JP5963878B2 - モジュールキャリアを備えたフレームレス式のソーラモジュール、ならびに該ソーラモジュールを製造する方法 - Google Patents

Description

太陽光線を電気的なエネルギに直接変換するための光起電力式（photovoltaisch）の層システムが良く知られている。一般に、このような光起電力式の層システムは「ソーラセル」と呼ばれる。この場合「薄膜ソーラセル」とは、僅か数マイクロメートルの厚さを有する層システムに関する。このような層システムは、十分な機械的強度のために（キャリア−）基板を必要とする。公知の基板は無機ガラス、プラスチック（ポリマ）または金属、特に金属合金を包含していて、その都度の層厚さおよび固有の材料特性に関連してリジット（剛性的）なプレートとして、または可撓性のシートとして形成されていてよい。

テクノロジ的な取扱い性および効率の点では、アモルファス、マイクロモルファス（mikromorph.）または多結晶性のシリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）またはカルコパイライト（黄銅鉱）化合物、特に二セレン・硫黄化銅−インジウム／ガリウム、すなわち式Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２により短縮されて表されるカルコパイライト化合物から成る半導体層を備えた薄膜ソーラセルが有利であることが判っている。特に二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ_２もしくはＣＩＳ）は、太陽光線のスペクトルに適合されたそのバンドギャップ（禁制帯幅）に基づき、特に高い吸収係数によりすぐれている。

個々のソーラセルを用いても、典型的には１ボルトよりも低い電圧レベルしか達成され得ない。したがって、工業的に使用可能な出力電圧を得るためには、多数のソーラセルが互いに直列に接続されて１つのソーラモジュールを形成する。この場合、薄膜ソーラモジュールは、ソーラセルが既に層形成時に、統合された形で接続され得るという特別な利点を提供する。特許文献には、薄膜ソーラモジュールは既にたびたび記載されている。例示的には、独国特許第４３２４３１８号明細書および欧州特許出願公開第２２０００９７号明細書が挙げられる。

実際の使用においては、ソーラモジュールは、建物の屋根に組み付けられる（屋根置き型）か、または屋根材の一部を形成する（屋根一体型）。また、ソーラモジュールをファサードエレメントまたは壁エレメントとして、特に自由立て置き式または自己支持式（キャリアレス式）のガラス構造体の形で使用することも知られている。

ソーラモジュールの屋根への組付けは、一般に、屋根または屋根下部構造体に固定されたモジュール保持部において屋根平行に行われる。このようなモジュール保持部は通常、複数の平行な支持レール、たとえばアルミニウムレールから成るレールシステムを有する。これらの支持レールは、鋼アンカにより瓦屋根に取り付けられているか、またはねじによって波形プレート屋根または台形金属薄板屋根（台形金属折板屋根）に取り付けられている。

汎用的な実際の使用時においては、ソーラモジュールに、アルミニウムから製作されたモジュールフレームが装備される。このモジュールフレームは、一方では機械的な補強を生ぜしめ、他方ではモジュール保持部におけるソーラモジュールの組付けのために使用され得る。

最近では、フレームレス式のソーラモジュールが製造される傾向が増えている。フレームレス式のソーラモジュールは、低減されたモジュール重量を有していて、減じられた製作コストを用いて製作され得る。一般に、フレームレス式のソーラモジュールの裏側には、鋼またはアルミニウムから成る補強ステーが装備される。これらの補強ステーはモジュール裏側に接着される。モジュールフレームと同様に、補強ステーは機械的な補強作用を有し、ソーラモジュールをモジュール保持部に取り付けるために使用され得る。当業者の間では、このような補強ステーはしばしば「バックレール」と呼ばれている。特許文献においては、たとえば独国特許出願公開第１０２００９０５７９３７号明細書および米国特許第２００９０２０５７０３号明細書にバックレールが記載されている。独国実用新案第２０２０１０００３２９５号明細書には、ソーラモジュールに接着されたモジュールキャリアが開示されている。この場合、接着材料の内部にスペーサが導入される。このようなスペーサは、独国特許出願公開第１０２００９０５７９３７号明細書からも公知である。

これに対して、本発明の課題は、補強ステー（バックレール）を備えたフレームレス式のソーラモジュールの製造を有利に改良することにあり、この場合、ソーラモジュールは補強ステーの取付けの点で特に高い品質を有することが望まれる。さらに、製造が簡単にされ、組付けコストが減じられることが望まれる。上記課題は、本発明の提案によれば、独立請求項の形の請求項に記載の特徴を具備したソーラモジュールならびにフレームレス式のソーラモジュールを製造する方法により解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項の形の請求項に記載の特徴により記載されている。

本発明によれば、基板と、トップ層と、これらの間に位置する、ソーラセルを成形するための層構造体とを備えたフレームレス式のソーラモジュールが提供されている。基板およびトップ層は、たとえば無機ガラス、ポリマまたは金属合金から成っていて、たとえば剛性的なプレートとして形成されている。これらのプレートは、いわゆる複層ガラス構造の形で互いに結合されている。

フレームレス式のソーラモジュールとは、好適には統合された形で直列接続された薄膜ソーラセルを有する薄膜ソーラモジュールであることが好ましい。層構造体は、典型的には裏面電極層と正面電極層と吸収体とを有している。好ましくは、吸収体が、カルコパイライト（黄銅鉱）化合物から成る半導体層を有すると有利である。このカルコパイライト化合物は、たとえば二セレン・硫黄化銅−インジウム／ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２）、たとえば二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ_２もしくはＣＩＳ）または類似の化合物のグループからのＩ−ＩＩＩ−ＶＩ半導体であってよい。

層構造体とは反対の側の裏側の基板面には、当該ソーラモジュールの補剛および／または定位置に固定されたモジュール保持部（たとえばレールシステム）における当該ソーラモジュールの支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリアが、接着によって取り付けられている。モジュールキャリアは、好ましくは補強ステーであり、この補強ステーは、平面図で見て方形のソーラモジュールの長辺に沿って延びている。一般にモジュールキャリアは、たとえばガラス質の（キャリア）基板とは異なる材料から製作されており、この場合、モジュールキャリアは典型的には金属の材料、たとえばアルミニウムまたは鋼から成っている。基板における固定のためには、モジュールキャリアが、少なくとも１つの接着面を有し、この接着面は、硬化された接着剤から成る接着層によって裏側の基板面と接着されている。

この場合に重要となるのは、接着層が、１つまたは複数のスペーサを有することである。スペーサはそれぞれ、モジュールキャリアを接着層によって裏側の基板面に結合するために、モジュールキャリアが、裏側の基板面に向かって近付けられる場合に、接着剤が（まだ）硬化されていない状態でモジュールキャリアの接着面を、裏側の基板面に対して予め規定可能な最小間隔を置いて保持するために形成されている。

したがって、本発明によるソーラモジュールは、裏側の基板面における少なくとも１つのモジュールキャリアの、技術的にほとんど手間がかからず、多種多様に変化可能な廉価な取付けを可能にするので特に有利である。この場合、モジュールキャリアの接着面と裏側の基板面との間の、スペーサにより予め設定可能な最小間隔が信頼性良くかつ確実に維持され得る。

実際の使用においては、ソーラモジュールはしばしば著しい温度変動にさらされており、この温度変動は、たとえば−３０℃〜＋６０℃に達する恐れがある。モジュールキャリアと基板とは通常では互いに異なる材料から成ることに基づき、この温度変動はこれらの材料の熱膨張差を併発させる。このことは、特に、モジュールキャリアが金属、たとえばアルミニウムまたは鋼から成り、基板がガラスから成る場合に云える。その結果、モジュールキャリアが裏側の基板面の近傍に配置されていて、熱膨張によりモジュールキャリアと基板面との間に接触接続または少なくとも力伝達が生じた場合に、接着部に著しい機械的な応力が生じる恐れがある。

工業的な大量生産における、硬化性の接着剤による基板へのモジュールキャリアの接着は、常にモジュールキャリアと裏側の基板面との間の間隔に関してある程度の可変性を伴うことが判った。その原因は、モジュールキャリアと基板との結合時における、（まだ）硬化されていない接着剤の塑性変形可能性である。これまで、ソーラモジュールの工業的な大量生産においては、モジュールキャリアと基板との間の所定の最小間隔を信頼性良くかつ確実に維持することは困難であった。

本発明によれば、前記少なくとも１つの接着層内のスペーサにより、接着剤がまだ硬化されていない状態においても、前記少なくとも１つのモジュールキャリアの前記少なくとも１つの接着面と裏側の基板面との間に規定可能な最小間隔が維持されることを常に保証することができる。この目的のためにスペーサは、硬化されていない接着剤の硬度よりも高い硬度を有する。接着剤が硬化された状態では、モジュールキャリアと基板との間の間隔が接着剤によっても固定されている。スペーサにより設定可能な、モジュールキャリアと裏側の基板面との間の最小間隔が、モジュールキャリアの材料と基板の材料との熱による容積変動に適合されると、接着剤が硬化された状態において材料の熱による容積変動が接着層によって吸収され得るように、基板に接着されたモジュールキャリアが裏側の基板面から間隔を置いて配置されていることが確保され得る。これにより、熱に起因した容積変動に基づき生ぜしめられた、接着部の高められた摩耗も、効果的に阻止され得る。

本発明によるフレームレス式のソーラモジュールの１構成では、接着層内の前記少なくとも１つのスペーサが、（キャリア）基板の材料の硬度よりも低く形成された硬度を有する材料から製作されている。この手段により、たとえばモジュールキャリアがその取り付けのために基板に押圧される場合に、基板の局所的に高められた荷重（「点荷重」）がスペーサによって回避されることが達成され得るので有利である。

この目的のために、スペーサは弾性変形可能な材料、たとえばプラスチックから成っていると有利である。このことは、スペーサの簡単でかつ廉価な製造を可能にする。この場合、点荷重による基板の損傷が信頼性良くかつ確実に回避され得る。

前記弾性変形可能なスペーサは、接着剤が硬化されていない状態においてモジュールキャリアと基板との間の規定可能な最小間隔を維持するために、硬化されていない接着剤の硬度よりも高く設定されているが、ただし最大でも、硬化された接着剤の硬度に相当する硬度を有する。これにより、接着剤が硬化された状態において点荷重は生じなくなる。このことは、ソーラモジュールの実際の使用のために重要となり、特にたとえば降雪荷重または風圧荷重によりモジュールキャリアに高い荷重が生じる場合に、重要となり得る。たとえば、弾性変形可能なスペーサは、この目的のために、ガラス質の基板の場合には、６０〜９０ショアの範囲内のショア硬度、特に８０〜９０ショアの範囲内のショア硬度を有する材料から成っている。

スペーサは、基本的には、所望の機能のために適したいかなる形状を有していてもよい。この場合、本発明の有利な１構成では、スペーサが、それぞれボール形状に形成されている。このことは、特に方法技術的な利点をもたらし、ボール直径による最小間隔の簡単でかつ正確な調節を可能にする。

スペーサは、モジュールキャリアと裏側の基板面との間の間隔の方向において、互いに等しい寸法を有していてよく、たとえば等しいボール直径を有していてよい。本発明によれば、スペーサは、モジュールキャリアと裏側の基板面との間の最小間隔を調節するために、モジュールキャリアと裏側の基板面との間の間隔の方向において、互いに異なる１種の寸法（もしくは数種の寸法）、たとえば互いに異なるボール直径を有していてよい。これにより、モジュールキャリアと基板との間の局所的な最小間隔は、モジュールキャリアおよび／または基板の固有の要件（たとえばモジュールキャリアの幾何学的形状）に的確に適合可能となる。たとえばモジュールキャリアの幾何学的形状が種々異なっていると、この手段により、スペーサの寸法が互いに等しい場合とは異なり、大きく圧縮された方のスペーサによる点荷重の危険は大幅に減少され得る。実際には、弾性変形可能なスペーサ（たとえばゴムボール）は、一般に、特定の最大行程にまでしか圧縮可能でない。この「最大行程」が達成されると、スペーサは比較的硬い物体として作用するので、点荷重が排除され得なくなる。

方形形状に形成されている本発明によるソーラモジュールの別の有利な構成では、前記少なくとも１つのモジュールキャリアが、たとえば細長い補強ステーの形で、（モジュール）長辺に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層が、（モジュール）長辺に沿って延びる均一な接着ビードの形に形成されている。ソーラモジュールは工業的な大量生産の生産ラインにおいて、典型的には長辺に沿って移動させられるので、この手段により、スペーサの（モジュール横方向）における側方ずれが回避され得るので有利である。したがって、ソーラモジュールの移動により接着ビードからスペーサが脱落することも、信頼性良くかつ確実に回避され得る。

ソーラモジュールが、長手方向に延びる２つのモジュールキャリア、たとえば細長い２つの補強ステーを有していることが好ましい。両モジュールキャリアは基板に対して直角な長手方向中心平面の両側に配置されている。この場合、モジュールキャリアはそれぞれ、長手方向に延びる少なくとも１つの接着ビードによって裏側の基板面と接着されており、この場合、各接着ビードは少なくとも２つのスペーサを有し、これらのスペーサは、基板に対して直角でかつ長手方向中心平面に対して直角に配置された横方向中心平面の両側に位置している。この手段により、モジュールキャリアを廉価に、信頼性良くかつ確実に基板から間隔を置いて配置することが可能となる。

本発明の対象はさらに、フレームレス式のソーラモジュール、特に薄膜ソーラモジュールを製造する方法であって、以下のステップ：
− 基板と、トップ層と、これらの層の間に位置する、ソーラセルを成形するための層構造体とを準備するステップと、
− ソーラモジュールの補剛および／または支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリアを準備するステップと、
− 該モジュールキャリアの少なくとも１つの接着面および／または前記層構造体とは反対の側の基板面に、硬化可能な接着剤から成る接着層を被着させるステップと、
− まだ硬化されていない接着剤に１つまたは複数のスペーサを導入し、ただし該スペーサはそれぞれ、前記接着層の接着剤が硬化されていない状態において前記接着面を、前記基板面に対して規定可能な最小間隔をおいて保持するために形成されているステップと、
− 前記モジュールキャリアを、前記少なくとも１つの接着層によって前記基板面に結合するステップと、
− 前記モジュールキャリアを基板に接着固定するために前記接着層の接着剤を硬化させるステップと、
を有することを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュールを製造する方法である。

スペーサは、モジュールキャリアの接着面と基板面との間の間隔を保持するために互いに異なる寸法を有していてよい。

本発明による方法により、ソーラモジュールが技術的に簡単かつ廉価に製造され得る。この場合、モジュールキャリアが、裏側の基板面から、スペーサにより設定可能な最小間隔を置いて配置されていることが確保されている。

方法技術的な観点では、スペーサが、既にモジュールキャリアの接着面および／または裏側の基板面に被着された前記少なくとも１つの接着層内に導入されると有利になり得る。この手段は、慣用のノズルからの接着剤の簡単な噴霧塗布もしくは吹付け塗布を可能にする。この場合、ノズルはスペーサの寸法に適合されなくてもよい。本発明によれば、接着層内へのスペーサの導入は、スペーサが圧力衝撃によってニューマチック式に吹き込まれることにより行われる。このことは技術的に特に簡単にかつ廉価に実現可能である。さらに、スペーサは接着層内部において、予め規定可能な個所に的確に位置決めされ得る。さらに、種々に寸法設定されたスペーサが簡単に接着層に導入され得る。

フレームレスの方形形状のソーラモジュールを製造するための本発明による方法のさらに別の有利な実施態様では、前記少なくとも１つのモジュールキャリアが（モジュール）長辺に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層が、前記長辺に沿って延びる接着ビードの形に形成されるので、ソーラモジュールの汎用の移動方向において、スペーサの側方ずれが回避される。

長手方向に延びる２つのモジュールキャリアが、基板に対して直角な１つの長手方向中心平面の両側で、裏側の基板面に固定されると有利である。この場合、モジュールキャリアは、それぞれ長手方向に延びる少なくとも１つの接着ビードによって裏側の基板面と接着される。この場合、接着ビード内には、基板に対して直角でかつ前記長手方向中心平面に対して直角に配置された１つの横方向中心平面の両側に位置する少なくとも２つのスペーサが導入される。

本発明による方法は、特に上で説明したようにして構成された本発明によるソーラモジュールを製造するために用いられ得る。

さらに本発明の対象は、フレームレス式のソーラモジュール、特に薄膜ソーラモジュールの裏側の基板面にモジュールキャリアを固定するための、硬化可能な接着剤から成る少なくとも１つの接着層の使用である。この場合、接着層は１つまたは複数のスペーサを有し、該スペーサは、それぞれ、接着剤が硬化されていない場合に、前記モジュールキャリアが裏側の基板面に押圧されると、前記モジュールキャリアを前記基板面に対して規定可能な最小間隔を置いて保持するように形成されている。この場合、スペーサは、モジュールキャリアの接着面と基板面との間の間隔を保持するために、互いに異なる寸法を有する。

ソーラモジュールおよびソーラモジュールを製造するための方法の上で挙げた実施態様は、単独の形または任意に組み合わされた形で実現されている。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

ソーラモジュールの補強ステーと裏側の基板面との接着部を示す（部分）断面図である。 図１に示した補強ステーを固定するための接着ビード内にボール状スペーサを吹き込む過程を示す概略図である。 図２に示したソーラモジュールの補強ステーの、基板面に結合されるべき表側の斜視図である。 図２に示したソーラモジュールの補強ステーの端面および裏側の斜視図である。 図１に示したソーラモジュールの裏側の平面図である。 図１に示した薄膜ソーラモジュールの断面図である。

図面の詳細な説明
まず図４および図５につき説明する。図４には、全体を符号１で示されたフレームレス式の薄膜ソーラモジュール１のモジュール裏側（「側ＩＶ」）の概略図が示されている。汎用されている通りに、ソーラモジュール１は、平面図で見て方形の面体の形に形成されており、この方形の面体は、２つの平行な長辺５と、両長辺５に対して直角の２つの短辺６とを有する。図５には、薄膜ソーラモジュール１の断面図が示されている。

図５から判るように、薄膜ソーラモジュール１は、いわゆる基板構成に相当する構造を有する。すなわち、薄膜ソーラモジュール１は電気的に絶縁性の（キャリア）基板２と、この基板２に被着された、薄い層から成る層構造体２３とを有し、この層構造体２３は基板２の光線入射側もしくは表側の基板面２４（「側ＩＩＩ」）に配置されている。基板２はこの場合、たとえば比較的小さな光透過率を有するガラスから成っており、この場合、十分な強度ならびに実施されるプロセスステップに対する不活性特性を有する別の絶縁性の材料も同様に使用され得る。

具体的には、層構造体２３は、表側の基板面２４に配置された裏面電極層２５を有する。この裏面電極層２５は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）のような光非透過性の金属から成っていて、たとえば蒸着によって基板２に被着され得る。裏面電極層２５は、たとえば約１μｍの層厚さを有する。裏面電極層２５上には、半導体層２６が析出されている。この半導体層２６は、好ましくは太陽光線のできるだけ大きな割合を吸収することのできるバンドギャップを有する半導体を含んでいる。半導体層２６は、たとえばｐ型のカルコパイライト半導体、たとえばグループＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ａ，Ｓｅ）_２の化合物、特にナトリウム（Ｎａ）ドーピングされた二セレン化銅インジウム（ＣＩｎＳｅ_２）から成っている。半導体層２６は、たとえば１〜５μｍの範囲にある層厚さ、たとえば約２μｍである層厚さを有する。半導体層２６上には、バッファ層２７が析出されている。このバッファ層２７はこの場合、たとえば単独層硫化カドミウム（ＣｄＳ）と、単独層真性（intrinsisch.）の酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）から成っているが、このことは図面には図示されていない。バッファ層２７は、たとえば半導体層２６よりも小さな層厚さを有している。バッファ層２７には、表面電極層２８が、たとえば蒸着により被着されている。表面電極層２８は、可視のスペクトル範囲内の放射線に対して透明であり（「窓層」）、これにより、入射する太陽光線が少しだけしか弱められないことが保証される。一般にＴＣＯ層（TCO = Transparent Conductive Electrode）と呼称され得る透明な表面電極層２８は、ドーピングされた金属酸化物、たとえばｎ型のアルミニウム（Ａｌ）ドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主体としている。表面電極層２８により、バッファ層２７および半導体層２６と共にヘテロ接合（すなわち、相反する導電性タイプの連続層）が形成される。表面電極層２８の層厚さは、たとえば約３００ｎｍである。

環境影響に対する保護のために、表面電極層２８には、たとえばポリビニルブチラール（ＰＶＢ）またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）から成るプラスチック層２９が被着されている。このプラスチック層２９は、太陽光線に対して透明な、たとえば僅かな鉄含量を有するエクストラホワイトガラス（extraweiss. Glas）から成るトップ層３０と接着されている。

全モジュール電圧を高めるために、薄膜ソーラモジュール１のモジュール面は多数の個々のソーラセル３１に分割されている。これらのソーラセル３１は互いに直列に接続されている。この目的のためには、層構造体２３が、適当なパターニング技術、たとえばレーザ書込みまたは機械的な加工（たとえば層除去またはスクライビング加工）を使用してパターニングされる。このようなパターニングは、各ソーラセル３１に対して典型的には３つのパターニングステップを包含する。これらのパターニングステップは、短縮されて頭文字Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で表される。第１のパターニングステップＰ１では、裏面電極層２５が、第１の溝３２の形成によって中断される。このことは、半導体層２６の被着の前に行われるので、第１の溝３２はこの層の半導体材料によって満たされる。第２のパターニングステップＰ２では、半導体層２６とバッファ層２７とが、第２の溝３３の形成によって中断される。このことは、表面電極層２８の被着の前に行われるので、第２の溝３３はこの層の導電性の材料によって満たされる。第３のパターニングステップＰ３では、表面電極層２８とバッファ層２７と半導体層２６とが、第３の溝３４の形成によって中断される。このことは、プラスチック層２９の被着の前に行われるので、第３の溝３４はこの層の絶縁性の材料によって満たされる。択一的には、第３の溝３４が下方へ向かって基板２にまで達することも考えられる。前記パターニングステップＰ１，Ｐ２，Ｐ３により、互いに直列に接続されたソーラセル３１が形成される。

図４から判るように、ソーラセルを成形するための層構造体とは反対の側の、モジュール裏側もしくは基板２の裏側の基板面３には、２つの細長い補強ステー４（明細書冒頭では「モジュールキャリア」と呼ばれていた）が取り付けられている。これらの補強ステー４はそれぞれソーラモジュール１の長辺５に沿って延びていて、ソーラモジュール１の長手方向中心平面７の両側でモジュール長手方向縁部９の近傍に配置されており、そしてそれぞれモジュール横方向縁部１０のすぐ手前で終わっている。

細長い両補強ステー４により、ソーラモジュール１の機械的な補強を達成することができる。他方において、補強ステー４は、位置固定的に、たとえば屋根または屋根下部構造体に固定されたモジュール保持部における取付けによりソーラモジュール１を組み付けるために用いられる。モジュール保持部は、典型的に、たとえばアルミニウムから成る多数の支持レールを有する。両補強ステー４は、金属材料、たとえばアルミニウムまたは鋼から成っている。図４には２つの補強ステー４が図示されているが、もちろん、ソーラモジュール１は２つよりも多いまたは２つよりも少ない補強ステー４を有することもできる。

図３Ａおよび図３Ｂには、個々の補強ステー４が詳細に図示されている。図３Ａには、補強ステー４の、裏側の基板面３に結合したい表側１１を斜め上から見た斜視図が示されており、図３Ｂには、補強ステー４の端面１３と裏側１２との斜視図が示されている。

図３Ａおよび図３Ｂから判るように、補強ステー４はプロファイル部材として形成されていて、たとえば金属変形加工法により金属プレートから製造されている。補強ステー４は、少なくとも思想的には、横断面Ｖ字形の２つの区分１４，１６に分割され得る。すなわち、補強ステー４は第１のＶ字形の区分１４を有しており、この第１のＶ字形の区分１４は、互いに鋭角の角度を成すように角度調整された脚部１５，１５′を備えており、両脚部１５，１５′は裏側の条片１７によって互いに結合されている。両脚部１５，１５′は、それぞれ長辺５に沿って延びる表側の条片１８に結合されており、この表側の条片１８は各脚部１５，１５′から側方に折り曲げられている。表側の両条片１８は、補強ステー４を基板２に固定するための接着面１９を提供する。表側の両条片１８のうちの一方の条片１８は、別の脚部１５′′に結合されており、この別の脚部１５′′は隣接した脚部１５′に対して鋭角の角度を成して調整されており、これにより、隣接したこの脚部１５′と共に、第１のＶ字形の区分１４とは逆方向に向けられた第２のＶ字形の区分１６を形成する。この別の脚部１５′′には、別の裏側の条片１７が設けられている。補強ステー４の横断面山形の構造に基づき、ソーラモジュール１は極めて効果的に補剛され得る。

図３Ａおよび図３Ｂに示したように、補強ステー４の両接着面１９には、それぞれ１つの接着ビード２０が被着されている。この接着ビード２０は、補強ステー４を裏側の基板面３と接着させるために働く。接着ビード２０は、接着面１９のほぼ全長にわたって延びている。接着ビード２０は、たとえば酸素の存在で硬化する、硬化可能な接着剤もしくは接着された状態で硬化される接着剤、たとえば２成分接着剤から成っている。典型的には、接着剤は硬化されていない状態では軟質であるか、もしくは塑性変形可能であって、硬化によって硬質の、場合によってはある程度の規模で弾性変形可能である状態へ移行する。この状態では、補強ステー４が基板２に固く結合されている。

次に図１に関連して説明する。図１には、ソーラモジュール１の長辺５に沿った概略的な（部分）断面図につき、補強ステー４と、ソーラモジュール１の裏側の基板面３との接着部が図示されている。断面は、接着ビード２０を通るように設置されている。

図１に示したように、接着ビード２０には、２つのスペーサ２１が設けられている。スペーサ２１はこの場合、たとえばボール形状に形成されている。補強ステー４が接着のために基板２に押圧されると、スペーサ２１の、たとえば互いに等しい直径により、補強ステー４の両接着面１９と裏側の基板面３との間に等しい最小間隔が設定され得る。図１で見て右側のスペーサ２１に示したように、スペーサ２１は互いに異なるボール直径を有していてもよい。その場合、ボール直径は基板２および／または補強ステー４の、幾何学的に与えられた局所的な条件に適合されている。たとえば、右側のスペーサ２１（図１に破線により示す）は、左側のスペーサ２１よりも大きなボール直径を有していてよく、こうして基板２と補強ステー４との間の、より大きな間隔が実現される。このことは、たとえば補強ステー４が、裏側の基板面３に対して後方にずらされた接着面１９を有している場合（図１の破線）に行われる。互いに等しいボール直径を有するスペーサ２１が互いに異なる強さで圧縮され、ひいては点荷重の危険が生じることが、互いに異なるボール直径を有するスペーサ２１によって回避され得るので有利である。

スペーサ２１はこの場合、たとえば弾性変形可能なプラスチック、たとえば８５のショア硬度を有するＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）または８０のショア硬度を有するＰＯＭ（ポリオキシメチレン）から成っている。したがって、スペーサ２１は、硬化されていない接着剤よりも硬いが、しかし、スペーサ機能を満たすことができるようにするためには、「硬すぎ」ではない。これにより、ガラス質の基板２における局所的な点荷重による損傷が回避され得る。一般に、スペーサ２１の硬度は基板２の硬度よりも低く設定されている。さらに、スペーサ２１の硬度は最大でも、硬化された接着剤の硬度に相当しており、これにより実際の使用において、たとえば雪圧荷重または風圧荷重による著しい力作用を受けた際のスペーサ２１による点荷重が回避される。

図３Ａに示したように、スペーサ２１は各接着ビード２０において、図４に示した横方向中心平面８の両側でモジュール横方向縁部１０の近傍に位置している。補強ステー１つ当たり４つのスペーサ２１を設けることにより、補強ステー４と基板２との間の最小間隔を信頼性良くかつ確実に維持することができる。「最小間隔」とは、補強ステー４と基板２との間の間隔は、十分に大きく形成されていてよいが、しかし少なくともスペーサ２１により規定された間隔に相当することを意味している。

図２には、各接着ビード２０内へのスペーサ２１の導入が図示されている。この場合、まず接着ビード２０が、補強ステー４の両接着面１９のいずれにも被着される。このことは、たとえばまだ硬化されていない接着剤を接着剤ノズル（図示しない）を通じて圧力によって押し出すことにより行われる。引き続き、ボール状のスペーサ２１が、スペーサノズル２２を通じて、まだ硬化されていない接着ビード２０内にニューマチック式に、つまり空気衝撃により、吹き込まれる。このことには、接着剤ノズルをスペーサ２１の寸法に合わせて調整しなくて済むという利点がある。スペーサノズル２２には、たとえば中央の貯蔵部（図示しない）からスペーサ２１が供給され得るので、スペーサノズル２２への簡単な供給ならびに中央の貯蔵部の簡単な充填が可能となる。スペーサノズル２２は製作時に、たとえば接着剤ノズルに並んで配置され得る。接着ビード２０とスペーサノズル２２とは、互いに対して相対的に運動可能であるので、スペーサ２１は接着ビード２０の内部に的確に位置決めされ得る。もちろん、スペーサ２１はニューマチック式の空気圧力を用いる代わりに、別の手段を用いても同様に運動させられるようになっている。

引き続き、こうして前処理された補強ステー４が、まだ硬化されていない接着剤と共に、裏側の基板面３に押圧されて、接着剤が硬化されるまで基板面３に押し付けられる。この場合、スペーサ２１により、このスペーサ２１の直径に基づいて規定された、補強ステー４と基板２との間の最小間隔が維持される。ソーラモジュール１は工業的な大量生産において長辺５に沿って移動させられるので、スペーサ２１がソーラモジュール１の搬送時にずらされて接着ビード２０から脱落してしまう恐れはない。したがって、両補強ステー４は基板面３に対する最小間隔を持って基板２に接着され得る。

前記説明から判るように、本発明は、モジュール保持部における支持性のある取付けのためのモジュールキャリアの簡単で信頼性の良いかつ廉価な接着を可能にするフレームレス式のソーラモジュールを提供する。モジュールキャリアは、裏側の基板面に対して、規定可能な最小間隔を持って接着され得る。この目的のためには、スペーサ（Spacer）が、まだ硬化されていない接着剤内に持ち込まれる。

本発明の別の特徴は、以下の説明から明らかとなる。

基板とトップ層と、その間に設けられた、ソーラセルを成形するための層構造体とを備えたフレームレス式のソーラモジュールであって、前記層構造体とは反対の側の基板面に、ソーラモジュールの補剛および／または支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリアが取り付けられており、このモジュールキャリアが、少なくとも１つの接着面を有し、この接着面が、硬化された接着剤から成る接着層により基板面と接着されており、該接着層は１つまたは複数のスペーサを含んでおり、該スペーサはそれぞれ、接着層の接着剤がまだ硬化されていない場合に接着面を基板面に対して規定可能な最小間隔を置いて保持するように構成されている、フレームレス式のソーラモジュール。

１構成では、スペーサが、基板の硬度よりも低く形成された硬度を有する。１構成では、スペーサが、弾性変形可能な材料から成っている。１構成では、スペーサが、接着層の硬化されていない接着剤の硬度よりも大きく、ただし最大でも接着層の硬化された接着剤の硬度に相当する硬度を有する。ガラス質の基板を用いる１構成では、スペーサの弾性変形可能な材料が、６０〜９０ショアの範囲内のショア硬度、特に８０〜９０ショアの範囲内のショア硬度を有する。１構成では、スペーサがそれぞれボール形状に形成されている。１構成では、スペーサが、モジュールキャリアの接着面と基板面との間の間隔を保持するための、互いに異なる寸法を有している。方形形状を有する構成では、前記少なくとも１つのモジュールキャリアが、長辺に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層が、長辺に沿って延びる接着ビードの形に形成されている。１構成では、長辺に沿って延びる２つのモジュールキャリアが、基板に対して直角の長手方向中心平面の両側で基板面に固定されており、この場合、モジュールキャリアはそれぞれ長辺に沿って延びる少なくとも１つの接着ビードによって基板面と接着されている。この場合、接着ビードは少なくとも２つのスペーサを有しており、これらのスペーサは、基板に対して直角でかつ長手方向中心平面に対して直角に配置された横方向中心平面の両側に設けられている。

フレームレス式のソーラモジュールを製造する方法であって、以下のステップ：基板と、トップ層と、これらの間に位置する、ソーラセルを成形するための層構造体とを準備するステップと；ソーラモジュールの補剛および／または支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリアを準備するステップと；該モジュールキャリアの少なくとも１つの接着面および／または前記層構造体とは反対の側の基板面に、硬化可能な接着剤から成る接着層を被着させるステップと；まだ硬化されていない接着剤に１つまたは複数のスペーサを導入し、ただし該スペーサはそれぞれ、前記接着層の接着剤が硬化されていない状態において前記接着面を、前記基板面に対して規定可能な最小間隔をおいて保持するために形成されているステップと；前記モジュールキャリアを、前記少なくとも１つの接着層によって前記基板面に結合するステップと；前記モジュールキャリアを基板に接着固定するために前記接着層の接着剤を硬化させるステップと、を有することを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュールを製造する方法。

１実施態様では、スペーサが、モジュールキャリアの前記少なくとも１つの接着面および／または前記基板面に被着された接着層内に導入される。１実施態様では、スペーサが、接着層内に圧力衝撃によってニューマチック式に吹き込まれる。１実施態様では、前記少なくとも１つのモジュールキャリアが長辺に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層が、長辺に沿って延びる接着ビードの形に形成される。１実施態様では、長辺に沿って延びる２つのモジュールキャリアが、基板に対して直角な長手方向中心平面の両側で前記基板面に固定される。この場合、モジュールキャリアはそれぞれ長辺に沿って延びる少なくとも１つの接着ビードによって前記基板面と接着される。この場合、接着ビード内には少なくとも２つのスペーサが導入され、これらのスペーサは、基板に対して直角でかつ前記長手方向中心平面に対して直角に配置された横方向中心平面の両側に設けられている。

フレームレス式のソーラモジュールの基板面にモジュールキャリアを固定するための、硬化可能な接着剤から成る少なくとも１つの接着層の使用であって、該接着層が、１つまたは複数のスペーサを有し、該スペーサは、それぞれ、接着剤が硬化されていない場合に前記モジュールキャリアを前記基板面に対して規定可能な最小間隔を置いて保持するように形成されていることを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュールの基板面にモジュールキャリアを固定するための、硬化可能な接着剤から成る少なくとも１つの接着層の使用。

１ 薄膜ソーラモジュール
２ 基板
３ 裏側の基板面
４ 補強ステー
５ 長辺
６ 短辺
７ 長手方向中心平面
８ 横方向中心平面
９ モジュール長手方向縁部
１０ モジュール横方向縁部
１１ 表側
１２ 裏側
１３ 端面側
１４ 第１のＶ字形の区分
１５，１５′，１５′′ 脚部
１６ 第２のＶ字形の区分
１７ 裏側の条片
１８ 表側の条片
１９ 接着面
２０ 接着ビード
２１ スペーサ
２２ スペーサノズル
２３ 層構造体
２４ 表側の基板面
２５ 裏面電極層
２６ 半導体層
２７ バッファ層
２８ 表面電極層
２９ プラスチック層
３０ トッププレート
３１ ソーラセル
３２ 第１の溝
３３ 第２の溝
３４ 第３の溝

Claims (13)

1. フレームレス式のソーラモジュール（１）であって、基板（２）と、トップ層（３０）と、該基板（２）と該トップ層（３０）との間に位置する、ソーラセル（３１）を成形するための層構造体（２３）とを備え、該層構造体（２３）とは反対の側の基板面（３）に、当該ソーラモジュール（１）の補剛および／または支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリア（４）が取り付けられており、該モジュールキャリア（４）が、少なくとも１つの接着面（１９）を有し、該接着面（１９）が、硬化された接着剤から成る接着層（２０）によって前記基板面（３）と接着されており、前記基板面（３）に対して後方にずらされた接着面（１９）が含まれ、該接着層（２０）が、複数のスペーサ（２１）を有し、該スペーサ（２１）はそれぞれ、前記接着面（１９）を、前記基板面（３）に対して規定可能な最小間隔を置いて保持するために形成されており、前記スペーサ（２１）は、前記モジュールキャリア（４）の前記接着面（１９）と前記基板面（３）との間の間隔を保持するために、互いに異なる寸法を有することを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュール。
2. 前記スペーサ（２１）は、前記基板（２）の硬度よりも低い硬度を有する、請求項１記載のフレームレス式のソーラモジュール。
3. 前記スペーサ（２１）は、弾性変形可能な材料から成っている、請求項２記載のフレームレス式のソーラモジュール。
4. 前記スペーサ（２１）は、前記接着層（２０）の硬化されていない接着剤の硬度よりも高く、だだし最大でも前記接着層（２０）の硬化された接着剤の硬度に相当する硬度を有する、請求項３記載のフレームレス式のソーラモジュール。
5. 当該フレームレス式のソーラモジュール（１）がガラス質の基板（２）を有していて、前記スペーサ（２１）の弾性変形可能な材料が、６０〜９０ショアの範囲内のショア硬度を有する、請求項４記載のフレームレス式のソーラモジュール。
6. 前記スペーサ（２１）はそれぞれボール形状に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフレームレス式のソーラモジュール。
7. 当該フレームレス式のソーラモジュール（１）が、方形形状を有していて、前記少なくとも１つのモジュールキャリア（４）が、長辺（５）に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層（２０）が、長辺（５）に沿って延びる接着ビード（２０）として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のフレームレス式のソーラモジュール。
8. 長辺（５）に沿って延びる２つのモジュールキャリア（４）が、前記基板（２）に対して直角な長手方向中心平面（７）の両側で前記基板面（３）に固定されており、前記モジュールキャリア（４）はそれぞれ、長辺（５）に沿って延びる少なくとも１つの接着ビード（２０）によって前記基板面（３）と接着されており、該接着ビード（２０）は少なくとも２つのスペーサ（２１）を有し、該スペーサ（２１）は、前記基板（２）に対して直角でかつ前記長手方向中心平面（７）に対して直角に配置された横方向中心平面（８）の両側に位置している、請求項７記載のフレームレス式のソーラモジュール。
9. フレームレス式のソーラモジュール（１）を製造する方法であって、以下のステップ：
   − 基板（２）と、トップ層（３０）と、該基板（２）と該トップ層（３０）との間に位置する、ソーラセル（３１）を成形するための層構造体（２３）とを準備するステップと、
   − ソーラモジュール（１）の補剛および／または支持性のある組付けのための少なくとも１つのモジュールキャリア（４）を準備するステップと、
   − 該モジュールキャリア（４）の少なくとも１つの接着面（１９）および／または前記層構造体（２３）とは反対の側の基板面（３）に、硬化可能な接着剤から成る接着層（２０）を被着させるステップと、
   − まだ硬化されていない接着剤に１つまたは複数のスペーサ（２１）を導入し、ただし該スペーサ（２１）はそれぞれ、前記接着層（２０）の接着剤が硬化されていない状態において前記接着面（１９）を、前記基板面（３）に対して規定可能な最小間隔をおいて保持するために形成されていて、前記スペーサ（２１）を前記接着層（２０）内に圧力衝撃によってニューマチック式に吹き込むステップと、
   − 前記モジュールキャリア（４）を、前記少なくとも１つの接着層（２０）によって前記基板面（３）に結合するステップと、
   − 前記モジュールキャリア（４）を基板（２）に接着固定するために前記接着層（２０）の接着剤を硬化させるステップと、
   を有することを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュールを製造する方法。
10. 前記スペーサ（２１）を、前記モジュールキャリア（４）の前記少なくとも１つの接着面（１９）および／または前記基板面（３）に被着された接着層（２０）内に導入する、請求項９記載の方法。
11. 方形形状のソーラモジュールを製造するために、前記少なくとも１つのモジュールキャリア（４）が長辺（５）に沿って延びており、前記少なくとも１つの接着層（２０）を、長辺（５）に沿って延びる接着ビードとして形成する、請求項９または１０記載の方法。
12. 長辺（５）に沿って延びる２つのモジュールキャリア（４）を、基板（２）に対して直角な長手方向中心平面（７）の両側で前記基板面（３）に固定し、この場合、前記モジュールキャリア（４）を、それぞれ長辺（５）に沿って延びる少なくとも１つの接着ビード（２０）によって前記基板面（３）と接着し、該接着ビード（２０）内に、基板（２）に対して直角でかつ前記長手方向中心平面（７）に対して直角に配置された横方向中心平面（８）の両側に位置する少なくとも２つのスペーサ（２１）を導入する、請求項１１記載の方法。
13. フレームレス式のソーラモジュール（１）の基板面（３）にモジュールキャリア（４）を固定するための、硬化可能な接着剤から成る少なくとも１つの接着層（２０）の使用方法であって、該接着層（２０）が、１つまたは複数のスペーサ（２１）を有し、該スペーサ（２１）は、それぞれ、接着剤が硬化されていない場合に前記モジュールキャリア（４）を前記基板面（３）に対して規定可能な最小間隔を置いて保持するように形成されていて、前記スペーサ（２１）が、前記モジュールキャリア（４）の接着面（１９）と前記基板面（３）との間の間隔を保持するために、互いに異なる寸法を有することを特徴とする、フレームレス式のソーラモジュール（１）の基板面（３）にモジュールキャリア（４）を固定するための、硬化可能な接着剤から成る少なくとも１つの接着層（２０）の使用方法。

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