EP2513976A2 - Solarmodule mit verbesserten korrosionseigenschaften - Google Patents

Solarmodule mit verbesserten korrosionseigenschaften

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Publication number
EP2513976A2
EP2513976A2 EP10798309A EP10798309A EP2513976A2 EP 2513976 A2 EP2513976 A2 EP 2513976A2 EP 10798309 A EP10798309 A EP 10798309A EP 10798309 A EP10798309 A EP 10798309A EP 2513976 A2 EP2513976 A2 EP 2513976A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar module
module according
holes
film
weather
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10798309A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Nattermann
Urban Weber
Harry Engelmann
Peter Zachmann
Ingo Schwirtlich
Uwe Fliedner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP2513976A2 publication Critical patent/EP2513976A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/1055—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer
    • B32B17/10788—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer containing ethylene vinylacetate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H10F19/85—Protective back sheets
    • 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 present invention relates to solar modules which have an extended life due to the particular nature of at least one of their backsheets.
  • Solar modules can e.g. have a structure as shown in Figure 1. Accordingly, solar modules can comprise a windshield 2, an intermediate layer 4 and backsheets 3. At least two backsheets can be present as a laminate.
  • the intermediate layer 4 is usually composed of (one) embedding material layer (s) 5 and the solar cells 6.
  • the embedding material layers 5 may also be laminates, that is, consist of several individual layers.
  • the backsheets 3 usually connect to the intermediate layer 4.
  • the backsheets, as shown in FIG. 2, are composed, for example, of a weather-resistant film 7, an insulation film 8 and another weather-resistant film 9.
  • the solar modules according to the invention basically have a similar structure. They are characterized by a special nature of at least one backsheet, resulting in significantly advantageous properties.
  • Solar cells for the direct conversion of solar energy into electrical current should be included for mechanical protection, eg from hail, damage during assembly or maintenance, to protect against corrosive environmental influences and to achieve the required electrical safety.
  • the essential components for containment are a transparent windshield, embedding materials in which the solar cells are embedded or embedded, and which are transparent at least between the windshield and the solar cells, and a backsheet on the solar module backside.
  • the combination of windshield, embedding materials, solar cells, integrated components and backsheets as well as possibly a frame is called a solar module.
  • Transparent in the local context means that a material is permeable to electromagnetic radiation, which radiation has wavelengths that allow the electromagnetic radiation to be converted into electrical energy by means of the solar cells integrated in the solar modules.
  • Windscreens are usually made of sodium silicate glass with a thickness of several mm, so that the required load capacity can be achieved and the windscreen is suitable for increasing the mechanical strength.
  • Suitable embedding materials are polymeric materials, e.g. EVA (ethylene vinyl acetate), which is relatively inexpensive.
  • the embedding materials are usually used in the form of films having thicknesses of, for example, 0.4 to 0.8 mm.
  • EVA has several disadvantages as encapsulating material that affect the quality of the modules:
  • EVA contains as peroxide initiator a peroxide.
  • the peroxide that is not consumed during the lamination process can decompose the EVA and oxidize other components in the solar module.
  • thermo-oxidative oxidation by heat
  • photo-oxidative oxidation by UV radiation of sunlight
  • chemical processes for example due to said peroxide residues. It is assumed that the moisture in the film could also play a role in the chemical and photo-oxidative processes.
  • PVB polyvinyl butyral
  • the backsheets must fulfill several functions, in particular the electrical insulation of the solar cells against external influences, the protection of the solar cells from environmental influences and the mechanical protection of the solar cell.
  • Another requirement for backsheets made of polymer materials is created by the lamination process, since at the high laminating temperatures (with EVA this is usually 140 ° C and more) also soften the backsheets. This creates the risk of puncturing the backsheet (s) with the electrical wiring of the solar cells, resulting in a loss of electrical safety.
  • the film materials should therefore soften as little as possible at the temperatures mentioned.
  • the known backsheets have the disadvantage of representing high permeation barriers for the decay products present or produced in the solar modules.
  • US 5,447,576 describes a structure and method for the encapsulation of solar cells. It should be lowered, the thermally induced discoloration.
  • the embedded material such as EVA, is doped with so-called light stabilizers. An analysis of the mechanism of action of stabilizers shows that they act predominantly as selective absorbers and oxidants. The embedding material nevertheless splits off corrosive decomposition products that precipitate on the windscreen.
  • DE 698 19 157 T2 discloses an encapsulating material intended for solar modules in the form of an at least three-layer laminate of metallocene polyethylene and polyethylene copolymers, the outer thin layers of the laminate containing UV stabilizers against thermo-oxidative and photochemical decomposition.
  • These embedding materials are more expensive than e.g. EVA or PVB.
  • UV stabilizers even with such transparent polymer materials, under the influence of UV light, a certain amount of decomposition takes place over a longer period, also due to the presence of corrosive substances.
  • US 2008/185033 describes a solar module in which a reflective film is embedded to increase the solar efficiency between the embedding material and the backsheet.
  • This film may be permanently bonded to the backsheet in the form of a common laminate.
  • This reflecting film is completely impermeable to the fission products produced in the solar module.
  • the reflective film is perforated in certain areas. This perforation consists of 10 to 1000 holes per cm 2 with a diameter of 1 to 10 pm and is located only in certain, namely central areas under the solar cells.
  • the very small sized holes must be present in a very large number, as I said up to 1000 holes per cm 2 of the film.
  • the reflective (metallic) film is in close and extensive contact with the embedding material, for example EVA, which has a non-negligible electrical conductivity. This creates the risk of electrical short circuits or power-reducing Kriechêtn in the module.
  • the reflective film can only fulfill its function if it is not perforated in the region of the intermediate spaces. However, this is production-consuming, since the films generally shrink strongly anisotropically during lamination of the modules, and thus it becomes difficult to trim the films appropriately before laminating and to fit them precisely.
  • WO 05/035 243 A1 describes reverse side foils for solar modules, which consist of a laminate of a weatherproof PVF or PVDF film (polyvinylidene fluoride) and at least one further film.
  • This laminate has the disadvantage that it has a high permeation resistance for corrosive products in the solar modules.
  • WO 03/07 438 A1 discloses a rear side film provided for solar modules, which has a significantly higher melting temperature than the encapsulation materials, so that the risk of puncturing the film is reduced.
  • the film also consists of ionomer / nylon composites, Zn ionomers or Sorlyn® films.
  • the described backsheets like others known from the prior art, have the disadvantage that they have a high permeation resistance for corrosive decomposition products in the solar module.
  • the currently available embedding materials therefore lead to the search for methods of removing the corrosive decay products from the solar module.
  • the removal of corrosive substances through the front window is not possible.
  • the removal of corrosive decay products across the module edges is inefficient for large modules due to the long diffusion paths.
  • the removal of corrosive substances on the backsheet is an unsolved task today.
  • the present invention relates to a solar module comprising a windshield, an intermediate layer in which solar cells are embedded, and at least one backsheet, wherein at least one backsheet is perforated.
  • the holes of the perforation are circular and have a radius of at least 0.2 mm and at most 1 mm.
  • the solar module according to the invention has a sufficient carrying capacity, high thermal stability in addition to the reduced concentration of corrosive substances within the module. If a backside film laminate is present in the module, then at least one partial film is perforated.
  • the backsheet which has the largest diffusion barrier for corrosive decomposition products of the plastic materials used has holes.
  • the person skilled in the art will configure the hole accordingly, which allows a suitable shape deviating from the preferred embodiment.
  • the radius of the holes is at least 0.2 mm, so that a sufficiently large area is available for gas exchange.
  • the radius of the holes is more than 0.5 mm to prevent clogging, e.g. by dirt particles, to lessen.
  • a radius of the holes of 0.7 mm is further preferred according to the invention, whereby the penetration of dirt particles, for example up to the embedding material layers, can be reduced.
  • the radius of the holes is at most 1 mm, so that the strength of the film is maintained. Furthermore, this can compensate for unevenness on the back of the module, which are caused by used series connectors.
  • Series connectors are electrical connectors between the cells. They are usually made of tinned copper with a rectangular cross section.
  • a hole in at least one rear side foil of the solar module has an area of 0.1 mm 2 to 3.3 mm 2 , preferably 0.25 mm 2 to 3 mm 2 . If the hole has an area of 0.7 mm 2 to 1.6 mm 2 , which region is further preferred, on the one hand the corrosive decomposition products can escape from the solar module, on the other hand, clogging of the holes, for example by dirt, can be reduced. Such an embodiment is, as stated, more preferred.
  • the density of the holes in at least one rear-side film of the solar module is at least 0.02 cm 2 and at most 0.2 cm 2 .
  • the density of the holes is between 0.04 cm “2 and 0.1 cm “ 2 .
  • the holes are arranged substantially regularly and may be e.g. in rectangular or hexagonal arrangement.
  • the hexagonal arrangement is preferred because this embodiment has a higher tensile strength compared to the rectangular arrangement of the holes.
  • Figure 3 shows the principle.
  • the entire area of the backsheet which serves for the cover is provided with a corresponding arrangement of the holes, also called perforation.
  • the solar module according to the invention preferably has at least one weather-resistant film and an insulating film. Both types of films are backsheets. These backsheets can be arranged differently from each other. For example, two weather-resistant backsheets can each be arranged on one side of the insulating film.
  • the structure is "weather-compensated. Resistant film, insulation film, weather-resistant film "symmetrical, ie the weather-resistant films are arranged on one side of the insulating film and have the same thickness, as shown in Figure 2.
  • the weather-resistant film or both weather-resistant films according to the invention provided with holes and thus for corrosive substances, especially acetic acid, are permeable.
  • the preferred thicknesses of the weather-resistant films are between 10 and 00 ⁇ m, and as a result have a small diffusion barrier for corrosive substances.
  • the density of the holes per cm 2 of the film may be in the preferred range according to the invention. The same applies to the area of the holes. The smaller these two values can be maintained, the better the tear strength of the films, which is considered to be advantageous.
  • the solar module according to the invention has a perforated insulating film, so that the diffusion barrier for corrosive substances can be further reduced. If, in addition, at least one weather-resistant film is provided with holes, the diffusion barrier can additionally be reduced even further.
  • the corrosive acetic acid in particular should escape from the solar module.
  • the outermost weather-resistant film is imperforate. So the penetration of dirt particles can be excellent prevented.
  • At least one backsheet is perforated. It is further preferred that the front screen of the solar module is not perforated. In one embodiment, the intermediate layer is not perforated. In a particularly preferred embodiment, the backsheet is the only perforated layer in the solar module. Perforated should mean that the respective Layer has a plurality of holes.
  • a layer has only a single hole in order to produce electrical contact, for example, this is not regarded as "perforated.”
  • Perforated layers ie layers with many small holes, also have individual larger holes, eg for module mounting or contact feedthrough
  • the solar cells in the solar module are also preferably not perforated, because this would impair the efficiency of the module are not perforated, does not exclude, as mentioned above, that the solar cells nevertheless have individual holes for electrical feedthroughs, as may be the case in back-contacted solar cells.
  • a special embodiment of the present invention is when the insulating film 8 is provided with holes and preferably consists of PET.
  • the solar cell 6 is embedded in EVA and the windscreen 2 is made of glass.
  • Figure 4 shows the principle.
  • the weather-resistant film, which preferably consists of PVF has a thickness of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the insulating film, which preferably consists of PET has a thickness of 50 pm to 1000 pm.
  • the PET film is preferably thicker than 300 ⁇ m, with thicknesses in the range from 300 ⁇ m to 350 ⁇ m being suitable. Areas for, for example, suitable thicknesses of the PET films are from 50 ⁇ m to 350 ⁇ m, 100 ⁇ m to 300 ⁇ m, also 50 ⁇ m to 300 ⁇ m or 100 ⁇ m to 350 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows the principle.
  • the backsheets sen circular holes as perforations whose radius a is large enough to allow the corrosive substances such as acetic acid to escape.
  • R represents the area of influence of the hole, ie, the corrosive substances surrounding a circular area of radius R diffuse in the direction of the hole.
  • Figure 6 illustrates the principle of a further preferred embodiment of a solar module according to the invention, wherein a weather-resistant film 7 and the insulating film 8 are provided with holes on the backsheets.
  • the outer weather-resistant film 9 is imperforate.
  • the intermediate layer 4 adjoins the backsheet films and the front pane 2 is attached thereto.
  • the subsequent intermediate layer consists of conventional embedding materials (ethylene-vinyl acetate, polyvinyl butyral), in which the solar cells are embedded with series connection and string connectors.
  • a string connector connects the individual strings within the module and is usually made of tinned copper with a rectangular cross section.
  • the total thickness of the embedding material layer (5) is between 500 pm and 2000 pm.
  • the backsheets (3) are formed as a laminate and consist of a weather-resistant film (7) of polyvinyl fluoride, an insulating film (8) made of polyethylene terephthalate (PET) and another weather-resistant film (9) made of polyvinyl fluoride (PVF).
  • the final film (9) of polyvinyl fluoride has a thickness of 20 to 50 pm.
  • the insulating film of polyethylene terephthalate has a thickness in the range between 150 pm and 300 pm.
  • the polyethylene terephthalate film is provided with holes which are circular and have a radius of 0.5 mm. The distance between two circular holes is 2 cm. The holes are hexagonal, as exemplified in Figure 3. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Solarmodule (1) umfassend eine Frontscheibe (2), eine Zwischenschicht (4), in welche Solarzellen (6) eingebettet sind, und mindestens eine Rückseitenfolie (3). Diese Solarmodule weisen, aufgrund der besonderen Beschaffenheit mindestens einer Rückseitenfolie, eine längere Lebensdauer auf. Des Weiteren haben die Solarmodule den Vorteil, dass sie kosteneffizient und einfach herstellbar sind.

Description

Solarmodule
mit verbesserten Korrosionseigenschaften
Die vorliegende Erfindung betrifft Solarmodule, die aufgrund der besonderen Beschaffenheit von mindestens einer ihrer Rückseitenfolien eine verlängerte Lebensdauer aufweisen.
Solarmodule können z.B. einen Aufbau gemäß Abbildung 1 haben. Demnach können Solarmodule eine Frontscheibe 2, eine Zwischenschicht 4 und Rücksei- tenfolien 3 umfassen. Mindestens zwei Rückseitenfolien können als Laminat vorliegen.
Die Zwischenschicht 4 setzt sich wie in Abbildung 2 gezeigt meist aus (einer) Einbettungsmaterialschicht(en) 5 sowie den Solarzellen 6 zusammen. Die Ein- bettungsmaterialschichten 5 können auch Laminate sein, also aus mehreren Einzelschichten bestehen. Die Rückseitenfolien 3 schließen üblicherweise an die Zwischenschicht 4 an. Die Rückseitenfolien setzen sich, wie in Abbildung 2 gezeigt, beispielsweise aus einer witterungsbeständigen Folie 7, einer Isolationsfolie 8 und einer weiteren witterungsbeständigen Folie 9 zusammen.
Die erfindungsgemäßen Solarmodule weisen grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau auf. Sie zeichnen sich durch eine besondere Beschaffenheit von mindestens einer Rückseitenfolie aus, was zu erheblich vorteilhaften Eigenschaften führt.
Solarzellen zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom sollten zum mechanischen Schutz, z.B. vor Hagel, Beschädigungen bei der Montage oder Wartung, zum Schutz vor korrosiven Umgebungseinflüssen sowie zum Erzielen der erforderlichen elektrischen Sicherheit, eingeschlossen werden. Die wesentlichen Komponenten für das Einschließen (auch Einkapseln) sind eine transparente Frontscheibe, Einbettungsmaterialien, in welche die Solarzellen eingebettet oder eingegossen sind, und die zumindest zwischen der Frontscheibe und den Solarzellen transparent sind, und eine Rückseitenfolie auf der Solarmodulrückseite. Der Verbund aus Frontscheibe, Einbettungsmaterialien, Solarzellen, integrierten Komponenten und Rückseitenfolien sowie ggf. einem Rahmen wird als Solarmodul bezeichnet. Transparent im hiesigen Kontext bedeutet, dass ein Material durchlässig für elektromagnetische Strahlung ist, wobei diese Strahlung Wellenlängen aufweist, die es zulassen, dass die elektromagnetische Strahlung mittels den in die Solarmodule integrierten Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Frontscheiben bestehen üblicherweise aus Natronsilikatgläsern mit einer Dicke von mehreren mm, so dass die erforderliche Tragfähigkeit erzielt werden kann und die Frontscheibe zum Erhöhen der mechanischen Festigkeit geeignet ist.
Als Einbettungsmaterialien eignen sich Polymermaterialien, wie z.B. EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat), das relativ preiswert ist. Die Einbettungsmaterialien werden üblicherweise in Form von Folien mit Dicken von beispielsweise 0,4 bis 0,8 mm verwendet. EVA hat als Einkapselungsmaterial allerdings mehrere Nachteile, die sich auf die Qualität der Module auswirken:
- EVA enthält als Vernetzungsstarter ein Peroxid. Das beim Laminierprozess nicht verbrauchte Peroxid kann das EVA zersetzen und andere Komponenten im Solarmodul oxidieren.
- EVA bildet bei den relativ hohen Verarbeitungstemperaturen (Laminiertemperaturen bis 150°C) Essigsäure und Acetate, die andere Komponenten, beispielsweise metallische Komponenten, im Solarmodul korrodieren können.
- EVA setzt des Weiteren während des Betriebs der Solarmodule korrosive Zerfallsprodukte frei. Ursache hierfür können thermo-oxidative (Oxidation durch Wärme), photo-oxidative (Oxidation durch UV-Strahlung des Sonnenlichtes) und chemische Prozesse, beispielsweise bedingt durch besagte Peroxid-Rückstände, sein. Dabei wird vermutet, dass bei den chemischen und photo-oxidativen Prozessen auch die in der Folie befindliche Feuchtigkeit eine Rolle spielen könnte.
Im Vergleich zum Einbettungsmaterial EVA können ähnliche negative Effekte in anderen transparenten Einbettungsmaterialien für Solarmodule, wie z.B. PVB (Polyvinyl-Butyral), auftreten.
Es sind viele Typen von Rückseitenfolien bekannt, wie beispielsweise TPT®- Laminate (Tedlar-PET-Tedlar, Tedlar = Polyvinylfluorid (PVF); PET = Polyethylentetraphthalat) und TAP® - Laminate (Tedlar-Aluminium-PET). Die Rückseitenfolien müssen mehrere Funktionen erfüllen, insbesondere die elektrische Isolierung der Solarzellen gegen äußere Einflüsse, den Schutz der Solarzellen vor Umwelteinflüssen sowie den mechanischen Schutz der Solarzelle. Eine weitere Anforderung an Rückseitenfolien aus Polymermaterialien entsteht durch den Laminierprozess, da bei den hohen Laminiertemperaturen (bei EVA beträgt diese in der Regel 140°C und mehr) auch die Rückseitenfolien erweichen. Dadurch entsteht die Gefahr eines Durchstechens der Rückseitenfolie(n) mit den elektrischen Verdrahtungen der Solarzellen, was zu einem Verlust der elektrischen Sicherheit führt. Die Folienmaterialien sollten also auch bei den besagten Temperaturen möglichst wenig erweichen.
Die bekannten Rückseitenfolien haben den Nachteil, hohe Permeationsbarrieren für die in den Solarmodulen vorhandenen bzw. entstehenden Zerfallsprodukte darzustellen. ln der Vergangenheit sind viele Versuche unternommen worden, die Konzentration von korrosiven Substanzen in Solarmodulen zu vermindern. US 5,447,576 beschreibt einen Aufbau und ein Verfahren für die Einkapselung von Solarzellen. Es soll die thermisch bedingte Verfärbung herabgesetzt werden. Das Ein- bettungsmaterial, wie z.B. EVA, wird mit sogenannten Lichtstabilisatoren dotiert. Eine Analyse der Wirkungsmechanismen von Stabilisatoren zeigt, dass diese überwiegend als selektive Absorber und Oxidanten wirken. Das Einbettungsma- terial spaltet dennoch korrosive Zerfallsprodukte ab, die sich an der Frontscheibe niederschlagen.
DE 698 19 157 T2 offenbart ein für Solarmodule vorgesehenes Einkapselungs- material in Form eines wenigstens dreischichtigen Laminats aus Metallocen- Polyethylen und Polyethylen-Copolymeren, wobei die äußeren dünnen Schichten des Laminats UV-Stabilisatoren gegen thermo-oxidativen und photo- oxidativen Zerfall enthalten. Diese Einbettungsmaterialien sind teurer als z.B. EVA oder PVB. Trotz der Verwendung von UV-Stabilisatoren findet auch bei solchen durchsichtigen Polymermaterialien unter dem Einfiuss von UV-Licht über längere Zeit eine gewisse Zersetzung statt, auch bedingt durch die Anwesenheit korrodierender Substanzen.
US 2008/185033 beschreibt ein Solarmodul, in dem zur Erhöhung des solaren Wirkungsgrads zwischen Einbettungsmaterial und der Rückseitenfolie eine reflektierende Folie eingebettet ist. Diese Folie kann in der Form eines gemeinsamen Laminats mit der Rückseitenfolie dauerhaft verbunden sein. Diese reflek- tierende Folie ist für die im Solarmodul entstehenden Spaltprodukte vollständig undurchlässig. Um die entstehenden Spaltprodukte entfernen zu können, wird die reflektierende Folie in bestimmten Flächenbereichen perforiert. Diese Perforation besteht aus 10 bis 1000 Löchern pro cm2 mit einem Durchmesser von 1 bis 10 pm und befindet sich nur in bestimmten, nämlich zentralen Bereichen unter den Solarzellen. Diese Soiarmodule weisen wesentliche Nachteile auf. Die angegebenen Lochdurchmesser und -dichten lassen sich nur für sehr dünne Folien technisch verwirklichen. Derartig kleine Löchere im m-Bereich sind störanfällig, mindern die Festigkeit und Steifigkeit der Folie, und führen zu einer verminderten mechanischen Stabilität des gesamten Solarmoduls. Zudem müs- sen die sehr klein ausgestalteten Löcher in einer sehr großen Anzahl vorliegen, wie gesagt zu bis zu 1000 Löchern pro cm2 der Folie. Zudem befindet sich die reflektierende (metallische) Folie im engen und großflächigen Kontakt zum Einbettungsmaterial, beispielsweise EVA, welches eine nicht vernachlässigbare elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dadurch entsteht die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen oder von leistungsmindernden Kriechschlüssen im Modul. Ferner kann die reflektierende Folie ihre Funktion nur dann erfüllen, wenn sie im Bereich der Zwischenräume nicht perforiert ist. Dies ist jedoch fertigungstechnisch aufwändig, da die Folien beim Laminieren der Module üblicher Weise stark anisotrop schrumpfen, und es somit schwierig wird, die Folien vor dem Laminie- ren entsprechend zurechtzuschneiden und genau einzupassen.
WO 05/035 243 A1 beschreibt Rückseitenfolien für Solarmodule, die aus einem Laminat aus einer witterungsfesten PVF- oder PVDF-Folie (Polyvinyliden- Fluorid) und wenigstens einer weiteren Folie bestehen. Dieses Laminat hat den Nachteil, dass es einen hohen Permeationswiderstand für korrosive Produkte in den Solarmodulen aufweist.
WO 03/ 07 438 A1 offenbart eine für Solarmodule vorgesehene Rückseitenfolie, die eine deutlich höhere Schmelztemperatur als die Einkapselungsmaterialien aufweist, so dass das Risiko eines Durchstechens der Folie vermindert wird. Die Folie besteht des Weiteren aus lonomer/Nylon-Kompositen, Zn-Ionomeren oder Sorlyn®-Folien. Die beschriebenen Rückseitenfolien haben, wie andere aus dem Stand der Technik bekannte, den Nachteil, dass sie einen hohen Permeationswiderstand für korrosive Zerfallsprodukte in dem Solarmodul auf- weisen. Die derzeit verfügbaren Einbettungsmaterialien führen daher zur Suche nach Methoden zur Entfernung der korrosiven Zerfallsprodukte aus dem Solarmodul. Das Entfernen der korrosiven Substanzen durch die Frontscheibe hindurch ist nicht möglich. Das Entfernen der korrosiven Zerfallsprodukte über die Modulränder ist bei großen Modulen durch die langen Diffusionswege ineffizient. Das Entfernen der korrosiven Substanzen über die Rückseitenfolie ist bei heute eine ungelöste Aufgabe.
Es besteht demnach ein hoher Bedarf an Solarmodulen, in welchen die Konzentration von korrosiven Substanzen vermindert ist. Korrosionsfördernde Sub- stanzen sollen entweichen können, wobei die dazu notwendigen technischen Maßnahmen einfach und ökonomisch umsetzbar sein sollen. Es sollten also Solarmodule zur Verfügung stehen, die einerseits kosteneffizient und einfach herstellbar sind, und die zudem eine längere Lebensdauer haben. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung überraschenderweise gelungen, diese Aufgabe zu lösen. Die Rückseitenfolie(n) kann/können korrosive Substanzen aus den Solarmodulen entweichen lassen und sind unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Ferner ist ein mechanischer Schutz gewährleistet. Die Schmelztemperatur der Folienausgangsmaterialien ist für den Laminierprozess geeignet. Alle erfindungsgemäß vorteilhaften Eigenschaften können durch kostengünstige Maßnahmen erzielt werden, somit ist ein erfindungsgemäßes Solarmodul einfach und kostengünstig herstellbar, bei verlängerter Lebensdauer.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul, umfassend eine Frontscheibe, eine Zwischenschicht, in welche Solarzellen eingebettet sind, und mindestens eine Rückseitenfolie, wobei mindestens eine Rückseitenfolie perforiert ist. Vorzugsweise sind die Löcher der Perforation kreisförmig und weisen einen Radius von mindestens 0,2 mm und höchstens 1 mm auf. Das erfindungsgemäße Solarmodul hat eine ausreichende Tragfähigkeit, hohe thermische Stabilität neben der verminderten Konzentration an korrosiven Substanzen innerhalb des Moduls. Liegt in dem Modul ein Rückseitenfolienlaminat vor, so ist mindestens eine Teilfolie perforiert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn diejenige Rückseitenfolie, welche die größte Diffusionsbarriere für korrosive Zerfallsprodukte der verwendeten Kunststoffmaterialien aufweist, Löcher aufweist. Der Fachmann wird je nach Gegebenheit das Loch entsprechend ausgestalten, was eine geeignete Form abweichend von der bevorzugten Ausführungsform erlaubt.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Radius der Löcher mindestens 0,2 mm beträgt, so dass eine ausreichend große Fläche für den Gasaustausch bereitsteht. Bevorzugt beträgt der Radius der Löcher mehr als 0,5 mm, um ein Verstopfen, z.B. durch Schmutzpartikel, zu vermindern. Ein Radius der Löcher von 0,7 mm ist erfindungsgemäß weiter bevorzugt, wodurch sich das Durchdringen von Schmutzpartikeln, beispielsweise bis hin zu den Einbettungsmaterialschichten, vermindern lässt.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Radius der Löcher höchstens 1 mm beträgt, so dass die Festigkeit der Folie erhalten bleibt. Ferner lassen sich dadurch Unebenheiten auf der Modulrückseite, die durch verwendete Serienverbinder verursacht werden, ausgleichen. Serienverbinder sind elektrische Ver- binder zwischen den Zellen. Sie bestehen in der Regel aus verzinntem Kupfer mit rechteckigem Querschnitt.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein Loch in mindestens einer Rückseitenfolie des Solarmoduls eine Fläche von 0,1 mm2 bis 3,3 mm2, vorzugsweise 0,25 mm2 bis 3 mm2, aufweist. Sofern das Loch eine Fläche von 0,7 mm2 bis 1 ,6 mm2 aufweist, welcher Bereich weiter bevorzugt ist, können einerseits die korrosiven Zerfallsprodukte aus dem Solarmodul entweichen, andererseits kann ein Verstopfen der Löcher, z.B. durch Schmutz, vermindert werden. Eine solche Ausführungsform ist, wie gesagt, weiter bevorzugt.
Es ist erfindungsgemäß auch bevorzugt, dass die Dichte der Löcher in mindestens einer Rückseitenfolie des Solarmoduls mindestens 0,02 cm"2 und höchstens 0,2 cm"2 beträgt. Bevorzugt ist die Dichte der Löcher zwischen 0,04 cm"2 und 0,1 cm"2. Es können einerseits korrosive Zerfallsprodukte aus dem Solar- modul entweichen und andererseits kann die Verstopfung der Löcher vermindert werden.
Die Löcher sind im Wesentlichen regelmäßig angeordnet und können z.B. in rechteckiger oder hexagonaler Anordnung vorliegen. Die Hexagonalanordnung wird bevorzugt, da diese Ausführungsform im Vergleich zur Rechteckanordnung der Löcher eine höhere Reißfestigkeit aufweist. Zudem kann auch bei einer geringeren Lochdichte dieselbe Permeationswirkung im Hinblick auf das Entweichen von korrosiven Substanzen erreicht werden. Abbildung 3 zeigt das Prinzip.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der gesamte Bereich der Rückseitenfolie, der der Abdeckung dient, mit einer entsprechenden Anordnung der Löcher, auch Perforation genannt, versehen. Das erfindungsgemäße Solarmodul weist bevorzugt mindestens eine witterungsbeständige Folie und eine Isolationsfolie auf. Beide Arten von Folien sind Rückseitenfolien. Diese Rückseitenfolien können zueinander unterschiedlich angeordnet sein. Beispielsweise können zwei witterungsbeständige Rückseitenfolien jeweils auf einer Seite der Isolationsfolie angeordnet sein. In einer erfin- dungsgemäß weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Aufbau„witterungs- beständige Folie, Isolationsfolie, witterungsbeständige Folie" symmetrisch, d.h. die witterungsbeständigen Folien sind auf jeweils einer Seite der Isolationsfolie angeordnet und weisen dabei die gleiche Dicke auf, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die witterungsbeständige Folie oder beide witterungsbeständigen Folien erfindungsgemäß mit Löchern versehen und damit für korrosive Substanzen, insbesondere Essigsäure, durchlässig sind. Die bevorzugten Dicken der witterungsbeständigen Folien liegen zwischen 10 bis 00 μιτΊ- und weisen dadurch an sich eine geringe Diffusionsbarriere für korrosive Substanzen auf. Somit kann die Dichte der Löcher pro cm2 der Folie im erfindungsgemäß bevorzugten Bereich liegen. Gleiches gilt für die Fläche der Löcher. Je kleiner diese beiden Werte gehalten werden können, umso besser ist die Reißfestigkeit der Folien, was als vorteilhaft zu bewerten ist.
Es ist auch bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Solarmodul eine mit Löchern versehene Isolationsfolie aufweist, so dass die Diffusionsbarriere für korrosive Substanzen weiter herabgesetzt werden kann. Sofern zusätzlich mindestens eine witterungsbeständige Folie mit Löchern versehen ist, kann die Diffusionsbarriere zusätzlich noch weiter verringert werden. Im Sinne der Erfindung soll insbesondere die korrodierend wirkende Essigsäure aus dem Solarmodul entweichen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die äußerste witterungsbeständige Folie unperforiert. So kann dem Eindringen von Schmutzpartikeln hervorragend vorgebeugt werden kann.
Erfindungsgemäß ist also wenigstens eine Rückseitenfolie perforiert. Es ist ferner bevorzugt, dass die Frontscheibe des Solarmoduls nicht perforiert ist. In einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht nicht perforiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rückseitenfolie die einzige perforier- te Schicht im Solarmodul. Perforiert soll dabei bedeuten, dass die jeweilige Schicht eine Vielzahl von Löchern aufweist. Sofern eine Schicht beispielsweise nur ein einzelnes Loch aufweist, um z.B. einen elektrischen Kontakt herzustellen, wird dies nicht als„perforiert" betrachtet. Gleiches gilt für Ausführungsformen, in denen das Solarmodul durchgängige Löcher z.B. zum Durchführen von Schrauben aufweist. Allerdings können erfindungsgemäße Module natürlich neben perforierten Schichten, also Schichten mit vielen kleinen Löchern, auch einzelne größere Löcher z.B. zur Modulbefestigung oder Kontaktdurchführung aufweisen. Es liegt auf der Hand, dass auch die Solarzellen im Solarmodul vorzugsweise nicht perforiert sind, weil dies die Effizienz des Moduls beeinträchtigen würde. Dass die Solarzellen nicht perforiert sind, schließt wie oben erwähnt nicht aus, dass die Solarzellen gleichwohl einzelne Löcher für elektrische Durchführungen aufweisen, wie dies etwa in Rückseiten-kontaktierten Solarzellen der Fall sein kann.
Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn die Isolationsfolie 8 mit Löchern versehen ist und bevorzugt aus PET besteht. Es besteht vorzugsweise mindestens eine witterungsbeständige Folie der Rücksei- tenfolie des Solarmoduls aus PVF. Die Solarzelle 6 ist in EVA eingebettet und die Frontscheibe 2 besteht aus Glas. Abbildung 4 zeigt das Prinzip. Die witterungsbeständige Folie, die bevorzugt aus PVF besteht, weist eine Dicke von 10 pm bis 100 pm auf. Die Isolationsfolie, die bevorzugt aus PET besteht, weist eine Dicke von 50 pm bis 1000 pm auf. Bevorzugt ist die PET-Folie dicker als 300 pm, wobei Dicken im Bereich von 300 pm bis 350 pm geeignet sind. Bereiche für beispielsweise geeignete Dicken der PET-Folien sind von 50 pm bis 350 pm, 100 pm bis 300 pm, auch 50 pm bis 300 pm oder 100 pm bis 350 pm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Rückseitenfolien mit Löchern versehen. Abbildung 5 zeigt das Prinzip. Die Rückseitenfolien wei- sen kreisförmige Löcher als Perforationen auf, deren Radius a groß genug ist, um die korrosiven Substanzen, wie z.B. Essigsäure, entweichen lassen zu können. R gibt den Einflussbereich des Loches wieder, d.h. die einem kreisförmigen Bereich mit Radius R um das Loch vorliegenden korrosiven Substanzen diffundieren in Richtung des Lochs. Nachdem die Dicke der Einbettungsmaterialschicht bevorzugt kleiner als R ist, liegt eine rotationssymmetrische, ebene Diffusion vor. An die Rückseitenfolien schließt die Zwischenschicht 4 an und an diese die Frontscheibe 2. Abbildung 6 demonstriert das Prinzip einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solarmoduls, wobei eine witterungsbeständige Folie 7 und die Isolationsfolie 8 mit Löchern versehen sind. Die äußere witterungsbeständige Folie 9 ist unperforiert. An die Rückseitenfolien schließt die Zwischenschicht 4 an und an diese die Frontscheibe 2.
Beispiel
Ein Beispiel für die Herstellung eines Solarmoduls mit einer erfindungsgemäßen Rückseitenfolie ist im Folgenden beschrieben:
Als Frontscheibe wird ein handelsübliches Solarglas verwendet. Die daran anschließende Zwischenschicht besteht aus üblichen Einbettungsmaterialien (Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylbutyral), in welches die Solarzellen mit Serienverschaltung und Stringverbindern eingebettet sind. Ein Stringverbinder verbindet die einzelnen Strings innerhalb des Moduls und besteht in der Regel aus verzinntem Kupfer mit rechteckigem Querschnitt. Die Gesamtdicke der Einbettungsmaterialschicht (5) beträgt zwischen 500 pm und 2000 pm. Die Rückseitenfolien (3) sind als Laminat ausgebildet und bestehen aus einer witte- rungsbeständigen Folie (7) aus Polyvinylfluorid, einer Isolationsfolie (8) aus Polyethylenterephthalat (PET) und einer weiteren witterungsbeständigen Folie (9) aus Polyvinylfluorid (PVF). Die abschließende Folie (9) aus Polyvinylfluorid weist eine Dicke von 20 bis 50 pm auf. Die Isolationsfolie aus Polyethylenterephthalat hat eine Dicke im Bereich zwischen 150 pm und 300 pm. Die Polyethylenterephthalatfolie ist mit Löchern versehen, die kreisrund sind und einen Radius von 0,5 mm haben. Der Abstand zwischen zwei kreisrunden Löchern beträgt 2 cm. Die Löcher sind hexagonal angeordnet, wie beispielhaft in Abbildung 3 dargestellt. Bezugszeichenliste
1 Solarmodul
2 Frontscheibe
3 Rückseitenfolie(n)
4 Zwischenschicht
5 Etnbettungsmaterialschicht
6 Solarzellen
7 Witterungsbeständige Folie 8 Isolationsfolie
9 Witterungsbeständige Folie
R Einflussbereich des Loches a Radius des Loches

Claims

Solarmodul (1 ) umfassend eine Frontscheibe (2), eine Zwischenschicht (4), in welche Solarzellen (6) eingebettet sind, und mindestens eine Rückseitenfolie, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rückseitenfolie mit Löchern versehen ist.
Das Solarmodul nach Anspruch 1 , wobei die Fläche eines Lochs 0,1 mm2 bis 3,3 mm2 beträgt.
Das Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Loch kreisförmig ist.
Das Solarmodul nach Anspruch 3, wobei der Radius eines Loches mindestens 0,2 mm beträgt.
Das Solarmodul nach Anspruch 3, wobei der Radius eines Loches höchstens 1 mm beträgt.
Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichte der Löcher mindestens 0,02 cm"2 der perforierten Folie beträgt.
Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Löcher hexagonal angeordnet sind.
Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gesamte Bereich einer oder mehrerer Rückseitenfolien, welche der Abdeckung dienen, mit Löchern versehen ist.
9. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückseitenfolien mindestens eine witterungsbeständige Folie (9) und eine Isolationsfolie (8) umfassen.
Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei witterungsbeständige Folien (7, 9) auf jeweils einer Seite der Isolationsfolie (8) angeordnet sind.
11. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, wobei der Aufbau der Rückseitenfolien (3) aus witterungsbeständiger Folie (7), Isolationsfolie (8), witterungsbeständige Folie (9) symmetrisch ist.
12. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, wobei mindestens eine witterungsbeständige Folie perforiert ist.
13. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Isolationsfolie perforiert ist. 14. Das Solarmodul nach Anspruch 13, wobei zusätzlich mindestens eine witterungsbeständige Folie (7 oder 9) mit Löchern versehen ist.
15. Das Solarmodul nach Anspruch 14, wobei die äußere witterungsbeständige Folie (9) unperforiert ist.
16. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei alle Rückseitenfolien (3) mit Löchern versehen sind.
17. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isoiationsfoüe (8) mit Löchern versehen ist und aus PET besteht.
18. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine witterungsbeständige Folie (7 oder 9) aus PVF besteht.
19. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einbettungsmaterialschicht (5) aus EVA besteht.
20. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frontscheibe (2) aus Glas besteht.
21. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rückseitenfolie(n) durchlässig für korrosive Substanzen sind.
22. Das Solarmodul nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich um Essigsäure als korrosive Substanz handelt.
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