaterials auf höhere Temperaturen gesenkt werden könnte, ist eine solche Erhöhung der Verarbeitungstemperaturen in der Regel begrenzt, da andere Komponenten wie z. B. das PV-Label bei übermäßiger Erhitzung beschädigt werden können.Among other advantages, the use of such a thermosetting polymer instead of a thermoplastic polymer allows the polymeric material to be applied with significantly lower pressure than with conventional injection molding processes. This may be due to the fact that the thermoplastic polymers used in traditional injection molding require heating to become liquid and generally have a high viscosity when processed. Because of this high viscosity, the thermoplastic polymers must be injected into the mold cavity at high pressure to ensure that the polymer material fills all parts of the cavity before it cools too much and loses its fluid properties. While the viscosity of a thermoplastic polymer could in principle be lowered by heating the polymeric material to higher temperatures, such an increase in processing temperatures is usually limited as other components such as e.g. B. the PV label can be damaged by excessive heating.
Im Gegensatz zu thermoplastischen Materialien ist die Viskosität eines duroplastischen Materials im Allgemeinen nicht stark von der Verarbeitungstemperatur abhängig. Stattdessen können duroplastische Werkstoffe im Allgemeinen mit einer oder mehreren flüssigen Komponenten verarbeitet werden, die sehr flüssig sind, d. h. eine sehr niedrige Viskosität aufweisen. Solche duroplastischen Werkstoffe können zum Beispiel aus zwei flüssigen Komponenten bestehen, die unmittelbar vor dem Auftragen in einem Formgebungsverfahren gemischt werden. Unmittelbar nach dem Mischen hat die resultierende Flüssigkeit eine sehr niedrige Viskosität, ähnlich wie Wasser oder dünnflüssiges Öl.In contrast to thermoplastic materials, the viscosity of a thermoset material is generally not strongly dependent on the processing temperature. Instead, thermoset materials can generally be processed with one or more liquid components that are very fluid, i. H. have a very low viscosity. Such duroplastic materials can, for example, consist of two liquid components that are mixed in a shaping process immediately before application. Immediately after mixing, the resulting liquid has a very low viscosity, similar to water or thin oil.
Dementsprechend kann ein solches flüssiges wärmehärtendes Polymer mit geringem Druck auf ein anderes Bauteil, wie z. B. ein PV-Label, aufgebracht werden. Beispielsweise kann das niedrigviskose wärmehärtende Polymer in einen Hohlraum einer Form eingespritzt werden, leicht fließen und sich im gesamten Hohlraum ausbreiten und dadurch die durch die Form definierte Form und Geometrie erhalten. Da nur geringe Drücke angewandt werden, bleibt das Risiko einer Beschädigung anderer Komponenten, wie z. B. der im PV Label enthaltenen Solarzellen, gering. Anschließend kann sich das duroplastische Polymer z. B. durch chemische Reaktionen zwischen seinen Bestandteilen verfestigen. Nach dieser Verfestigung kann die aus dem verfestigten duroplastischen Material gebildete Trägerstruktur zusammen mit dem von dieser Trägerstruktur unterstützten PV-Label aus der Form entfernt werden. Optional kann das gesamte Formteil dann weiterverarbeitet werden.Accordingly, such a liquid thermosetting polymer with little pressure on another component, such as. B. a PV label applied. For example, the low viscosity thermosetting polymer can be injected into a cavity of a mold, flow easily and spread throughout the cavity, thereby obtaining the shape and geometry defined by the mold. Since only low pressures are applied, the risk of damaging other components, such as e.g. B. the solar cells contained in the PV label, low. Then the thermoset polymer z. B. solidify by chemical reactions between its components. After this solidification, the support structure formed from the solidified duroplastic material can be removed from the mold together with the PV label supported by this support structure. Optionally, the entire molded part can then be further processed.
Im Folgenden werden mögliche Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung und damit verbundene mögliche Vorteile näher beschrieben.Possible features of embodiments of the invention and associated possible advantages are described in more detail below.
Der hier vorgeschlagene Ansatz eignet sich besonders für ein in PV Fahrzeugkarosseriepanel, das mehrere PV-Zellen umfasst, die auf der Grundlage von spröden Halbleiterwafern hergestellt werden. Bei den PV-Zellen kann es sich beispielsweise um Solarzellen handeln, die auf der Basis von kristallinen Siliziumwafern hergestellt werden. Solche Wafer-basierten Si-PV-Zellen haben im Allgemeinen einen hohen Wirkungsgrad von mehr als 15 % (d. h. z. B. zwischen 17 % und 26 %) und weisen eine hohe Zuverlässigkeit auf. Außerdem gibt es gut etablierte industrielle Prozesse für ihre Herstellung. Solche PV-Zellen weisen typischerweise laterale Abmessungen zwischen 50×50 mm2 und 300×300 mm2 auf, meist zwischen 150×150 mm2 und 200×200 mm2, mit einer quadratischen Form, einer rechteckigen Form, einer runden Form, einer halbrunden Form oder einer anderen Form. Außerdem weisen solche PV-Zellen im Allgemeinen eine Dicke von mehr als 50 µm, typischerweise zwischen 100 µm und 300 µm auf.The approach proposed here is particularly applicable to a PV vehicle body panel comprising multiple PV cells fabricated from brittle semiconductor wafers. The PV cells can be, for example, solar cells that are produced on the basis of crystalline silicon wafers. Such wafer-based Si-PV cells generally have a high efficiency of more than 15% (ie, between 17% and 26%, for example) and exhibit high reliability. Also, there are well-established industrial processes for their manufacture. Such PV cells typically have lateral dimensions between 50×50 mm 2 and 300×300 mm 2 , mostly between 150×150 mm 2 and 200×200 mm 2 , with a square shape, a rectangular shape, a circular shape, a semi-circular shape or another shape. In addition, such PV cells generally have a thickness of more than 50 μm, typically between 100 μm and 300 μm.
Bei einer solchen Dicke sind die PV-Zellen relativ starr, d.h. sie dürfen in der Regel nicht mit kleinen Biegeradien von z.B. weniger als ihren Seitenabmessungen gebogen werden. Generell kann davon ausgegangen werden, dass je nach Zellengröße Biegeradien von weniger als 80 cm, weniger als 90 cm oder weniger als 100 cm vermieden werden sollten.With such a thickness, the PV cells are relatively rigid, i.e. they generally cannot be bent with small bending radii, e.g., less than their side dimensions. In general, it can be assumed that, depending on the cell size, bending radii of less than 80 cm, less than 90 cm or less than 100 cm should be avoided.
Jede PV-Zelle umfasst elektrische Kontakte. Die elektrischen Kontakte benachbarter PV-Zellen können über elektrische Verbindungen miteinander verbunden werden, so dass diese PV-Zellen elektrisch in Reihe, parallel oder in einer beliebigen Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen geschaltet werden können. Die elektrischen Verbindungen können durch ein oder mehrere elektrisch leitende Bänder und/oder eine oder mehrere Kupferlötstellen zwischen zwei benachbarten Solarzellen, vorzugsweise zwischen jeweils zwei benachbarten Solarzellen eines jeweiligen Strangs, hergestellt werden. Eine Vielzahl miteinander verbundener PV-Zellen ist Teil einer Solarzellenanordnung, die manchmal auch als Solarzellenstrang bezeichnet wird. Die Solarzellenanordnung kann ferner zusätzliche Komponenten wie externe Kontakte umfassen, über die die Solarzellenanordnung mit einem externen Stromkreis verbunden werden kann, wobei solche externen Kontakte manchmal als Teil einer Anschlussdose bezeichnet werden. Darüber hinaus kann die Solarzellenanordnung z. B. Bypass-Dioden oder andere elektrische Komponenten umfassen. Außerdem kann die Solarzellenanordnung eine oder mehrere Löseschleifen zum Lösen mechanischer Spannungen enthalten.Each PV cell includes electrical contacts. The electrical contacts of adjacent PV cells can be connected to each other via electrical connections, so that these PV cells can be electrically connected in series, in parallel or in any combination of series and parallel connections. The electrical connections can be made by one or more electrically conductive strips and/or one or more copper soldering points between two adjacent solar cells, preferably between each two adjacent solar cells of a respective string. A multitude of interconnected PV cells form part of a solar cell array, sometimes referred to as a solar cell string. The solar cell assembly may also include additional components such as external contacts that allow the solar cell assembly to be connected to an external circuit, such external contacts sometimes being referred to as part of a junction box. In addition, the solar cell array z. B. include bypass diodes or other electrical components. Except the solar cell arrangement can contain one or more release loops for releasing mechanical stresses.
Die Solarzellenanordnung besteht im Allgemeinen aus einer Einkapselung, in die die Solarzellen, die elektrischen Verbindungen und möglicherweise andere Komponenten eingebettet sind. Typischerweise besteht die Einkapselung aus einem thermoplastischen Polymer wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder POE (Polyolefin-Elastomer). Die Einkapselung kann aus einer Polymer-Laminierfolie auf der Vorderseite und einer Polymer-Laminierfolie auf der Rückseite bestehen, die die Mehrzahl der Solarzellen von gegenüberliegenden Seiten einschließen. Die Laminierfolien können auch als Einkapselungsfolien bezeichnet werden. In einem Laminierungsverfahren können diese Vorder- und Rückseiten-Einkapselungsfolien dann über eine Glasübergangstemperatur des Polymermaterials hinaus erhitzt werden, während sie gegeneinander gepresst werden. Dementsprechend kann sich das klebrige, zähflüssige oder sogar teilweise geschmolzene Polymermaterial beider Einkapselungsfolien in den Bereichen, in denen die Folien einander berühren, verbinden und/oder mit den zwischen den Einkapselungsfolien befindlichen Solarzellen verkleben. Dementsprechend können nach dem Abkühlen und Verfestigen des Polymermaterials die Solarzellen und das Polymermaterial der Laminierfolien eine Einkapselung bilden.The solar cell assembly generally consists of an encapsulation in which the solar cells, electrical connections and possibly other components are embedded. Typically, the encapsulation is made of a thermoplastic polymer such as EVA (ethylene vinyl acetate) or POE (polyolefin elastomer). The encapsulation may consist of a front face polymer laminating film and a back face polymer laminating film enclosing the plurality of solar cells from opposite sides. The laminating films can also be referred to as encapsulation films. In a lamination process, these front and back encapsulation films can then be heated above a glass transition temperature of the polymeric material while being pressed against one another. Accordingly, the tacky, viscous, or even partially molten polymeric material of both encapsulation sheets can bond and/or stick to the solar cells located between the encapsulation sheets in the areas where the sheets touch each other. Accordingly, after the polymeric material has cooled and solidified, the solar cells and the polymeric material of the laminating films can form an encapsulation.
Da die Solarzellenanordnung in ihrer Einkapselung im Allgemeinen sehr zerbrechlich ist, wird die Solarzellenanordnung mit den Solarzellen, den elektrischen Verbindungen und der Einkapselung durch eine oder mehrere Stabilisierungsfolien verstärkt, um ein PV-Label zu bilden. Vorzugsweise können eine Polymer-Stabilisierungsfolie auf der Vorderseite und eine Polymer-Stabilisierungsfolie auf der Rückseite die dazwischen liegende Solarzellenanordnung umschließen und ein Substrat bzw. ein Superstrat bilden, bevor das PV-Label durch Formen der Trägerstruktur verstärkt wird. In bestimmten Ausführungsformen muss das PV-Label nicht unbedingt die rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie umfassen. Die eine oder mehreren Polymer-Stabilisierungsfolien können eine Dicke von typischerweise zwischen 250 µm und 2500 µm aufweisen. Jede der Folien kann an eine der gegenüberliegenden Oberflächen aller PV-Zellen angrenzen und/oder einen Teil oder die Gesamtheit davon abdecken. Die Polymer-Stabilisierungsfolien können aus verschiedenen polymeren Materialien wie Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), AcrylnitrilButadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC) oder einer Mischung daraus hergestellt werden. Zumindest die vorderseitige Stabilisierungsfolie sowie die vorderseitige Laminierungsfolie müssen aus einem optisch durchscheinenden oder transparenten Material bestehen. Insbesondere kann es sich bei dem Material, aus dem die Stabilisierungsfolie besteht, um ein thermoplastisches Material handeln, d. h. um ein Material, das bei Erwärmung auf höhere Temperaturen plastisch oder zähflüssig wird. Die vordere und die hintere Polymer-Stabilisierungsfolie können die dazwischen liegende Solarzellenanordnung umschließen und, wenn sie miteinander verbunden werden, die Solarzellenanordnung einkapseln. Optional können glasfaserverstärkte oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe zwischen den Polymerfolien eingefügt werden.Since the solar cell assembly is generally very fragile in its encapsulation, the solar cell assembly including the solar cells, the electrical connections and the encapsulation is reinforced by one or more stabilizing films to form a PV label. A polymer stabilization film on the front and a polymer stabilization film on the back can preferably enclose the solar cell arrangement lying in between and form a substrate or a superstrate before the PV label is reinforced by shaping the carrier structure. In certain embodiments, the PV label does not necessarily have to include the backside polymer stabilization film. The one or more polymer stabilization films can have a thickness of typically between 250 μm and 2500 μm. Each of the foils may abut and/or cover part or all of one of the opposite surfaces of each of the PV cells. The polymer stabilization films can be made from various polymeric materials such as polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), polyether ether ketone (PEEK), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC) or a mixture thereof. At least the front stabilizing film and the front laminating film must be made of an optically translucent or transparent material. In particular, the material from which the stabilizing film is made can be a thermoplastic material, i. H. a material that becomes plastic or viscous when heated to higher temperatures. The front and back polymeric stabilizing sheets can encapsulate the intermediate solar cell assembly and, when bonded together, encapsulate the solar cell assembly. Optionally, glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastics can be inserted between the polymer films.
Insbesondere können die Polymer-Stabilisierungsfolie auf der Vorderseite, die Polymer-Stabilisierungsfolie auf der Rückseite und die PV-Zellen durch Wärmezufuhr und/oder ein Laminierungsverfahren miteinander verbunden werden. Mit anderen Worten, nachdem z. B. die rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie, die Solarzellenanordnung mit ihrer Einkapselung und schließlich die vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie lose übereinander angeordnet wurden, können diese gestapelten Schichten durch mechanisches Verbinden miteinander verbunden werden. Eine solche Verbindung kann z. B. durch die Zufuhr ausreichender Wärme auf den Stack erfolgen, so dass das Polymer-Material der Polymerfolien zähflüssig und/oder klebrig wird. Dementsprechend können die Polymer-Stabilisierungsfolien bei einer solchen vorübergehenden Wärmezufuhr mechanisch miteinander und/oder mit der dazwischen liegenden Solarzellenanordnung verbunden werden.In particular, the polymer stabilization film on the front, the polymer stabilization film on the back and the PV cells can be connected to one another by supplying heat and/or a lamination process. In other words, after z. If, for example, the rear polymer stabilization film, the solar cell arrangement with its encapsulation and finally the front polymer stabilization film were arranged loosely on top of one another, these stacked layers can be connected to one another by mechanical bonding. Such a connection can e.g. B. by supplying sufficient heat to the stack, so that the polymer material of the polymer films is viscous and / or sticky. Accordingly, with such a temporary supply of heat, the polymer stabilization films can be mechanically connected to one another and/or to the solar cell arrangement lying between them.
So werden die Polymer-Stabilisierungsfolien auf der Vorder- und Rückseite und die Solarzellenanordnung in einem Laminierungsverfahren miteinander verbunden. Das Laminierverfahren kann in das Laminierverfahren zur Herstellung der Einkapselung, in die die PV-Zellen eingebettet sind, integriert werden, d. h. sowohl die vordere und hintere Polymer-Stabilisierungsfolie als auch die vordere und hintere Polymer-Einkapselungsfolie können in einem einzigen Laminierschritt glasiert oder teilweise geschmolzen werden. Alternativ können auch zwei getrennte Laminierungsschritte durchgeführt werden, d.h. zunächst wird die Solarzellenanordnung mit den die PV-Zellen einschließenden Einkapselungsfolien laminiert und anschließend wird das PV-Label mit den die Solarzellenanordnung einschließenden Stabilisierungsfolien dazwischen laminiert. Durch dieses Laminierverfahren werden die vor- und rückseitigen Polymerfolien und optional auch die PV-Zellen in einer stoffschlüssigen Verbindung integral miteinander verbunden. Das Laminierverfahren kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere Maßnahmen zum Verbinden der Polymerfolien umfassen, wie z.B. das Aufbringen eines Klebers oder Haftmittels an einer Schnittstelle zwischen den Polymerfolien und/oder an einer Schnittstelle zwischen einer der Polymerfolien und der Solarzellenanordnung.The polymer stabilization films on the front and back and the solar cell arrangement are connected to one another in a lamination process. The lamination process can be integrated into the lamination process to produce the encapsulation in which the PV cells are embedded, i.e. both the front and rear polymeric stabilizing films and the front and rear polymeric encapsulating films can be glazed or partially melted in a single lamination step. Alternatively, two separate lamination steps can also be carried out, ie first the solar cell arrangement is laminated with the encapsulation films enclosing the PV cells and then the PV label is laminated with the stabilization films enclosing the solar cell arrangement in between. With this laminating process, the front and rear polymer films and optionally also the PV cells are integrally connected to one another in a material connection. However, the lamination process may alternatively or additionally also include other measures for connecting the polymer films, such as the application of an adhesive or adhesive at an interface between the polymer films and/or at an interface between one of the polymer films and the solar cell assembly.
Das gesamte PV-Label kann eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm, typischerweise zwischen 0,5 mm und 5 mm oder zwischen 1 mm und 3 mm aufweisen. Die seitlichen Abmessungen des PV-Labels können zwischen 0,1 m und 2 m liegen, typischerweise zwischen 0,2 m und 1 m. Das PV-Label kann flexibel und biegsam sein und kann zu einer beliebigen Kontur geformt werden, die an die Form des vorgesehenen Karosserieteils angepasst ist. Dabei bedecken die in der Karosserieplatte enthaltenen Solarzellen einen wesentlichen Teil, d. h. beispielsweise mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 50 % oder sogar mehr als 70 %, einer Außenfläche des Karosserieteils.The entire PV label can have a thickness in the range between 0.5 mm and 10 mm, typically between 0.5 mm and 5 mm or between 1 mm and 3 mm. The lateral dimensions of the PV label can be between 0.1m and 2m, typically between 0.2m and 1m. The PV label can be flexible and pliable and can be formed into any contour conforming to the shape of the intended body panel. The solar cells contained in the body panel cover a significant part, i. H. for example more than 30%, preferably more than 50% or even more than 70% of an outer surface of the body part.
Das PV-Label ist im Allgemeinen flexibel, biegsam und/oder, zumindest für einige Anwendungen, nicht ausreichend selbsttragend. Dementsprechend muss das PV-Label zur Bildung eines selbsttragenden PV-Panels im Allgemeinen durch eine Trägerstruktur verstärkt werden. Eine solche Trägerstruktur weist in der Regel eine höhere mechanische Stabilität auf als das PV-Label. Eine solche höhere mechanische Stabilität kann sich unter anderem aus größeren geometrischen Abmessungen wie einer größeren Dicke im Vergleich zur Dicke des PV-Labels und/oder einer höheren Steifigkeit aufgrund der Materialeigenschaften des verwendeten Polymers ergeben. Die Trägerstruktur und das PV-Label sind im Allgemeinen mechanisch miteinander verbunden, so dass Kräfte, die auf das PV-Label wirken, auf die Trägerstruktur übertragen werden können und umgekehrt.The PV label is generally flexible, pliable, and/or not sufficiently self-supporting, at least for some applications. Accordingly, to form a self-supporting PV panel, the PV label generally needs to be reinforced by a support structure. Such a carrier structure usually has a higher mechanical stability than the PV label. Such a higher mechanical stability can result, among other things, from larger geometric dimensions such as a greater thickness compared to the thickness of the PV label and/or a higher rigidity due to the material properties of the polymer used. The support structure and the PV label are generally mechanically connected to one another such that forces acting on the PV label can be transmitted to the support structure and vice versa.
Gemäß dem hier beschriebenen Ansatz wird die Trägerstruktur mit einem formbaren wärmehärtenden Polymer hergestellt. Dieses wärmehärtende Polymer kann so verarbeitet werden, dass es während des Auftragens auf das PV-Label eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist, so dass das wärmehärtende Polymer entlang einer Oberfläche des PV-Labels verteilt werden kann, ohne dass übermäßige Kräfte auf das PV-Label ausgeübt werden.According to the approach described here, the support structure is made with a moldable thermoset polymer. This thermosetting polymer can be processed so that it has a sufficiently low viscosity during application to the PV label such that the thermosetting polymer can be spread along a surface of the PV label without excessive forces being exerted on the PV label.
Das wärmehärtende Polymer kann zum Beispiel ein Gemisch aus zwei oder mehr Komponenten sein. Mindestens eine dieser Komponenten kann eine Flüssigkeit mit einer niedrigen Viskosität sein. Beispielsweise kann die Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) unter 1000 mPa*s, vorzugsweise unter 300 mPa*s oder sogar unter 150 mPa*s liegen. Die Komponenten sind so beschaffen, dass bei ihrer Vermischung eine chemische Reaktion ausgelöst wird, die zu einer sukzessiven Verfestigung der Mischung führt. Mit anderen Worten: Beim Vermischen härten die Komponenten aus und verfestigen sich durch chemische Reaktionen. Zu Beginn, d. h. direkt nach dem Mischen, ist das Gemisch der Komponenten jedoch sehr flüssig und kann daher leicht auf eine Oberfläche des PV-Labels aufgetragen und verteilt werden. Das Auftragen und Verteilen der flüssigen Polymermischung kann während der Verarbeitungszeit (auch als Topfzeit bezeichnet) der Mischung erfolgen. Die Topfzeit kann zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten liegen. In der Regel kann die Topfzeit kürzer als fünf Minuten oder kürzer als eine Minute sein. Die wärmehärtende Polymermischung verfestigt sich dann kontinuierlich, bis sie nach einer Entformungszeit ausreichend fest ist, um selbsttragend zu sein. Die Entformungszeit kann typischerweise mehr als ein paar Minuten, beispielsweise mehr als zehn Minuten, betragen. Das wärmehärtende Polymer kann dann einen weiteren Zeitraum von beispielsweise einigen Tagen benötigen, bis es einen endgültigen Verfestigungszustand erreicht. Das wärmehärtende Polymer kann z. B. auf einem Zweikomponenten-Polyurethan-System basieren. Das wärmehärtende Polymer kann zum Beispiel eine Mischung aus Polyol und Isocyanat sein. Es kann Glasfasern oder Kohlenstofffasern zur Verbesserung der Materialeigenschaften enthalten, wie weiter unten ausführlicher beschrieben.For example, the thermosetting polymer can be a mixture of two or more components. At least one of these components may be a low viscosity liquid. For example, the viscosity at room temperature (25°C) can be below 1000 mPa*s, preferably below 300 mPa*s or even below 150 mPa*s. The components are designed in such a way that when they are mixed, a chemical reaction is triggered which leads to a gradual solidification of the mixture. In other words, when mixed, the components harden and solidify through chemical reactions. At the beginning, i. H. however, immediately after mixing, the mixture of components is very fluid and can therefore be easily applied and spread onto a surface of the PV label. The application and spreading of the liquid polymer blend can be done during the pot life (also referred to as pot life) of the blend. The pot life can be between a few seconds and several minutes. Typically, the pot life can be less than five minutes or less than one minute. The thermoset polymer blend then continuously solidifies until, after a demolding time, it is sufficiently strong to be self-supporting. The demolding time can typically be more than a few minutes, for example more than ten minutes. The thermosetting polymer may then require a further period of time, for example a few days, before it reaches a final state of solidification. The thermosetting polymer can e.g. B. based on a two-component polyurethane system. For example, the thermoset polymer may be a blend of polyol and isocyanate. It may contain glass fibers or carbon fibers to improve material properties, as described in more detail below.
Alternativ kann das wärmehärtende Polymer auch nur aus einer Komponente bestehen und so konfiguriert sein, dass es aushärtet und sich verfestigt, wenn Energie in das Polymer eingebracht wird. Eine solche Energie kann beispielsweise durch Erhitzen des Polymers über eine bestimmte Aushärtungstemperatur hinaus und/oder durch Bestrahlung des Polymers mit energiereicher Strahlung wie UV-Strahlung eingeleitet werden.Alternatively, the thermoset polymer can be single component and configured to cure and solidify when energy is imparted to the polymer. Such energy can be introduced, for example, by heating the polymer above a certain curing temperature and/or by irradiating the polymer with high-energy radiation such as UV radiation.
Das wärmehärtende Polymer wird auf die Rückseite des PV-Labels aufgetragen, d. h. auf die Fläche, die im Normalbetrieb vom Lichteinfall auf das PV-Label abgewandt ist. Das wärmehärtende Polymer kann über die gesamte Rückseite des PV-Labels verteilt werden. Alternativ kann das wärmehärtende Polymer auch nur auf Teilbereiche dieser Rückseite aufgetragen werden.The thermosetting polymer is applied to the back of the PV label, i. H. on the surface that faces away from the incidence of light on the PV label during normal operation. The thermosetting polymer can be spread over the entire back of the PV label. Alternatively, the thermosetting polymer can also only be applied to partial areas of this rear side.
Zur Bildung der Trägerstruktur wird das wärmehärtende Polymer auf das PV-Label in einem viskosen Zustand aufgebracht und dann mit Hilfe einer Form in die beabsichtigte Form der Platte gebracht. Mit anderen Worten, um eine endgültige Form der Trägerstruktur und der gesamten Platte zu definieren, wird eine Form bereitgestellt, wobei die Form eine Oberfläche mit einer Form aufweist, die komplementär zu der beabsichtigten Form der Trägerstruktur ist. Die Form kann einen Hohlraum aufweisen, wobei eine Innenfläche dieses Hohlraums der vorgesehenen Form der Trägerstruktur entspricht. Dementsprechend kann nach dem Anordnen des PV-Labels in dem Hohlraum und dem Füllen des verbleibenden Volumens des Hohlraums mit dem wärmehärtenden Polymer die Trägerstruktur, die das PV-Label trägt, hergestellt werden. Alternativ kann die Form eine Oberfläche mit der vorgesehenen Form aufweisen und auf eine wärmehärtende Polymermasse gepresst werden, die in einem vorangegangenen Verarbeitungsschritt auf das PV-Label aufgebracht wurde, wodurch das Polymer geformt und gestaltet wird.To form the support structure, the thermosetting polymer is applied to the PV label in a viscous state and then formed into the intended shape of the disc by a mold. In other words, to define a final shape of the support structure and the entire panel, a mold is provided, the mold having a surface with a shape complementary to the intended shape of the support structure. The mold can have a cavity, an inner surface of this cavity corresponding to the intended shape of the support structure. Accordingly, after placing the PV label in the cavity and filling the remaining volume of the cavity with the wr multi-curing polymer, the carrier structure that carries the PV label can be produced. Alternatively, the mold may have a surface of the intended shape and may be pressed onto a thermoset polymer mass that has been applied to the PV label in a previous processing step, thereby shaping and shaping the polymer.
Nachdem das wärmehärtende Polymer auf diese Weise geformt und gestaltet wurde, kann es sich zumindest bis zu einem Grad verfestigen, bei dem es ausreichend stabil und vorzugsweise selbsttragend ist, bevor es aus der Form genommen wird.After the thermoset polymer has been formed and shaped in this way, it is allowed to solidify at least to a degree where it is sufficiently stable and preferably self-supporting before demoulding.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur durch ein Reaction Injection Moulding bzw. Reaktionsspritzgussverfahren (RIM) hergestellt, das die Anordnung des PV-Labels in der Form, das Einspritzen des wärmehärtenden Polymers in die Form und die Entnahme der nach der Verfestigung des wärmehärtenden Polymers gebildeten Trägerstruktur zusammen mit dem PV-Label aus der Form umfasst.According to one embodiment, the support structure is produced by a reaction injection molding (RIM) process, which comprises placing the PV label in the mold, injecting the thermosetting polymer into the mold and removing the support structure formed after solidification of the thermosetting polymer together with the PV label from the mold.
Das Reaction Injection Moulding (RIM) ist ein bewährtes Verfahren zur Herstellung von z. B. großen Teilen mit kostengünstigen Werkzeugen. Dabei wird eine Form mit einer Kavität bereitgestellt. Die Form der Kavität entspricht der Form des vorgesehenen Formteils. Ähnlich wie beim herkömmlichen Spritzgießen wird ein Polymer in verflüssigtem Zustand in die Form eingespritzt und verfestigt sich dann in der Form. Im Gegensatz zum herkömmlichen Spritzgießen, bei dem ein thermoplastisches Polymer erhitzt wird, um sich vorübergehend zu verflüssigen, und dann in der Form durch Abkühlung erstarrt, wird ein duroplastisches Polymer in den Hohlraum der Form eingespritzt. Da ein solches wärmehärtendes Polymer im Allgemeinen eine wesentlich niedrigere Viskosität aufweist als die typischen Viskositäten eines verflüssigten thermoplastischen Polymers, kann das wärmehärtende Polymer bei der RIM-Technologie mit wesentlich niedrigeren Drücken eingespritzt werden als beim herkömmlichen Spritzgießen.Reaction Injection Molding (RIM) is a proven process for manufacturing e.g. B. large parts with inexpensive tools. In this case, a mold with a cavity is provided. The shape of the cavity corresponds to the shape of the intended molded part. Similar to conventional injection molding, a polymer is injected into the mold in a liquefied state and then solidifies in the mold. Unlike traditional injection molding, where a thermoplastic polymer is heated to temporarily liquefy and then solidified in the mold by cooling, a thermoset polymer is injected into the mold cavity. Because such thermoset polymer generally has a significantly lower viscosity than the typical viscosities of a liquefied thermoplastic polymer, RIM technology allows the thermoset polymer to be injected at significantly lower pressures than conventional injection molding.
RIM wird üblicherweise zur Herstellung von Produkten mit einem einheitlichen Polymermaterial verwendet, d. h. das gesamte geformte Produkt besteht im Allgemeinen aus dem duroplastischen Polymer. Dabei bietet RIM bekanntermaßen mehrere Vorteile, wie z. B. kostengünstige Werkzeuge, schnelle Herstellung der Werkzeuge, Herstellung von dünnwandigen Bauteilen mit unterschiedlichen Wandstärken, die scharfe Kanten ermöglichen, kurze Vorlaufzeiten für große Bauteile, geringe Kapitalinvestitionen, minimale Einrichtungsanforderungen, kosmetische Oberflächenbearbeitung, Verarbeitung verschiedener Polymermaterialien mit positiven physikalischen Eigenschaften wie Flammschutz oder hohe Biegefähigkeit usw. Bei einigen Geräten können Kleinteile wie Stifte, Schrauben, Klammern usw. im Hohlraum der Form angeordnet werden, so dass sie in das Polymermaterial eingegossen werden und Teil des Endprodukts sind.RIM is commonly used to manufacture products with a unitary polymeric material, i. H. the entire molded product generally consists of the thermoset polymer. RIM is known to offer several advantages, such as B. Inexpensive tooling, quick manufacturing of the tooling, production of thin-walled parts with different wall thicknesses that allow sharp edges, short lead-times for large parts, low capital investment, minimal set-up requirements, cosmetic finishing, processing of various polymer materials with positive physical properties such as flame retardancy or high flexibility, etc. In some devices, small parts such as pins, screws, clips, etc. can be placed in the cavity of the mold so that they are cast in the polymer material and become part of the final product.
In der hier vorgestellten Ausführungsform wurde festgestellt, dass RIM vorteilhaft zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein PV-Label verwendet werden kann, so dass das Risiko einer Beschädigung des PV-Labels und insbesondere der darin enthaltenen Solarzellen minimiert wird. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung der RIM-Technologie die Herstellung eines sehr zuverlässigen, widerstandsfähigen, ästhetischen und/oder kosteneffizienten PV-Panels. Optional kann das PV-Panel eine gekrümmte Oberfläche aufweisen und beispielsweise als Karosserieteil mit integrierter PV-Technik dienen. Darüber hinaus kann die RIM-Technologie speziell für die Integration von PV-Labels in Solarpanels, insbesondere in Fahrzeugkarosserieteile, von Vorteil sein, da sie die Herstellung dünnwandiger Strukturen und/oder scharfer Kanten ermöglicht.In the embodiment presented here, it was found that RIM can advantageously be used to produce a support structure for a PV label, so that the risk of damaging the PV label and in particular the solar cells contained therein is minimized. At the same time, the use of RIM technology enables the production of a very reliable, durable, aesthetic and/or cost-effective PV panel. Optionally, the PV panel can have a curved surface and serve, for example, as a body part with integrated PV technology. In addition, RIM technology can be particularly advantageous for the integration of PV labels in solar panels, especially in vehicle body parts, as it allows the production of thin-walled structures and/or sharp edges.
In einer Ausführungsform wird vor dem Auftragen des wärmehärtenden Polymers eine Grundierungsschicht auf die Rückseite und gegebenenfalls auf die Seiten und/oder Kanten des PV-Labels aufgetragen.In one embodiment, before applying the thermosetting polymer, a primer layer is applied to the back and optionally to the sides and/or edges of the PV label.
Es wurde festgestellt, dass eine auf der Rückseite des PV-Labels aufgebrachte Trägerstruktur nicht ausreichend haftet, wenn die Rückseite nicht in einem vorangehenden Verarbeitungsschritt vor dem Aufbringen des formbaren Polymermaterials darauf speziell vorbereitet wird. Um eine solche unzureichende Haftung zu verhindern, kann auf die Rückseite des PV-Labels zumindest an den Stellen, an denen die Trägerstruktur auf diese Rückseite geklebt werden soll, eine dünne Schicht eines Grundierungsmaterials aufgebracht werden.It has been found that a support structure applied to the back of the PV label does not adhere sufficiently if the back is not specially prepared in a previous processing step before the moldable polymer material is applied thereto. In order to prevent such insufficient adhesion, a thin layer of a primer material can be applied to the back of the PV label at least at the points at which the carrier structure is to be glued to this back.
Die Grundierung kann in flüssiger Form aufgetragen werden. Die Grundierung kann eine niedrige Viskosität aufweisen. Die Grundierung kann aus einem haftvermittelnden Material bestehen oder dieses enthalten. Die Grundierung kann lösungsmittelbasiert und/oder pigmentiert sein. Die Grundierung kann so beschaffen sein, dass sie mit der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit chemisch reagiert, um dadurch auszuhärten oder zu verfestigen. Zu Beginn kann die Grundierung einen Festkörperanteil und ein Lösungsmittel enthalten. Der Festkörperanteil kann z. B. zwischen 10 % und 50 %, vorzugsweise zwischen 20 % und 40 % oder etwa 30 % ± 5 % betragen. Der Primer kann speziell für die Verbesserung der Haftung auf z. B. Basisoberflächen oder Substraten konfiguriert sein, die z. B. PMMA, PC (Polycarbonat), PS (Polystyrol), GFK, ABS, PVC oder andere umfassen. Der Primer kann mit einfachen Mitteln wie einem Pinsel, einem Filz oder einem Schaumstoff auf die Oberfläche aufgetragen werden. Die Primerschicht kann so aufgetragen werden, dass sie eine Dicke von vorzugsweise weniger als 1 mm oder sogar weniger als 200 µm hat. Die Grundierung kann eine Lüftungszeit zwischen 1 min und 120 min aufweisen. Zu kurze Lüftungszeiten oder zu lange Lüftungszeiten können die durch den Primer induzierte Haftung negativ beeinflussen. Die Primerschicht kann als Grenzschicht zwischen der Rückseite des PV-Labels und einer angrenzenden Oberfläche der durch das duroplastische Polymer gebildeten Trägerstruktur dienen. Die Primerschicht kann ein ausreichendes Maß an Elastizität aufweisen. Dementsprechend kann die Primerschicht leichte Bewegungen zwischen dem PV-Label und der Trägerstruktur absorbieren oder kompensieren, wobei solche Bewegungen beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien beider Komponenten und somit aufgrund von Wärmespannungen auftreten können.The primer can be applied in liquid form. The primer can have a low viscosity. The primer can consist of or contain an adhesion-promoting material. The primer can be solvent based and/or pigmented. The primer may be designed to chemically react with moisture in the air to thereby cure or solidify. Initially, the primer may contain a solid fraction and a solvent. The solids content can, for. B. between 10% and 50%, preferably between 20% and 40% or about 30% ± 5%. The primer can be specially designed to improve adhesion to e.g. B. be configured base surfaces or substrates, the z. e.g. PMMA, PC (polycarbonate), PS (polystyrene), GRP, ABS, PVC or others. The primer can be applied to the surface with simple means such as a brush, felt or foam. The primer layer can be applied to have a thickness preferably less than 1 mm or even less than 200 µm. The primer can have an airing time of between 1 minute and 120 minutes. Aeration times that are too short or aeration times that are too long can have a negative effect on the adhesion induced by the primer. The primer layer can serve as a boundary layer between the back of the PV label and an adjacent surface of the support structure formed by the thermosetting polymer. The primer layer can have a sufficient degree of elasticity. Accordingly, the primer layer can absorb or compensate for slight movements between the PV label and the carrier structure, where such movements can occur, for example, due to different thermal expansion coefficients of the materials of both components and thus due to thermal stresses.
In einer Ausführungsform wird das Photovoltaik-Label auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, bevor es in die Form eingelegt wird.In one embodiment, the photovoltaic label is heated to an elevated temperature before being placed in the mold.
Wenn das PV-Label auf eine solche hohe Temperatur erhitzt wird, erlangt es eine höhere Verformbarkeit. Insbesondere die Polymer-Stabilisierungs- und Laminierungsfolien werden bei höheren Temperaturen im Allgemeinen flexibler und verformbarer. Aufgrund dieser erhöhten Verformbarkeit kann das PV-Label plastisch verformt werden.When the PV label is heated to such a high temperature, it acquires higher deformability. In particular, the polymer stabilization and lamination films generally become more flexible and conformable at higher temperatures. Due to this increased deformability, the PV label can be plastically deformed.
Beispielsweise kann das PV-Label verformt werden, um eine Vorformung zu erreichen, bei der die Form des PV-Labels nicht mehr planar ist, sondern gekrümmt wird. Dabei kann die gekrümmte Geometrie des PV-Labels zumindest bis zu einem gewissen Grad einer beabsichtigten gekrümmten Geometrie des endgültigen PV-Panels entsprechen. Dementsprechend können mechanische Spannungen innerhalb des PV-Labels, wie sie z. B. durch die thermische Verarbeitung während des Laminierens der verschiedenen Schichten des das PV-Label bildenden Schichtstapels entstehen können, oder mechanische Spannungen zwischen dem PV-Label und der Trägerstruktur im endgültigen PV-Panel reduziert werden. Dadurch kann die Herstellung des gesamten PV-Panels vereinfacht werden, da z. B. weniger Verformungen auftreten, insbesondere bei der Herstellung großer Bauteile.For example, the PV label can be deformed to achieve a preform where the shape of the PV label is no longer planar but is curved. In this case, the curved geometry of the PV label can correspond, at least to a certain extent, to an intended curved geometry of the final PV panel. Accordingly, mechanical stresses within the PV label, e.g. B. by the thermal processing during the lamination of the various layers of the PV label forming layer stack, or mechanical stresses between the PV label and the support structure in the final PV panel are reduced. As a result, the production of the entire PV panel can be simplified because z. B. less deformation occur, especially in the manufacture of large components.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das PV-Label auf eine erhöhte Temperatur zwischen 50°C und 120°C, vorzugsweise zwischen 60°C und 110°C, erhitzt.According to a further embodiment, the PV label is heated to an elevated temperature of between 50°C and 120°C, preferably between 60°C and 110°C.
Es wurde festgestellt, dass das Erhitzen des PV-Labels auf mehr als 50°C oder sogar mehr als 60°C seine Verformbarkeit erheblich verbessern kann, so dass das PV-Label vorgeformt werden kann. Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass das PV-Label nicht auf mehr als 120°C, vorzugsweise nicht auf mehr als 110°C, erhitzt werden sollte, da bei zu hohen Temperaturen Schäden am PV-Label auftreten können. Insbesondere die im PV-Label enthaltenen Polymerfolien können bei übermäßiger Erwärmung z. B. ihre Haftung zueinander verlieren oder sogar abblättern.It has been found that heating the PV label to more than 50°C or even more than 60°C can significantly improve its formability, allowing the PV label to be preformed. However, it has also been shown that the PV label should not be heated to more than 120° C., preferably not to more than 110° C., since the PV label can be damaged if the temperatures are too high. In particular, the polymer films contained in the PV label can e.g. B. lose their adhesion to each other or even peel off.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Form mindestens zwei Formteile,
wobei das photovoltaische Label, wenn es sich in einer ersten Geometrie befindet, zwischen den beiden Formteilen angeordnet wird und die beiden Formteile dann zusammengepresst werden, wodurch das PV-Label in eine zweite Geometrie plastisch verformt wird.According to one embodiment, the mold comprises at least two mold parts,
wherein the photovoltaic label, when in a first geometry, is placed between the two mold parts and the two mold parts are then pressed together, thereby plastically deforming the PV label into a second geometry.
Mit anderen Worten, die Form kann aus mehreren Formteilen bestehen, die relativ zueinander bewegt werden können. Zum Beispiel kann die Form geöffnet werden, indem ein erstes Formteil von einem zweites Formteil wegbewegt wird, und sie kann geschlossen werden, indem das erste und das zweite Formteil aufeinander zu bewegt werden. Das PV-Label kann zunächst mit einer ebenen ersten Geometrie hergestellt werden. Dieses ebene PV-Label kann dann in die geöffnete Form eingeführt und zwischen den beiden Formteilen angeordnet werden. Anschließend kann die Form geschlossen und die beiden Formteile aufeinander zu bewegt werden, wodurch das dazwischen liegende PV-Label angedrückt und zu einer nicht ebenen zweiten Geometrie verformt wird. Diese zweite Geometrie entspricht zumindest bis zu einem gewissen Grad der gekrümmten Geometrie des vorgesehenen PV-Panels. Vorzugsweise wird das PV-Label bei einem solchen Pressvorgang plastisch verformt. Dies kann vorzugsweise durch Erhitzen des PV-Labels auf die weiter oben angegebene hohe Temperatur erreicht werden. Insbesondere kann das PV-Label erwärmt werden, bevor es in die Form eingelegt und zwischen den beiden Formteilen angeordnet wird.In other words, the mold can consist of several mold parts that can be moved relative to each other. For example, the mold can be opened by moving a first mold part away from a second mold part and closed by moving the first and second mold parts towards each other. The PV label can initially be produced with a planar first geometry. This flat PV label can then be inserted into the opened mold and placed between the two mold parts. The mold can then be closed and the two mold parts can be moved towards one another, as a result of which the PV label lying between them is pressed and deformed into a non-planar second geometry. This second geometry corresponds at least to a certain extent to the curved geometry of the intended PV panel. The PV label is preferably plastically deformed during such a pressing process. This can preferably be achieved by heating the PV label to the high temperature indicated above. In particular, the PV label can be heated before it is placed in the mold and arranged between the two mold parts.
In einer Ausführungsform wird nach der plastischen Verformung des PV-Labels in die zweite Geometrie eine Grundierungsschicht auf die Rückseite des PV-Labels aufgebracht.In one embodiment, after the PV label has been plastically deformed into the second geometry, a primer layer is applied to the back of the PV label.
Wie weiter oben beschrieben, kann eine solche Primerschicht die Haftung zwischen dem PV-Label und der Trägerstruktur verbessern. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Primer nicht vor, sondern nach einer plastischen Verformung des PV-Labels in die gekrümmte zweite Geometrie aufzubringen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das PV-Label zunächst auf hohe Temperaturen zu erhitzen und plastisch zu verformen, um dann, nachdem das PV-Label wieder abgekühlt ist, die Primerschicht aufzubringen. Andernfalls könnte die Primerschicht während des Erhitzungs- und/oder Verformungsvorgangs beschädigt werden, so dass sie ihre haftungsfördernden Eigenschaften zumindest teilweise verliert. So sollte beispielsweise vermieden werden, die Grundierung vor dem Auftragen des wärmehärtenden Polymers auf hohe Temperaturen von beispielsweise mehr als 40 °C zu erhitzen, da die Grundierung bei solchen hohen Temperaturen aushärten und dadurch zumindest teilweise ihre haftungsfördernden Eigenschaften verlieren könnte.As described above, such a primer layer can improve the adhesion between the PV label and the carrier structure. It has proven advantageous not to apply the primer before but after a plastic deformation of the PV label into the curved second geometry. In particular, it has proven beneficial proven to first heat the PV label to high temperatures and plastically deform it, and then apply the primer layer after the PV label has cooled down again. Otherwise, the primer layer could be damaged during the heating and/or shaping process, so that it at least partially loses its adhesion-promoting properties. For example, one should avoid heating the primer to high temperatures, for example greater than 40°C, before applying the thermosetting polymer, since the primer could cure at such high temperatures and thereby lose at least some of its adhesion-promoting properties.
Gemäß einer Ausführungsform wird das photovoltaische Label so in der Form angeordnet und das formbare duroplastische Polymer so aufgetragen, dass die durch das duroplastische Polymer gebildete Trägerstruktur mit einer Hinterschneidungsstruktur in das photovoltaische Label eingreift.According to one embodiment, the photovoltaic label is arranged in the mold and the mouldable thermosetting polymer is applied in such a way that the support structure formed by the thermosetting polymer engages in the photovoltaic label with an undercut structure.
Mit anderen Worten: Das Formgebungsverfahren ist so angepasst, dass das duroplastische Polymer nicht nur auf die Rückseite des PV-Labels aufgebracht wird, sondern auch an Stellen, an denen es das PV-Label mit einer Unterschneidungsgeometrie berührt.In other words, the molding process is adapted so that the thermoset polymer is applied not only to the back of the PV label, but also to places where it touches the PV label with an undercut geometry.
Beispielsweise kann das wärmehärtende Polymer auch von der Rückseite des PV-Labels um einen umlaufenden Rand des PV-Labels fließen, so dass es zumindest einen kleinen Bereich der Vorderseite des PV-Labels entlang seines Randes bedeckt. Dementsprechend liegt das PV-Label zwischen dem Teil des Polymers an seiner Rückseite und dem Teil des Polymers an seiner Vorderseite an, so dass die positive Verbindung oder der Formschluss zwischen dem PV-Label und der durch das wärmehärtende Polymer gebildeten Trägerstruktur nach der Verfestigung erzeugt wird. Durch diesen Eingriff in eine Hinterschnittstruktur und den daraus resultierenden Formschluss wird das PV-Label sehr zuverlässig an der Trägerstruktur gehalten.For example, the thermosetting polymer can also flow from the back of the PV label around a peripheral edge of the PV label so that it covers at least a small area of the front of the PV label along its edge. Accordingly, the PV label abuts between the portion of the polymer at its rear and the portion of polymer at its front such that the positive bond or interlock is created between the PV label and the support structure formed by the thermosetting polymer after solidification. Through this intervention in an undercut structure and the resulting form fit, the PV label is held very reliably on the carrier structure.
In einer Ausführungsform umfasst das formbare wärmehärtende Polymer Verstärkungsfasern.In one embodiment, the moldable thermoset polymer includes reinforcing fibers.
Die Verstärkungsfasern können sich in der Masse und/oder entlang der Oberfläche der aus dem verfestigten duroplastischen Polymer gebildeten Trägerstruktur erstrecken. Sie können daher die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, die Belastbarkeit und den Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) verstärken. Ihr relativer Anteil kann so variiert werden, dass der WAK mit dem WAK des gesamten PV-Labels und/oder seiner einzelnen Schichten und/oder der Grundierung übereinstimmt. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich zum Beispiel um dünne Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kevlarfasern oder Ähnliches handeln. Die Verstärkungsfasern können als kurze Fasern mit einer Länge von z. B. weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,05 mm, und/oder als lange Fasern mit einer Länge von z. B. mehr als 0,001 mm, vorzugsweise mehr als 0,01 mm, bereitgestellt werden. Der Fasergehalt im duroplastischen Polymer kann in einem Bereich von 1 % bis 50 %, vorzugsweise in einem Bereich von 10 % bis 30 % liegen.The reinforcing fibers may extend within the bulk and/or along the surface of the support structure formed from the consolidated thermoset polymer. They can therefore increase the mechanical properties, in particular the strength, the resilience and the coefficient of thermal expansion (CTE). Their relative proportion can be varied so that the CTE matches the CTE of the entire PV label and/or its individual layers and/or the primer. The reinforcement fibers can be, for example, thin glass fibers, carbon fibers, Kevlar fibers or the like. The reinforcing fibers can be short fibers with a length of e.g. B. less than 0.1 mm, preferably less than 0.05 mm, and / or as long fibers with a length of z. B. more than 0.001 mm, preferably more than 0.01 mm can be provided. The fiber content in the thermosetting polymer can be in a range from 1% to 50%, preferably in a range from 10% to 30%.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Form eine Positionierungsvorrichtung, so dass das PV-Label nach dem Einlegen in die Form durch die Positionierungsvorrichtung in einer festen Position relativ zur Form gehalten wird.According to one embodiment, the mold comprises a positioning device, so that the PV label is held in a fixed position relative to the mold by the positioning device after it has been placed in the mold.
Wie weiter oben erwähnt, wird RIM üblicherweise für die Herstellung von Produkten verwendet, bei denen das gesamte Produkt homogen aus demselben Polymer besteht. Bei dem hier beschriebenen Ansatz kann RIM zwar für die Herstellung der Trägerstruktur verwendet werden, das gesamte Produkt soll jedoch die Trägerstruktur zusammen mit dem PV-Label umfassen. Dementsprechend muss das PV-Label während des Einspritzens des formbaren duroplastischen Polymers im Hohlraum der Form angeordnet werden. Da beim Einspritzen des Polymers das PV-Label verschoben wird, wird vorgeschlagen, die Form mit einer Positionierungsvorrichtung zu versehen, um das PV-Label in einer festen Position zu halten. Eine solche Positionierungsanordnung kann beispielsweise Stifte oder andere Strukturen umfassen, die in das innere Volumen des Hohlraums in der Form hineinragen, um das PV-Label lokal zu stützen oder an der vorgesehenen Position zu halten. Diese Positionierungsanordnung oder ihre vorstehenden Strukturen können so gestaltet sein, dass jede Bewegung des PV-Labels in mindestens einer Dimension, in mindestens zwei Dimensionen oder in allen drei Dimensionen eingeschränkt ist.As mentioned above, RIM is commonly used for the manufacture of products where the entire product is homogeneously composed of the same polymer. In the approach described here, while RIM can be used to manufacture the support structure, the entire product is intended to include the support structure along with the PV label. Accordingly, the PV label must be placed in the mold cavity during injection of the moldable thermoset polymer. Since the PV label is displaced during the injection of the polymer, it is proposed to provide the mold with a positioning device to keep the PV label in a fixed position. Such a positioning arrangement may include, for example, pins or other structures that protrude into the interior volume of the cavity in the mold to locally support or hold the PV label in place. This positioning arrangement or its protruding structures can be designed such that any movement of the PV label is restricted in at least one dimension, in at least two dimensions or in all three dimensions.
In einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur nach der Verfestigung des duroplastischen Polymers auf eine erhöhte Temperierungstemperatur erhitzt.In one embodiment, the support structure is heated to an elevated tempering temperature after the thermosetting polymer has solidified.
Nach der Verfestigung des wärmehärtenden Polymers hat dieses im Allgemeinen eine relativ niedrige Temperatur, beispielsweise die Umgebungstemperatur. Während das hergestellte PV-Panel in diesem Zustand bereits seine endgültige Geometrie und Struktur aufweist, kann es von Vorteil sein, zumindest die Trägerstruktur oder gegebenenfalls das gesamte PV-Panel vorübergehend auf eine höhere Temperatur zu erhitzen. Während dieser Erwärmung kann das PV-Panel zusammen mit seiner Trägerstruktur weich und verformbar werden. Daher kann es mit einer Vorrichtung fixiert werden, die keine Bewegung zulässt und eine dauerhafte Verformung oder Verbiegung des Teils verhindern soll. Ein solches Erwärmungsverfahren kann auch als Anlassen bezeichnet werden, und die erhöhte Temperatur wird als Anlasstemperatur bezeichnet. Die Anlasstemperatur kann von den Eigenschaften des duroplastischen Polymers abhängen und liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 60°C und 140°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 125°C. Durch eine solches abschließendes Tempern können die Materialeigenschaften des duroplastischen Polymers verändert werden, um beispielsweise eine höhere Temperaturbeständigkeit und/oder Steifigkeit zu erreichen. Die Tempertemperatur kann über einen Zeitraum von beispielsweise mehr als 60 Minuten, vorzugsweise mehr als 120 Minuten, gehalten werden.After the thermosetting polymer has solidified, it is generally at a relatively low temperature, for example ambient temperature. While the PV panel produced already has its final geometry and structure in this state, it can be advantageous to temporarily heat at least the support structure or possibly the entire PV panel to a higher temperature. During this heating, the PV panel, along with its support structure, can become soft and deformable. Therefore, it can be fixed with a device that does not allow movement and a permanent one To prevent deformation or bending of the part. Such a heating process can also be referred to as tempering, and the elevated temperature is referred to as the tempering temperature. The tempering temperature may depend on the properties of the thermoset polymer and typically ranges between 60°C and 140°C, preferably between 90°C and 125°C. The material properties of the duroplastic polymer can be changed by such a final tempering, in order to achieve higher temperature resistance and/or rigidity, for example. The tempering temperature can be maintained for a period of, for example, more than 60 minutes, preferably more than 120 minutes.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren ferner das Aufbringen einer Schutzschicht auf eine Außenfläche des Panels nach der Verfestigung des wärmehärtenden Polymers.According to one embodiment, the proposed method further comprises applying a protective layer to an outer surface of the panel after solidification of the thermosetting polymer.
Die Schutzschicht kann so gestaltet sein, dass sie das PV-Panel oder Teile seiner Oberfläche vor mechanischen, chemischen und/oder Strahlungseinflüssen schützt. So kann die Schutzschicht beispielsweise UV-Absorption bieten und zumindest Teile des PV-Panels vor UV-Strahlung schützen. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzschicht eine höhere Steifigkeit bieten, um zumindest Teile des PV-Panels vor Kratzern zu schützen. Die Schutzschicht kann zum Beispiel aus einem anorganischen oder organischen Material bestehen. Die Schutzschicht kann beispielsweise aus Materialien wie Polyurethan, Polyester oder PVC bestehen oder diese umfassen. Die Schutzschicht kann mit verschiedenen Techniken aufgebracht werden, z. B. durch Lackieren, Folieren, Bedampfen usw. Die Schutzschicht kann mit einer Dicke im Bereich von 0,01 mm - 0,2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,02 mm - 0,11 mm, aufgebracht werden.The protective layer can be designed in such a way that it protects the PV panel or parts of its surface from mechanical, chemical and/or radiation influences. For example, the protective layer can provide UV absorption and protect at least parts of the PV panel from UV radiation. Additionally or alternatively, the protective layer can offer greater rigidity in order to protect at least parts of the PV panel from scratches. The protective layer can consist of an inorganic or organic material, for example. The protective layer can consist of or comprise materials such as polyurethane, polyester or PVC, for example. The protective layer can be applied using various techniques, e.g. B. by painting, foiling, vaporizing, etc. The protective layer can be applied with a thickness in the range of 0.01 mm - 0.2 mm, preferably in the range of 0.02 mm - 0.11 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich vor dem Aufbringen der Schutzschicht das Aufbringen einer Grundierungsschicht auf die Außenfläche der Platte.According to a further embodiment, the method additionally comprises, before applying the protective layer, applying a primer layer to the outer surface of the panel.
Mit anderen Worten: Vor dem Aufbringen der Schutzschicht kann eine Primerschicht aufgetragen werden, um die Haftung der Schutzschicht an der Außenfläche der Platte zu erhöhen. Die Primerschicht kann ähnliche Eigenschaften aufweisen und in ähnlicher Weise aufgetragen werden, wie dies weiter oben für die Primerschicht zwischen dem PV-Label und dem Polymer der Trägerstruktur beschrieben wurde. Vor dem Auftragen der Primerschicht kann die freiliegende Oberfläche des PV-Labels und/oder die freiliegende Oberfläche der Trägerstruktur geschliffen oder geschliffen werden. Dadurch kann diese Oberfläche geglättet und/oder ihre optische Qualität verbessert werden, da z. B. Unebenheiten oder Rauheiten, die typischerweise zunächst auf der Oberfläche des PV-Labels oder der Trägerstruktur vorhanden sind, geglättet und/oder poliert werden können. Außerdem kann dadurch die Haftung des Primers verbessert werden. Optional kann auch die Oberfläche der Primerschicht geschliffen werden, um u.a. die Haftung der später darauf aufgebrachten Schutzschicht zu verbessern.In other words, before applying the protective layer, a primer layer can be applied to increase the adhesion of the protective layer to the outer surface of the panel. The primer layer can have similar properties and be applied in a similar manner as described above for the primer layer between the PV label and the polymer of the carrier structure. Before applying the primer layer, the exposed surface of the PV label and/or the exposed surface of the support structure can be sanded or sanded. As a result, this surface can be smoothed and/or its optical quality can be improved, since e.g. B. bumps or roughness that are typically initially present on the surface of the PV label or the support structure can be smoothed and / or polished. In addition, this can improve the adhesion of the primer. Optionally, the surface of the primer layer can also be sanded in order, among other things, to improve the adhesion of the protective layer applied later.
Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens können zur Herstellung eines PV-Panels gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendet werden. Dabei umfasst das PV-Panel das PV-Label und die Trägerstruktur aus dem verfestigten duroplastischen Polymer. Beide Komponenten können irreversibel miteinander verbunden sein, so dass das PV-Panel eine integrale Einheit bildet. Ein solches PV-Panel kann Eigenschaften aufweisen, die sich aus dem Herstellungsverfahren ergeben. Beispielsweise kann das PV-Label den Schichtstapel mit verschiedenen Polymer-Stabilisierungs- und Laminierungsfolien mit der dazwischen liegenden Solarzellenanordnung wie hier beschrieben umfassen. Darüber hinaus kann die Trägerstruktur Eigenschaften aufweisen, die typischerweise beim Formen der Trägerstruktur aus einem duroplastischen Polymer in einer Form und beim anschließenden Verfestigen des duroplastischen Polymers entstehen. Darüber hinaus kann das PV-Panel eine Grundierungsschicht aufweisen, die zwischen der Rückseite des PV-Labels und der Trägerstruktur angeordnet ist. Darüber hinaus kann das PV-Panel eine Schutzschicht auf einer Außenfläche des PV-Panels und optional eine Grundierungsschicht zwischen dieser Schutzschicht und der Außenfläche aufweisen.Embodiments of the method described here can be used to manufacture a PV panel according to the second aspect of the invention. The PV panel includes the PV label and the carrier structure made of the solidified duroplastic polymer. Both components can be irreversibly connected to each other so that the PV panel forms an integral unit. Such a PV panel can have properties that result from the manufacturing process. For example, the PV label may include the layer stack with various polymer stabilization and lamination films with the solar cell assembly in between as described herein. Additionally, the support structure may exhibit properties that typically result from molding the support structure from a thermoset polymer in a mold and then solidifying the thermoset polymer. In addition, the PV panel can have a primer layer that is arranged between the back of the PV label and the support structure. In addition, the PV panel may have a protective layer on an outer surface of the PV panel and optionally a primer layer between this protective layer and the outer surface.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hier teilweise in Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung eines PV-Panels und teilweise in Bezug auf ein mit einem solchen Verfahren herstellbares PV-Panel beschrieben werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale in geeigneter Weise von einer Ausführungsform auf eine andere übertragen werden können und Merkmale modifiziert, angepasst, kombiniert und/oder ersetzt werden können, usw., um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It is pointed out that possible features and advantages of embodiments of the invention are described here partly in relation to a method for producing a PV panel and partly in relation to a PV panel that can be produced using such a method. Those skilled in the art will recognize that features may be appropriately carried over from one embodiment to another, and features modified, adapted, combined and/or substituted, etc. to arrive at further embodiments of the invention.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Weder die Zeichnungen noch die Beschreibung dürfen jedoch als Einschränkung der Erfindung verstanden werden.
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1 zeigt eine reaktive Spritzgußvorrichtung bei der Herstellung eines PV-Panels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
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1 12 shows a reactive injection molding apparatus in the manufacture of a PV panel according to an embodiment of the present invention. -
Die Abbildungen sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Merkmale.The illustrations are only schematic and not true to scale. The same reference symbols refer to the same or similar features.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die RIM-Vorrichtung 101 umfasst eine Form 103 mit einem unteren Formteil 105 und einem oberen Formteil 107, die einen Hohlraum 109 einschließen. Der Hohlraum 109 hat die Form des herzustellenden PV-Panels. Diese Form umfasst gekrümmte Flächen.The
In der Kavität 109 umfasst das Werkzeug 103 eine Positionierungsanordnung 111, die einige vorstehende Strukturen, wie Stifte 113 enthält. Mit Hilfe einer solchen Positionierungsanordnung 111 kann ein PV-Label 3 während eines Spritzgußvorgangs präzise in der Kavität 109 angeordnet und in der vorgesehenen Position gehalten werden.In the
Die RIM-Vorrichtung 101 umfasst ferner einen Einleitungskanal 115, der in der Mitte des Hohlraums 109 mündet. Der Einleitungskanal 115 verbindet den Hohlraum 109 der Form 103 mit einem Mischer 117. Eine erste Fluidkomponente, die in einem ersten Reservoir 119 enthalten ist, kann über eine erste Dosiervorrichtung 121 in den Mischer 117 dosiert werden. Eine zweite Komponente, die in einem zweiten Reservoir 123 enthalten ist, kann über eine zweite Dosiervorrichtung 125 in den Mischer 117 dosiert werden. Im Mischer 117 werden die erste und die zweite Komponente gemischt, um ein niedrigviskoses, formbares, duroplastisches Polymer zu bilden, das dann in den Hohlraum 109 der Form 103 eingebracht werden kann. Optional kann während des Einspritzens des Polymers ein Unterdruck oder ein Vakuum in der Kavität 109 erzeugt werden. Überschüssige Luft und/oder Gase, die bei der Reaktion entstehen, können über die Entlüftungsöffnungen 127 aus dem Hohlraum 109 entweichen.The
Wie in der in den
Das PV-Label 3 umfasst eine vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie 5, eine vorderseitige Polymer-Laminierungsfolie 7, eine rückseitige Polymer-Laminierungsfolie 9 und eine rückseitige Polymer-Stabilisierungsfolie 11. Eine Solarzellenanordnung 13 mit mehreren starren Solarzellen auf Waferbasis 15 ist zwischen den vorderen und hinteren Polymer-Laminierfolien 7, 9 angeordnet, die ihrerseits zwischen den vorderen und hinteren Stabilisierungsfolien 5, 11 angeordnet sind. Der gesamte Stapel der Polymerfolien 5, 7, 9, 11 einschließlich der Solarzellenanordnung 13 wird zu dem PV-Label 3 laminiert. Zunächst wird dieses PV-Label 3 mit einer ersten ebenen Geometrie hergestellt (siehe
Anschließend wird das PV-Label 3 auf eine erhöhte Temperatur von z. B. 70 - 90°C erhitzt. Bei dieser erhöhten Temperatur werden die Polymerfolien 5, 7, 9, 11 zunehmend verformbar.Subsequently, the
In diesem erwärmten Zustand wird das PV-Label 3 zum ersten Mal in die Form 103 eingeführt. Darin kann das PV-Label 3 mit Hilfe der Positioniervorrichtung 111 fixiert werden. Insbesondere wird das PV-Label 3 zwischen dem unteren Formteil 105 und dem oberen Formteil 107 eingelegt und die beiden Formteile 105, 107 werden dann zusammengepresst. Dabei wird das PV-Label 3 zu einer gekrümmten zweiten Geometrie verformt. Diese zweite Geometrie entspricht zumindest grob einer Kontur des Hohlraums 109 der Form 103 und damit der Kontur des herzustellenden PV-Panels 1 (siehe
Anschließend wird eine erste Schicht 19 des Primers auf die Rückseite 4 des PV-Labels 3 aufgebracht (siehe
Dann wird das PV-Label 3 ein zweites Mal in die Form 103 eingeführt. Auch hier kann das PV-Label 3 mit Hilfe der Positioniervorrichtung 111 positioniert werden. Nachdem der untere und der obere Formteil 105, 107 der Form 103 geschlossen und das PV-Label 3 in der Kavität 109 angeordnet ist, wird ein formbares duroplastisches Polymer über den Einleitungskanal 115 in die Kavität 109 eingeleitet. Aufgrund seiner niedrigen Viskosität kann sich das wärmehärtende Polymer leicht im gesamten Hohlraum 109 ausbreiten, ohne übermäßig unter Druck gesetzt zu werden, und kann Teile der Rückseite 4 oder die gesamte Rückseite 4 des PV-Labels 3 bedecken. Das wärmehärtende Polymer kann sich dann verfestigen und dadurch die Trägerstruktur 17 bilden (siehe
Insbesondere der Hohlraum 109 der Form 103, die Form des PV-Labels 3 und die Art und Weise, wie das PV-Label 3 in der Form 103 angeordnet ist, können so gestaltet sein, dass zumindest ein kleiner Teil des duroplastischen Polymers um einen Rand 25 des PV-Labels 3 zur Vorderseite 6 des PV-Labels 3 fließen kann. Dadurch kann eine Hinterschnittstruktur 27 gebildet werden, die eine formschlüssige Verbindung zwischen dem PV-Label 3 und der Trägerstruktur 17 bildet. In particular, the
Das PV-Label 3 kann zum Beispiel entlang seines Randes 25 eine Stufenstruktur 29 aufweisen. Eine solche Stufenstruktur 29 kann sich beispielsweise aus der Verwendung einer rückseitigen Polymer-Stabilisierungsfolie 11 ergeben, die geringfügig größere Abmessungen als die vorderseitige Polymer-Stabilisierungsfolie 11 aufweist. Nachdem das wärmehärtende Polymer in geeigneter Weise im Hohlraum 109 der Form 103 gehalten wurde, kann es dann um den Rand 25 des PV-Labels 3 herumfließen und einen leeren Raum in der Stufenstruktur 29 so ausfüllen, dass das verfestigte Polymer schließlich die Hinterschnittstruktur 27 mit der Stufenstruktur 29 des PV-Labels bildet, während es eine bündige Oberfläche oder einen glatten Übergang zwischen einer Außenfläche der Trägerstruktur 17 und einer Außenfläche des PV-Labels 3 bildet.The
Alternativ kann der Rand 25 des PV-Labels auch mit einer schrägen, abgeschrägten oder abgeschrägten Kantengeometrie ausgebildet werden. Auch hier kann das Polymer um den Rand 25 herumfließen und die Hinterschnittstruktur 27 mit der Kantengeometrie des PV-Labels bilden.Alternatively, the
Nachdem das duroplastische Polymer so weit ausgehärtet ist, dass es mechanisch stabil und selbsttragend ist, wird das gesamte PV-Panel 1 einschließlich des PV-Labels 3 und der Trägerstruktur 17 aus der Form 103 entnommen.After the duroplastic polymer has hardened to such an extent that it is mechanically stable and self-supporting, the entire PV panel 1 including the
Anschließend wird das PV-Panel 1 und insbesondere seine Trägerstruktur 17 auf eine Anlasstemperatur von z.B. mehr als 100 °C oder sogar bis zu 125 °C erhitzt.Subsequently, the PV panel 1 and in particular its
Anschließend wird eine zweite Schicht 21 aus Grundierung auf die Vorderseite 6 des PV-Panels 1 aufgetragen. Diese zweite Schicht 21 kann in einem Bereich aufgetragen werden, der die freiliegende Oberfläche des PV-Labels 3 sowie eine Oberfläche eines Teils der Trägerstruktur 17 umfasst, die die hinterschnittene Struktur 27 bildet und das PV-Label 3 entlang seines Randes 25 an der Vorderseite 6 des PV-Labels 3 bedeckt.A
Auf diese zweite Schicht 21 des Primers wird dann eine Schutzschicht 23 aufgebracht, die als Schutz gegen UV-Strahlung und/oder als Schutz gegen Kratzer dient (siehe
Das so entstandene PV-Panel 1 kann speziell so gestaltet sein, dass es ein Karosserieteil bildet. Ein solches Karosserieteil hat im Allgemeinen eine dreidimensional gekrümmte Außenkontur. Mit dem hier beschriebenen Ansatz kann hocheffiziente Photovoltaik, einschließlich waferbasierter Solarzellen, einfach und zuverlässig in ein solches Karosserieblech integriert werden.The resulting PV panel 1 can be specially designed to form a body part. Such a body part generally has a three-dimensionally curved outer contour. With the approach described here, highly efficient photovoltaics, including wafer-based solar cells, can be easily and reliably integrated into such a body panel.
Schließlich ist zu beachten, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und das „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, kombiniert werden. Es sollte auch beachtet werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als Einschränkung des Umfangs der Ansprüche zu verstehen sind.Finally, it should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. Also, elements described in connection with different embodiments can be combined. It should also be noted that any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- PV-PanelPV panel
- 33
- PV-LabelPV label
- 44
- Rückseite des PV-PanelsBack side of the PV panel
- 55
- Vorderseite Polymer-StabilisierungsfolieFront polymer stabilization film
- 66
- Vorderseite des PV-PanelsFront of the PV panel
- 77
- Vorderseite Polymer-LaminierungsfolieFront side polymer lamination film
- 99
- Rückseite Polymer-LaminierungsfolieBack polymer lamination film
- 1111
- Rückseite Polymer-StabilisierungsfolieRear polymer stabilization film
- 1313
- Solarzellenanordnungsolar cell array
- 1515
- Solarzellesolar cell
- 1717
- Trägerstruktursupport structure
- 1919
- erste Primerschichtfirst coat of primer
- 2121
- zweite Primerschichtsecond coat of primer
- 2323
- Schutzschichtprotective layer
- 2525
- Rand des PV-Labelsedge of the PV label
- 2727
- Hinterschnittstrukturundercut structure
- 2929
- Stufenstruktur tiered structure
- 101101
- Vorrichtung zum Reaction Injection MouldingDevice for reaction injection molding
- 103103
- Formshape
- 105105
- unterer Formteillower molding
- 107107
- oberer Formteilupper molding
- 109109
- Kavitätcavity
- 111111
- Positioniereinrichtungpositioning device
- 113113
- StiftPen
- 115115
- Einleitungskanalinduction channel
- 117117
- Mischermixer
- 119119
- erster Vorratsbehälterfirst reservoir
- 121121
- erste Dosiereinrichtungfirst dosing device
- 123123
- zweiter Vorratsbehältersecond reservoir
- 125125
- zweite Dosiereinrichtungsecond dosing device
- 127127
- Entlüftungsöffnungvent hole
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2019/020718 A1 [0005]WO 2019/020718 A1 [0005]
- WO 2020/187792 A1 [0006, 0014]WO 2020/187792 A1 [0006, 0014]
- EP 2021/083775 [0007]EP 2021/083775 [0007]
- GB 2019566 [0007]GB2019566 [0007]
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024033403A1 (en) | 2022-08-11 | 2024-02-15 | Sono Motors Gmbh | Method for producing a photovoltaic panel for a vehicle body with a connector attached by overmolding |
| WO2024074645A1 (en) | 2022-10-07 | 2024-04-11 | Sono Motors Gmbh | Pv panel with injection moulded support structure for installation on a building |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2019566A (en) | 1978-04-19 | 1979-10-31 | Framatome Sa | Reference part especially for nondestructive testing by ultrasonic vibrations and a method for the fabrication of said part |
| DE10101770A1 (en) | 2001-01-17 | 2002-07-18 | Bayer Ag | Solar panel for electrical current generation has a front face made of a transparent polyurethane |
| US20080302409A1 (en) | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Solar Roofing Systems, Inc., | Solar roofing tile having an electrically exposed connector |
| EP2623314A1 (en) | 2012-02-06 | 2013-08-07 | Universiteit Twente | Encapsulated photovoltaic module |
| US20150053265A1 (en) | 2012-04-25 | 2015-02-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Photovoltaic solar module with a specific architecture |
| WO2019020718A1 (en) | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Sono Motors Gmbh | Vehicle body part and method for producing a vehicle body part |
| EP3712964A1 (en) | 2019-03-20 | 2020-09-23 | Sono Motors GmbH | Method for manufacturing of a photovoltaic module |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3737183A1 (en) * | 1987-11-03 | 1989-05-18 | Licentia Gmbh | Process for producing the frame of a terrestrial solar generator |
| US4830038A (en) * | 1988-01-20 | 1989-05-16 | Atlantic Richfield Company | Photovoltaic module |
| US5059254A (en) * | 1988-05-24 | 1991-10-22 | Asahi Glass Company Ltd. | Solar cell substrate and solar panel for automobile |
| EP2315693A1 (en) * | 2008-08-12 | 2011-05-04 | Webasto AG | Vehicle surface component having a solar cell arrangement |
| GB2596522A (en) * | 2020-06-24 | 2022-01-05 | Sono Motors Gmbh | Method for fabricating a photovoltaic module including laser cutting of a photovoltaic label |
-
2022
- 2022-01-27 DE DE102022101935.7A patent/DE102022101935A1/en active Pending
-
2023
- 2023-01-25 WO PCT/EP2023/051808 patent/WO2023144207A1/en unknown
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2019566A (en) | 1978-04-19 | 1979-10-31 | Framatome Sa | Reference part especially for nondestructive testing by ultrasonic vibrations and a method for the fabrication of said part |
| DE10101770A1 (en) | 2001-01-17 | 2002-07-18 | Bayer Ag | Solar panel for electrical current generation has a front face made of a transparent polyurethane |
| US20080302409A1 (en) | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Solar Roofing Systems, Inc., | Solar roofing tile having an electrically exposed connector |
| EP2623314A1 (en) | 2012-02-06 | 2013-08-07 | Universiteit Twente | Encapsulated photovoltaic module |
| US20150053265A1 (en) | 2012-04-25 | 2015-02-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Photovoltaic solar module with a specific architecture |
| WO2019020718A1 (en) | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Sono Motors Gmbh | Vehicle body part and method for producing a vehicle body part |
| EP3712964A1 (en) | 2019-03-20 | 2020-09-23 | Sono Motors GmbH | Method for manufacturing of a photovoltaic module |
| WO2020187792A1 (en) | 2019-03-20 | 2020-09-24 | Sono Motors Gmbh | Method for manufacturing of a photovoltaic module |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024033403A1 (en) | 2022-08-11 | 2024-02-15 | Sono Motors Gmbh | Method for producing a photovoltaic panel for a vehicle body with a connector attached by overmolding |
| WO2024074645A1 (en) | 2022-10-07 | 2024-04-11 | Sono Motors Gmbh | Pv panel with injection moulded support structure for installation on a building |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023144207A1 (en) | 2023-08-03 |
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