[发明专利]光伏太阳能模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏太阳能模块及其制造方法以及一种利用这种太阳能模块来产生电能的装置。

背景技术

应将太阳能模块理解成用于从阳光中直接产生电流的部件。成本效益高地产生太阳能电流的关键因素是所使用的太阳能电池的效率以及太阳能模块的制造成本和持久性。

太阳能模块通常由玻璃制成的有框的复合体、经过布线的太阳能电池、嵌入材料和背侧构造构成。太阳能模块的各个层应满足如下功能。

前部玻璃用于使得免受机械和天气影响。前部玻璃必须具有最高的透明度，以便将300 nm至1150 nm的光谱范围中的吸收损失以及由此将通常用于产生电流的硅太阳能电池的效率损失保持得尽可能小。一般使用透射度在上述光谱范围中处于90至92％的钢化的低铁白玻璃（3或4 mm厚）。

嵌入材料（大多使用EVA（乙烯－醋酸乙烯酯(Ethyl-Vinylaceate)）膜）用于将整个模块复合体粘接在一起。EVA在大约150℃时在层压过程期间熔化，流入焊接的太阳能电池的间隙中，并且热交联。导致反射损失的气泡的形成通过在真空下进行层压而被避免。

模块背侧保护太阳能电池和嵌入材料免受潮气和氧气的损害。此外，模块背侧充当使得在安装太阳能模块时免受刮削等损害的机械保护，并且充当电绝缘体。作为背部构造，可以使用另一玻璃片或复合膜。在此，基本上使用变型PVF（聚氟乙烯）－PET（聚对苯二甲酸乙二酯）－PVF或者PVF－铝－PVF。

在太阳能模块结构中所使用的封装材料尤其是必须具有对抗水蒸气和氧气的良好的屏障特性。太阳能电池本身并不由于水蒸气或者氧气而受到侵蚀，但是导致金属接触部的腐蚀和EVA嵌入材料的化学降解。损坏的太阳能电池接触部导致模块的完全失灵，因为模块中的所有太阳能电池一般被电串联。EVA的降解从模块的泛黄显示出来，这与由于光吸收以及视觉衰退造成的相应性能损失相联系。如今，所有模块的大约80％都在背侧用所述复合膜之一封装，在太阳能模块的大约15％中对于前侧和背侧使用玻璃。在这种情况下，替代于EVA而将部分高透明、但仅仅缓慢地（几小时）硬化的浇注树脂用作嵌入材料。

为了即使在相对高投入成本的情况下仍然实现太阳能电流的有竞争力的电流生产成本，太阳能模块必须实现长的运行时间。因此，如今的太阳能模块被设计为20至30年的寿命。除了高的天气稳定性以外，还对模块的温度负荷能力提出高的要求，其中模块的温度可以在运行时周期性地在全日照下的80℃至零点以下的温度之间波动。因此，太阳能模块经历大量的稳定性测试（根据IEC 61215和IEC 61730的标准测试），属于这些测试的有天气测试（UV辐射、湿热、温度变化）、以及冰雹测试和电绝缘能力的测试。

总成本的用于光伏模块的相对较高份额以总成本的30％分摊到模块制造上。模块制造的该高份额是由于高材料成本（尤其是嵌入材料、框、背侧多层膜）以及由于长的加工时间、即小的生产率造成的。模块复合体的上述单层常常仍然以手工被组装和调整。附加地，EVA热熔胶的相对长的熔化以及模块复合体在大致150℃下和在真空下的层压导致每模块的大约20至30分钟的循环时间。

此外由于相对厚的前部玻璃片，常规的太阳能模块具有高的重量，这又使稳定和昂贵的支承构造成为必要。而且，在如今的太阳能模块中仅仅以未令人满意的方式解决了散热。在全日照的情况下，模块升温到高达80℃，这导致太阳能电磁效率的由温度造成的恶化，并且由此最终造成太阳能电流的成本升高。

在现有技术中，太阳能模块主要与由铝制成的框一起使用。尽管铝在此是轻金属，但是其重量给总重量贡献不可忽视的份额。这正好在较大模块的情况下是要求高成本的支承和固定构造的缺点。

为了防止水和氧气进入，所述铝框在其朝向太阳能模块的内侧上具有附加的密封体。除此之外不利的还有，铝框由矩形型材制造而成，并且因此在其成形方面大大受限。

为了减小太阳能模块重量、为了避免附加的密封材料以及为了提高设计自由度，US 4,830,038和US 5,008,062描述了将塑料框安装在有关太阳能模块周围，其中通过RIM方法（Reaction Injection Molding（反应注射成型））获得该塑料框。

所使用的聚合物材料优选地是弹性聚氨酯。所述聚氨酯优选地应当具有200至10000 p.s.i范围内的弹性模量（E－Modul）（对应于大致1.4至69.0 N/mm²）。