WO2012143006A1 - Solarmodul - Google Patents

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WO2012143006A1
WO2012143006A1 PCT/DE2012/100110 DE2012100110W WO2012143006A1 WO 2012143006 A1 WO2012143006 A1 WO 2012143006A1 DE 2012100110 W DE2012100110 W DE 2012100110W WO 2012143006 A1 WO2012143006 A1 WO 2012143006A1
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solar module
solar
profile element
module
solar cells
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Hans Thoma
Patrick Thoma
Wido FATH
Mirko FATH
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Fath Solar Group Holding Gmbh
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/10—Frame structures
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/60—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S2025/601—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules by bonding, e.g. by using adhesives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/30—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules using elongate rigid mounting elements extending substantially along the supporting surface, e.g. for covering buildings with solar heat collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a Solarnnodul.
  • Solar modules also referred to as “modules” are used to convert sunlight into electrical energy, whereby conventional solar modules have the following layer structure, starting with the side facing the sun: a covering layer of glass, a melting foil, solar cells, another Melt foil, one
  • Attachment to a support structure can be a the solar module
  • the invention is based on the object, a particularly
  • the solar module has a cover layer made of glass, a transparent melt film adjoining the cover layer, on which Melt foil subsequent solar cells, one to the solar cells
  • Profile element is fixed to the solar cell opposite side of the back side lamination by means of an adhesive layer.
  • the profile element - which is preferably made of aluminum or an aluminum alloy - projects beyond the lateral edge of the solar module with a certain supernatant. In this way, the edges of the module are protected from damage.
  • the supernatant can be 1 to 5 mm. This range of values for the supernatant has proved to be advantageous since, although it is large enough to ensure reliable edge protection, it is at the same time small enough not to have to excessively increase the distance between individual modules arranged side by side.
  • a plurality of profile elements on the side opposite the solar cells of the back side lamination is fixed by means of an adhesive layer, so that they surround the solar module like a frame.
  • the module is particularly torsionally rigid.
  • at least one profile element as a transverse strut can span the rear side of the solar module, ie the frame-like construction can be further reinforced by introducing further struts. In this way, the stability and snow reliability of the module can be further improved.
  • the cover layer is in areas corresponding to those areas in which the
  • Profile element is fixed by means of the adhesive layer on the back side lamination, provided with an opaque coating.
  • the adhesive layer can be effectively protected from sunlight, which increases the long-term stability and weather resistance of the module.
  • the opaque coating is a
  • Foil strip in particular a black foil strip, or a color, in particular a black color.
  • the back side lining has a melting film adjoining the solar cells and a glass adjoining the melting film.
  • This construction of the backside lamination is particularly temperature stable.
  • the module can be used up to a temperature of 135 ° C (continuous load) or 150 ° C (peak load).
  • the back side lining may have a potting compound, in particular a polyurethane potting compound (abbr .: PU), in which the solar cells are embedded.
  • a potting compound in particular a polyurethane potting compound (abbr .: PU)
  • PU polyurethane potting compound
  • the thickness of the cover layer can be reduced accordingly.
  • a reduction of the cover layer in turn increases the solar yield of the module.
  • the conventional thickness of the cover layer can be reduced to about 50%. This increases the yield by about 5% compared to conventional modules.
  • the conventional glass thickness can be reduced from 4-5 mm to about 2 mm.
  • the cooling of the solar module can be improved.
  • the temperature resistance of the solar module can be over 100 ° C. Consequently, a long-term, trouble-free operation in hot areas (Italy, Africa, etc.) is possible.
  • the cooling can be further improved by applying a metal plate, possibly with heat sinks, to the metal foil or an integration of passive and / or active cooling elements in the metal foil.
  • the solar module further comprises a junction box made of aluminum.
  • the design of the junction box as an aluminum component increases the weather resistance of the module and at the same time reduces the risk of fire.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the solar module
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the solar module in which the
  • Backside lamination consists of a potting compound.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the solar module 1.
  • Solar module 1 has a cover layer 2, a melt film 3, solar cells 4 and a back side lining 5.
  • the back cover 5 consists of a melt film 6 and a glass. 7
  • the cover layer 2 faces the sun.
  • the subsequent to the cover layer melt film 3 may be a film of ethylene vinyl acetate (EVA) or a silicone film. This film covers a layer of solar cells 4.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • silicone film This film covers a layer of solar cells 4.
  • melt film 6 is attached opposite side of the solar cell 4 .
  • This melt film may also be a film of EVA or a silicone film.
  • EVA EVA
  • silicone-based films When 3, 6 silicone-based films are used as the melt films, the temperature resistance increases in comparison with the use of EVA-based films.
  • the back of the solar module 1 forms a layer of glass 7. This serves to stabilize the module and has a higher temperature stability than conventional backsheets.
  • a profile element 8 is fixed by means of an adhesive layer 9 on the back of the glass 7.
  • the profile element 8 serves for fastening the solar module to a support structure.
  • the profile element 8 projects beyond the lateral edge of the solar module 1 with a projection A. In this way, the edge of the solar module 1 is effectively protected against damage.
  • the profile element 8 is mounted alone on the back of the glass 7. Another attachment,
  • a coating 10 is applied on the cover layer 2.
  • This coating 10 is made of opaque material and may be formed as a dark film strip or dark color.
  • the coating 10 is applied in those areas of the cover layer 2 that correspond to those areas in which the adhesive layer 9 is located. In this way, the adhesive layer 9 is protected from sunlight.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a solar module 101.
  • the solar module 101 shown in FIG. 2 like the solar module 1 from FIG. 1, has a cover layer 2, a melt foil 3, solar cells 4 and a
  • the solar module 101 of FIG. 2 differs from the solar module 1 of FIG. 1 only by a differently constructed
  • Backside lamination 5 formed by a potting compound 1 1, in which the solar cells 4 are embedded.
  • the profile element 8 is through the

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Abstract

Die Neuerung betrifft ein Solarmodul (1, 101) mit: - einer Deckschicht (2) aus Glas; - einer an der Deckschicht (2) anschließenden transparenten Schmelzfolie (3); - an der Schmelzfolie (3) anschließenden Solarzellen (4); - einer an die Solarzellen (4) anschließenden Rückseitenkaschierung (5); und - mindestens einem Profilelement (8) zur Befestigung des Solarelements (1, 101) an einer Tragkonstruktion, wobei das Profilelement (8) an der den Solarzellen (4) gegenüberliegenden Seite der Rückseitenkaschierung (5) mittels einer Klebeschicht (9) fixiert ist.

Description

Solarnnodul
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Solarnnodul.
Solarmodule, auch Photovoltaikmodule oder im Folgenden kurz„Module" genannt, dienen zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Herkömmliche Solarmodule weisen hierbei folgenden Schichtaufbau auf, beginnend mit der der Sonne zugewandten Seite: eine Deckschicht aus Glas, eine Schmelzfolie, Solarzellen, eine weitere Schmelzfolie, eine
Rückseitenfolie. Zur Fixierung der einzelnen Bestandteile und zur
Befestigung an einer Stützkonstruktion kann ein das Solarmodul
umfassender Rahmen vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders
witterungsbeständiges und/oder langzeittemperaturstabiles Solarmodul anzubieten.
Diese Aufgabe durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Solarmoduls sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im Weiteren wird die während des Betriebs der Sonne zugewandte Seite des Solarmoduls auch als„Vorderseite" bzw.„vorderseitig" und die der Sonne abgewandte Seite des Solarmoduls als„Rückseite" bzw.„rückseitig" bezeichnet. Erfindungsgemäß besitzt das Solarmodul eine Deckschicht aus Glas, eine an der Deckschicht anschließende transparente Schmelzfolie, an der Schmelzfolie anschließende Solarzellen, eine an die Solarzellen
anschließenden Rückseitenkaschierung und mindestens ein Profilelement zur Befestigung des Solarmoduls an einer Tragkonstruktion. Das
Profilelement ist an der den Solarzellen gegenüberliegenden Seite der Rückseitenkaschierung mittels einer Klebeschicht fixiert.
Durch das Verkleben des Profilelements an der Solarmodulrückseite entsteht eine flächige Verbindung zwischen Profilelement und Solarmodul, was zu einer verwindungssteifen Gesamtkonstruktion führt. Auf diese Weise wird die Stabilität des Moduls erhöht, was zu einer erhöhten Traglast und
Witterungsbeständigkeit führt. Insbesondere wird die Beständigkeit gegen Schneelasten und Sturm erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform überragt das Profilelement - welches bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist - den seitlichen Rand des Solarmoduls mit einem bestimmten Überstand. Auf diese Weise werden die Kanten des Moduls vor Beschädigungen geschützt.
Insbesondere kann der Überstand 1 bis 5 mm betragen. Dieser Wertebereich für den Überstand hat sich als vorteilhaft erwiesen, da dieser zwar groß genug ist, einen zuverlässigen Kantenschutz zu gewährleisten, zugleich jedoch klein genug ist, den Abstand zwischen einzelnen, nebeneinander angeordneten Modulen nicht übermäßig vergrößern zu müssen.
In vorteilhafter Weise ist eine Vielzahl von Profilelementen auf der den Solarzellen gegenüberliegenden Seite der Rückseitenkaschierung mittels einer Klebeschicht fixiert, sodass diese das Solarmodul rahmenartig umgeben. Auf diese Weise ist das Modul besonders verwindungssteif. Auch ist so ein wirksamer Schutz sämtlicher Modulkanten durch Profilelemente möglich. Um die Verwindungssteifigkeit des Moduls weiter zu erhöhen, kann zusätzlich mindestens ein Profilelement als Querstrebe die Rückseite des Solarmoduls überspannen, d.h. die rahmenartige Konstruktion kann zusätzlich durch Einbringen weiterer Verstrebungen weiter verstärkt werden. Auf diese Weise kann die Stabilität und die Schneelastsicherheit des Moduls weiter verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Deckschicht in Bereichen, die denjenigen Bereichen entsprechen, in denen das
Profilelement mittels der Klebeschicht an der Rückseitenkaschierung fixiert ist, mit einer lichtundurchlässigen Beschichtung versehen. Auf diese Weise kann die Klebeschicht wirksam vor Sonnenlicht geschützt werden, was die Langzeitstabilität und Witterungsbeständigkeit des Moduls erhöht. In bevorzugter Weise ist die lichtundurchlässige Beschichtung ein
Folienstreifen, insbesondere ein schwarzer Folienstreifen, oder eine Farbe, insbesondere eine schwarze Farbe.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückseitenkaschierung eine an die Solarzellen anschließende Schmelzfolie und ein an die Schmelzfolie anschließendes Glas auf. Dieser Aufbau der Rückseitenkaschierung ist besonders temperaturstabil. So kann das Modul bis zu einer Temperatur von 135°C (Dauerlast) bzw. 150°C (Spitzenlast) eingesetzt werden.
Des Weiteren kann die Rückseitenkaschierung eine Vergussmasse, insbesondere eine Vergussmasse aus Polyurethan (Abk.: PU), aufweisen, in der die Solarzellen eingebettet sind. Durch das Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse kann auf die herkömmlich rückseitig von den Solarzellen angeordnete Schmelzfolie und die Rückseitenfolie verzichtet werden.
Dadurch wird die Temperaturempfindlichkeit des Solarmoduls verringert. Die maximale Einsatztemperatur steigt entsprechend. Darüberhinaus erhöht die Vergussmasse die Stabilität des Solarmoduls. Dadurch kann die Dicke der Deckschicht entsprechend reduziert werden. Eine Reduktion der Deckschicht wiederum erhöht die solare Ausbeute des Moduls. Insbesondere kann die herkömmliche Dicke der Deckschicht auf etwa 50% reduziert werden. Damit erhöht sich die Ausbeute um ca. 5 % gegenüber herkömmlichen Modulen. Insbesondere kann die herkömmliche Glasstärke von 4-5 mm auf etwa 2 mm verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist rückseitig an der
Vergussmasse eine Metallfolie, insbesondere eine Stahlfolie, angeordnet. Diese Metallfolie bildet eine gut wärmeleitende Beschichtung der
Vergussmasse. Damit kann die Kühlung des Solarmoduls verbessert werden. Auf diese Weise kann die Temperaturbeständigkeit des Solarmoduls auf über 100°C werden. Folglich ist ein langjähriger, störungsfreier Betrieb auch in heißen Gegenden (Italien, Afrika usw.) möglich.
Die Kühlung kann des Weiteren durch Anlegen einer Metallplatte, ggf. mit Kühlkörpern, an die Metallfolie oder einer Integration von passiven und/oder aktiven Kühlelementen in die Metallfolie verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul ferner eine Anschlussdose aus Aluminium auf. Die Ausführung der Anschlussdose als Aluminiumbauteil erhöht die Witterungsbeständigkeit des Moduls und verringert zugleich die Brandgefahr.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungs- figuren weiter erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch und
ausschnittsweise,
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Solarmoduls; und Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Solarmoduls, bei der die
Rückseitenkaschierung aus einer Vergussmasse besteht.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Solarmoduls 1 . Das
Solarmodul 1 weist eine Deckschicht 2, eine Schmelzfolie 3, Solarzellen 4 sowie eine Rückseitenkaschierung 5 auf. Die Rückseitenkaschierung 5 besteht aus einer Schmelzfolie 6 und einem Glas 7.
Während des Betriebes des Solarmoduls 1 ist die Deckschicht 2 der Sonne zugewandt. Die an die Decksicht anschließende Schmelzfolie 3 kann eine Folie aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder eine Silikonfolie sein. Diese Folie bedeckt eine Schicht von Solarzellen 4. Auf der der Deckschicht 2
abgewandten Seite der Solarzellen 4 ist ebenfalls eine Schmelzfolie 6 angebracht. Diese Schmelzfolie kann ebenfalls eine Folie aus EVA oder eine Silikonfolie sein. Werden als Schmelzfolien 3, 6 Folien auf Silikonbasis verwendet, so erhöht sich die Temperaturbeständigkeit im Vergleich zur Verwendung von Folien auf EVA-Basis. Den rückseitigen Abschluss des Solarmoduls 1 bildet eine Schicht aus Glas 7. Diese dient zur Stabilisierung des Moduls und besitzt eine höhere Temperaturstabilität als herkömmliche Rückseitenfolien. Am seitlichen Rand des Solarmoduls 1 ist ein Profilelement 8 mittels einer Klebeschicht 9 an der Rückseite des Glases 7 fixiert. Das Profilelement 8 dient zur Befestigung des Solarmoduls an einer Tragkonstruktion. Das Profilelement 8 überragt den seitlichen Rand des Solarmoduls 1 mit einem Überstand A. Auf diese Weise ist die Kante des Solarmoduls 1 wirksam vor Beschädigungen geschützt. Das Profilelement 8 ist dabei allein auf der Rückseite des Glases 7 angebracht. Eine weitere Befestigung,
beispielsweise am seitlichen Rand oder auf der der Sonne zugewandten Seite des Solarmoduls 1 , kann dadurch entfallen. Auf der Deckschicht 2 ist eine Beschichtung 10 aufgebracht. Diese Beschichtung 10 besteht aus lichtundurchlässigem Material und kann als dunkler Folienstreifen oder dunkle Farbe ausgebildet sein. Die Beschichtung 10 ist in denjenigen Bereichen der Deckschicht 2 aufgebracht, die denjenigen Bereichen entsprechen, in den sich die Klebeschicht 9 befindet. Auf diese Weise wird die Klebeschicht 9 vor Sonneneinstrahlung geschützt.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Solarmoduls 101 . Das in Fig. 2 dargestellte Solarmodul 101 weist wie das Solarmodul 1 aus Fig. 1 eine Deckschicht 2, eine Schmelzfolie 3, Solarzellen 4 und ein
Profilelement 8, das mittels einer Klebeschicht 9 mit dem Solarmodul 1 verbunden ist, auf. Das Solarmodul 101 aus Fig. 2 unterscheidet sich von dem Solarmodul 1 aus Fig. 1 nur durch eine anders aufgebaute
Rückseitenkaschierung 5. Im Solarmodul 101 ist die
Rückseitenkaschierung 5 durch eine Vergussmasse 1 1 gebildet, in der die Solarzellen 4 eingebettet sind. Das Profilelement 8 ist durch die
Klebeschicht 9 an der der Schmelzfolie 3 abgewandten Seite der
Vergussmasse 1 1 fixiert. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Solarmodul
2 Deckschicht
3 Schmelzfolie
4 Solarzellen
5 Rückseitenkaschierung
6 Schmelzfolie
7 Glas
8 Profilelement
9 Klebeschicht
0 Beschichtung
1 Vergussmasse
A Überstand

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Solarmodul (1 , 101 ) mit:
- einer Deckschicht (2) aus Glas;
- einer an der Deckschicht (2) anschließenden transparenten
Schmelzfolie (3);
- an der Schmelzfolie (3) anschließenden Solarzellen (4);
- einer an die Solarzellen (4) anschließenden Rückseiten- kaschierung (5); und
- mindestens einem Profilelement (8) zur Befestigung des
Solarelements (1 , 101 ) an einer Trag konstruktion, wobei das Profilelement (8) an der den Solarzellen (4) gegenüberliegenden Seite der Rückseitenkaschierung (5) mittels einer Klebeschicht (9) fixiert ist.
2. Solarmodul (1 , 101 ) nach Anspruch 1 , wobei das Profilelement den
seitlichen Rand des Solarmoduls mit einem Überstand (A),
insbesondere mit einem Überstand (A) von 1 bis 5 mm, bevorzugt mit einem Überstand (A) von 1 bis 2 mm, überragt.
3. Solarmodul (1 , 101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Profilelementen (8) auf der den Solarzellen (4) gegenüberliegenden Seite der Rückseitenkaschierung (5) mittels einer Klebeschicht (9) fixiert sind, sodass diese das Solarmodul rahmenartig umgeben.
4. Solarmodul (1 , 101 ) nach Anspruch 3, wobei zusätzlich mindestens ein Profilelement (8) als Querstrebe die Rückseite des Solarmoduls (1 , 101 ) überspannt.
5. Solarmodul (1 , 101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (2) in Bereichen, die den Bereichen entsprechen, in denen das Profilelement (8) mittels der Klebeschicht (9) an der
Rückseitenkaschierung (5) fixiert ist, mit einer lichtundurchlässigen Beschichtung (10) versehen ist.
6. Solarmodul (1 , 101 ) nach Anspruch 5, wobei die lichtundurchlässige Beschichtung (10) ein Folienstreifen, insbesondere ein schwarzer Folienstreifen, oder eine Farbe, insbesondere eine schwarze Farbe, ist.
7. Solarmodul (1 , 101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profilelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
8. Solarmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückseitenkaschierung (5) eine an die Solarzellen (4) anschließende Schmelzfolie (6) und ein an die Schmelzfolie (6) anschließendes Glas (7) aufweist.
9. Solarmodul (101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die
Rückseitenkaschierung (5) eine Vergussmasse (1 1 ), insbesondere eine Vergussmasse (1 1 ) aus Polyurethan, aufweist, in der die Solarzellen (4) eingebettet sind.
10. Solarmodul (1 , 101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Solarmodul (1 , 101 ) ferner eine Anschlussdose aus Aluminium aufweist.
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