具有冷卻設備的光伏模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及具有冷卻設備的光伏模塊（100），至少包括：由相疊地布置的后片材（2）、光伏層系統（3）和前片材（1）組成的層壓復合體（101），以及布置在后片材（2）的后側（IV）上的結構板材（5），其中將至少一個在冷卻劑入口（19）和冷卻劑出口（20）之間伸展的通道（6）引入到結構板材（5）中，在結構板材（5）的表面上構造至少兩個接觸面（7,7’）,所述接觸面通過通道（6）彼此分離并且經由所述接觸面使結構板材（5）與后側（IV）連接，并且至少部分地用液態冷卻劑填充通道（6）。
【專利說明】具有冷卻設備的光伏模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有冷卻設備的光伏模塊、其制造方法以及其應用。
【背景技術】
[0002]光伏模塊可以將射到所述光伏模塊上的太陽輻射轉換成電能。已知的是，該轉換的效能決定性地取決于光伏模塊的溫度。最優的效能典型地在大約20°C至大約50°C的溫度范圍中被達到。但是由于直接太陽輻照和在將輻射能量轉換成電能時部分巨大的熱量損耗，光伏模塊在運行中可能被加熱到直至100°C的溫度。由此，產生電能的效能明顯被降低。
[0003]光伏模塊的效率的升高可以通過冷卻光伏模塊來實現。這樣的冷卻例如可以通過對光伏模塊的后側通風來實現。明顯更有效的冷卻可以借助于液態冷卻劑來實現。
[0004]由DE 197 47 325 Al已知一種光伏模塊，其被安置在用液態冷卻劑填充的金屬容器上。光伏模塊的冷卻通過將熱量發出給冷卻劑并且冷卻劑在金屬容器內流通來實現。冷卻效果在此受限制，因為未設置冷卻劑的主動冷卻裝置。這樣的解決方案此外具有高的空間需求。
[0005]由US 2011/0168233 Al已知一種光伏模塊，在其后側處布置冷卻設備。冷卻設備包括基板和冷卻板。在冷卻板上安置冷卻管，其中將液態冷卻劑泵浦通過所述冷卻管。但是，光伏模塊的制造由于冷卻設備的很多元件而是昂貴的。
【發明內容】
[0006]本發明的任務是提供具有改善的冷卻設備的光伏模塊，所述冷卻設備可以簡單地和成本低地來制造，具有小的空間需求并且能夠實現光伏模塊的有效冷卻。
[0007]本發明的任務根據本發明通過根據獨立權利要求1所述的具有冷卻設備的光伏模塊解決。優選的實施方案由從屬權利要求中得知。
[0008]具有冷卻設備的本發明光伏模塊至少包括以下特征:
-由相疊地布置的后片材、光伏層系統和前片材組成的層壓復合體，和 -布置在后片材的后側上的結構板材，
其中
-將至少一個在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間伸展的通道引入到結構板材中，
-在結構板材的表面上構造至少兩個接觸面，所述接觸面通過通道彼此分離并且經由所述接觸面使結構板材與后片材的后側連接，并且-至少部分地用液態冷卻劑填充通道。
[0009]在本發明的意義上用前片材表不光伏模塊的朝向光入射的片材。用后片材表不背離光入射的片材。前片材和后片材分別具有前側和后側。在本發明的意義上，用前側表示朝向光入射的側。用后側表示背離光入射的側。前片材的后側和后片材的前側彼此朝向并且經由中間層通過層壓相互連接。
[0010]如果元件包含至少一種材料，則這在本發明的意義上包括以下情況下:該元件由金屬組成。
[0011]結構板材根據本發明被構造有至少一個在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間伸展的通道。通過該通道，在結構板材的第一表面上構成凹處并且在結構板材的相對的第二表面上構成對應的突起部。結構板材的第一表面具有至少兩個接觸面，所述接觸面布置在共同的平坦層面中。兩個接觸面通過通道相互分離并且與通道鄰接。結構板材經由接觸面與后片材的后側連接。通過在結構板材中的本發明通道和后片材的后側構造用于液態冷卻劑的管路。通道在冷卻入口與冷卻劑出口之間伸展，所述冷卻劑入口和冷卻劑出口是管路的開口。通過所述開口可以將通道與冷卻劑始流件(Vorlauf)和冷卻劑回流件(Riicklauf )連接。冷卻劑因此可以通過通道引導并且所吸收的熱量在光伏模塊外通過適當的裝置又被發出。
[0012]通道優選地通過在結構板材中的變形來構造并且在結構板材的朝向后片材的表面上構成凹處和在結構板材的背離后片材的表面上構成突起部。
[0013]結構板材提供要簡單制造的、成本低的和有效的冷卻設備。此外，結構板材提供用于將光伏模塊固定在使用位置處的界面并且引起光伏模塊的加強或加固。如果例如在具有前片材和后片材的小厚度的光伏模塊情況下希望這樣的加強，則從而不需要安置附加的加強元件。這是本發明的大優點。
[0014]結構板材優選地具有0.1mm至3.0mm、特別優選地0.3mm至0.8mm的厚度。這在本發明通道到結構板材中的簡單引入、結構板材的穩定性和加強作用方面是特別有利的。結構板材優選地具有恒定的厚度。在本發明的意義上，用結構板材的厚度表示材料厚度。
[0015]結構板材原則上可以由每種適當的金屬或每種適當的合金制成。結構板材優選地至少包含鋼和/或鋁。這在成本低的制造和結構板材的穩定性方面是特別有利的。
[0016]結構板材中的本發明通道優選地具有0.5mm至20mm、特別優選地2mm至1mm的深度。這在結構板材的小空間需求和冷卻效果方面是特別有利的。通道的深度在橫截面上垂直于通道的擴展方向地被確定。在本發明意義上通道的深度于是是結構板材的朝向后片材的表面在通道的區域中與布置有接觸面的層面的最大垂直間距。通道的深度優選地沿著通道的擴展方向是恒定的。
[0017]通道優選地具有2mm至50mm、特別優選地5mm至20mm的寬度。這在冷卻效果和在結構板材和后片材之間的穩定連接方面是特別有利的。在本發明的意義上用通道的寬度表示在布置有接觸面的層面中通道的寬度。
[0018]在垂直于通道的擴展方向的橫截面中通道的輪廓根據本發明不局限于特定形狀。通道的輪廓可以例如具有矩形、三角形、圓片段、橢圓片段或梯形的形狀。隨著與后片材的間距增長而變窄的輪廓、例如三角形、梯形、圓片段或橢圓片段可以是優選的，因為這些輪廓在相同的冷卻劑量情況下與例如矩形輪廓相比導致冷卻劑與后片材的更大接觸面。
[0019]通道優選地在結構板材上方曲折形地延伸。由此，實現特別有利的冷卻效果。通道在此特別優選地具有彼此平行的區段，所述區段通過環路式區段相互連接。通道的相鄰的平行區段優選地彼此具有5mm至10mm的間距。因此，在冷卻方面實現特別好的結果。
[0020]通道優選地完全用冷卻劑填充。因此，實現特別有利的冷卻效果。
[0021]冷卻劑入口和冷卻劑出口優選地布置在結構板材的至少一個側邊處。這在本發明結構板材的簡單制造方面是特別有利的，因為冷卻劑入口和冷卻劑出口可以在引入通道時在無諸如鉆孔的另外方法步驟情況下被提供。用于冷卻液的管路于是在結構板材的至少一個側邊處具有兩個開口，其中可以使所述開口與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件連接。這樣的側向連接在使用位置處明顯比經由結構板材的后側的連接節省空間，因為光伏模塊可以以與底座、例如建筑物頂的較小間距布置。冷卻劑入口和冷卻劑出口可以布置在結構板材的相同側邊處或在結構板材的兩個不同的側邊處。
[0022]在本發明的有利構型中，冷卻劑入口和冷卻劑出口布置在結構板材的兩個相對的側邊處。通道與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件的連接于是是特別簡單的和節省空間的，因為冷卻劑始流件和冷卻劑回流件可以布置在光伏模塊的相對側處。尤其是，可以使多個本發明光伏模塊簡單地并行地與同一冷卻劑始流件和同一冷卻劑回流件連接。
[0023]通道優選地通過對在初始狀態中平坦的結構板材變形被引入到結構板材中，例如通過深沖或空心擠壓。
[0024]在結構板材的接觸面與后片材之間的連接優選地借助于粘接劑實現。粘接劑在此必須適用于提供結構板材與后片材的相對于冷卻劑密封的和在化學以及機械上穩定的連接。適當的粘接劑例如是聚氨酯粘接劑。
[0025]接觸面優選地被構造在扣除通道區域的、結構板材的朝向后片材的整個表面上并且完全用粘接劑覆蓋。因此，有利地實現在結構板材與后片材之間的特別穩定的連接。
[0026]在一種有利的構型中，在結構板材的背離后片材的表面上布置一個或多個固定元件。借助于固定元件可以將光伏模塊固定在使用位置處、例如固定在支架處。固定例如通過擰緊、夾緊、粘接固定元件和/或通過將固定元件推入到軌道中來進行。固定元件優選地布置在結構板材的邊緣區域中。本發明結構板材通過固定元件有利地提供用于將光伏模塊固定在使用位置處的界面。
[0027]固定元件例如可以具有有角度的(winkelartig)橫截面，其中平坦地、平行于后片材的后側構造的部分區域伸出光伏模塊的側邊。固定元件例如可以通過熔接、焊接或粘接被安置在結構板材上。可替換地，固定元件可以與結構板材一體地構造，其中使在初始狀態中平坦的結構板材的側邊或側邊的凸出的區域向固定元件彎曲。
[0028]原則上，具有足夠導熱性的每種適當的、對于技術人員已知的冷卻液可以被用作冷卻劑。冷卻劑例如可以至少包含水或水-乙二醇混合物。冷卻劑也可以包含添加劑、油或氣體。
[0029]前片材優選地包含未預加應力的、部分預加應力的或預加應力的或硬化的、例如以熱的或化學方式硬化的玻璃。前片材優選地包含鈉鈣玻璃、低鐵的鈉鈣玻璃或者硼硅酸鹽玻璃。這在光伏模塊的穩定性、保護光伏層系統免受機械損壞和太陽光通過前片材的透射方面是特別有利的。
[0030]后片材在有利的構型中包含未預加應力的、部分預加應力的或預加應力的或硬化的、例如以熱的或化學方式硬化的玻璃。后片材優選地包含鈉鈣玻璃、低鐵的鈉鈣玻璃或者硼硅酸鹽玻璃。但是可替換地，后片材也可以包含例如塑料、例如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物、玻璃纖維加強的塑料、金屬或金屬合金、例如不銹鋼。
[0031]前片材和后片材優選地分別具有0.1mm至10mm、例如1.5mm至5mm的厚度。
[0032]在本發明的有利構型中，前片材和/或后片材具有非常小的厚度。前片材和/或后片材優選地具有Imm至6mm、特別優選地2mm至4mm的厚度。這樣的光伏模塊具有有利地小的重量。本發明冷卻設備對于具有小片材厚度的光伏模塊是特別有利的，因為通過本發明結構板材實現光伏模塊的加強和加固，使得不必施加附加的加強元件。
[0033]前片材和后片材的面積可以是10cm2直至18m2，優選地0.5m2至3m2。前片材和后片材可以是平坦的或彎曲的。
[0034]光伏層系統引起用于將輻射能量轉換成電能所需要的載流子分離。光伏層系統優選地包括至少一個在前電極層與后電極層之間的光伏活性吸收層。前電極層在此布置在吸收層的朝向光入射的側上。后電極層布置在吸收層的背離光入射的側上。
[0035]光伏活性吸收層根據本發明不局限于特定的類型。吸收層例如可以包含單晶、多晶、非微晶(mikromorph)或非晶娃、半導體有機聚合物或低聚物、締化鎘(CdTe)、砷化鎵(GaAs)、硒化鎘(CdSe)。
[0036]在本發明的優選構型中，吸收層包含P導電的黃銅礦半導體，諸如銅-銦-硫/硒(CIS)族化合物、例如銅-銦二硒化物(CuInSe2)或者銅-銦-鎵-硫/硒(CIGS)族化合物、例如CU(InGa) (SSe) 2。具有基于Cl (G) S的吸收層的光伏模塊具有特別高的溫度系數，也即隨著溫度升高特別強烈的效率減少。與功率有關的溫度系數大約處于-0.35%/°C至-0.5%/0C的范圍中。效率的溫度相關性因此與例如在具有基于非晶硅(大約-0.18%/0C至-0.23%/°C)或碲化鎘(大約-0.18%/°C至-0.25%/°C)的吸收層的光伏模塊情況下相比明顯更顯著。在這樣的光伏模塊情況下，因此通過本發明冷卻設備獲得特別好的結果。
[0037]在本發明的可替換的優選構型中，吸收層包含多晶硅。具有這樣的吸收層的光伏模塊也具有大約在-0.32%/°C至-0.51%/°C的范圍中的高溫度系數。通過本發明冷卻設備，可以特別有利地升高效率。
[0038]基于單晶硅的光伏模塊也具有大約在-0.32%/°C至-0.51%/°C的范圍中的高溫度系數。通過本發明冷卻設備，可以特別有利地升高效率。
[0039]溫度系數的所說明的值從以下出版物中得出:Volker Quaschning,Regenerative Energiesysteme, Carl Hanser 出版社 2009, 第 190 頁(ISBN978-3446421516)。
[0040]吸收層優選地具有500nm至5 μ m、特別優選地I μ m至3 μ m的層厚。吸收層可以用金屬、優選地鈉摻雜。
[0041]光伏層系統可以被施加在后片材的前側上(底襯配置(Substrat-Konfigurat1n))。光伏層系統可替換地可以被施加在前片材的后側上(頂襯配置(Superstrat-Konfigurat1n))。底襯配置和頂襯配置尤其是在薄層光伏模塊情況下是常見的。
[0042]但是，光伏層系統可替換地也可以布置在中間層的第一和第二薄膜之間，如這尤其是在具有結晶吸收層的光伏模塊情況下是常見的。光伏層系統于是在本發明的意義上布置在中間層中。
[0043]在優選的構型中，本發明光伏模塊具有底襯配置。在此，光伏結構的特別有效的冷卻可以通過后片材的后側上的本發明結構板材實現。
[0044]后電極層例如可以包含至少一種金屬，優選鑰、鈦、鎢、鎳、鈦、鉻和/或鉭。后電極層優選地具有300nm至600nm的層厚。后電極層可以包括不同單層的層堆疊。優選地，層堆疊包含例如由氮化硅組成的擴散阻止層，以便防止例如鈉從襯底擴散到光伏活性吸收層中。
[0045]前電極層在以下光譜范圍中是透明的，在所述光譜范圍中吸收層是敏感的。前電極層例如可以包含η導電的半導體，優選地摻雜鋁的氧化鋅或者銦-錫氧化物。前電極層優選地具有500nm至2 μ m的層厚。
[0046]電極層也可以包含銀、金、銅、鎳、鉻、鎢、氧化錫、二氧化硅、氮化硅和/或其組合以及混合物。
[0047]光伏層系統優選地具有5mm至20mm、特別優選1mm至15mm的與光伏模塊的外邊的環繞的間距，以便被保護免受濕氣進入或由在邊緣處的固定元件引起的遮陰。
[0048]前片材的后側經由至少一個中間層與后片材的前側連接。在前片材和后片材之間的連接大面積地經由光伏層系統實現。中間層優選地包含熱塑性塑料，諸如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和/或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或其多個層，其優選地具有0.3mm至0.9mm的厚度。中間層也可以包含聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚丙烯酸脂、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙酸酯樹脂(Polyacetatharz )、燒鑄樹脂、丙烯酸酯、氟化乙丙烯、聚氟乙烯、乙烯四氟乙烯、其共聚物和/或混合物。
[0049]前電極層和后電極層通過本身已知的元件電接觸，例如借助于集流導體(匯流排(bus bar))和薄膜導體。薄膜導體例如可以側向地在中間層的區域中或者通過后片材中的至少一個孔在結構板材的接觸面的區域中從光伏模塊引導出。
[0050]前片材和/或后片材可以具有本身已知的涂層，例如抗反射層、抗附著層、抗刮層和/或擴散阻擋層。光伏模塊可以包括其他本身已知的元件，諸如固定裝置、框架和/或配件。
[0051 ] 本發明光伏模塊優選地在裝置內運行。用于對光伏模塊進行冷卻的本發明裝置至少包括以下特征:
-至少一個本發明光伏模塊，
-冷卻劑始流件，其與光伏模塊的結構板材的冷卻劑入口連接，
-冷卻劑回流件，其與光伏模塊的結構板材的冷卻劑出口連接，
-具有至少一個冷卻劑入口和至少一個冷卻劑出口的冷卻劑冷卻裝置，其中冷卻劑冷卻裝置的冷卻劑入口與冷卻劑回流件連接并且冷卻劑冷卻裝置的冷卻劑出口與冷卻劑始流件連接，和
-結構板材的通道、冷卻劑始流件、冷卻劑回流件和冷卻劑冷卻裝置中的液態冷卻劑。
[0052]通過在結構板材的通道中以及后片材的后側構成的管路、冷卻劑始流件、冷卻劑冷卻裝置和冷卻劑回流件構成閉合的冷卻劑回路。在光伏模塊的區域中加熱的冷卻劑經由冷卻劑回流件被輸送給冷卻劑冷卻裝置，其中冷卻劑發出熱量并且在此被冷卻到較小的溫度。經冷卻的冷卻劑經由冷卻劑始流件又被引入到結構板材的通道中。通過冷卻劑冷卻裝置對于光伏模塊實現特別有效的冷卻效果。
[0053]冷卻劑始流件和冷卻劑回流件例如可以被構成為管和/或軟管管道。在結構板材的通道和冷卻劑始流件或冷卻劑回流件之間的連接例如可以經由諸如連接管的連接件實現，所述連接件密封地與結構板材粘接、旋緊、熔接或焊接。為了密封在通道與冷卻劑始流件或冷卻劑回流件之間的連接也可以使用適當的密封劑。
[0054]在優選的構型中，用于對光伏模塊進行冷卻的裝置此外包括泵，所述泵適用于將冷卻劑泵浦通過閉合的冷卻劑回路。冷卻劑在冷卻劑回路中的環繞主動地借助于泵實現，這導致特別有利的冷卻效果。但是冷卻劑的環繞可替換地也可以在適當地對冷卻劑始流件、冷卻劑回流件、冷卻劑冷卻裝置和光伏模塊定位情況下通過由被加熱的冷卻劑引起的對流實現。
[0055]冷卻劑冷卻裝置在有利的構型中被構造為空氣冷卻裝置。這在裝置的簡單的、節省空間的和成本低的制造以及裝置的小維護強度方面是特別有利的。在此，冷卻劑冷卻裝置優選地包括至少一個管，所述管在冷卻劑始流件和冷卻劑回流件之間伸展。該管優選地具有高的導熱性并且例如至少包含銅、鋁、鋼或其他適當的材料。該管可以直地或例如環路式或曲折形地從冷卻劑回流件伸展至冷卻劑始流件。多個管也可以并行地與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件連接。
[0056]但是，冷卻劑冷卻裝置也可以例如通過具有二次(sekundar)冷卻劑回路的熱交換器實現。
[0057]在有利的構型中，多個光伏模塊、例如2至40個光伏模塊與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件連接。多個光伏模塊的冷卻裝置在此有利地通過同一冷卻劑回路實現。如果多個光伏模塊并行地與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件連接，則實現特別有利的冷卻。但是多個光伏模塊原則上也可以串行地與冷卻劑始流件和冷卻劑回流件連接。
[0058]冷卻劑回路可以包含其他對于技術人員看起來適當的元件，諸如閉塞栓、閥、例如排氣閥或者用于注入和用于交換冷卻劑的可關閉的開口。
[0059]本發明的任務此外通過用于制造本發明光伏模塊的方法，其中至少:
Ca)將至少一個在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間伸展的通道引入到結構板材中，
(b)將結構板材經由至少兩個接觸面與后片材的后側連接，其中所述至少兩個接觸面通過通道相互分離，和
(c)至少部分地用液態冷卻劑填充通道。
[0060]該通道優選地通過在初始狀態中平坦的結構板材中的變形、例如通過深沖或空心擠壓構造。
[0061]為了提供由相疊地布置的后片材、光伏層系統和前片材組成的層壓復合體，將光伏層系統施加到后片材的如側上或者如片材的后側上或者放入到中間層中。然后，將后片材的前側與前片材的后側經由中間層在熱、真空和/或壓力的作用下連接，例如通過高壓釜方法、真空袋方法、真空環方法、砑光機方法、真空層壓機或通過其組合連接。
[0062]如果光伏模塊是薄層光伏模塊，則光伏層系統的各個層優選地通過陰極濺射、蒸鍍或化學氣相沉積(chemical vapour deposit1n, CVD)施加。將光伏層系統放入到中間層中包括在中間層的第一和第二層之間布置光伏層系統。
[0063]可以以每種任意的時間順序來提供由相疊地布置的后片材、光伏層系統和前片材組成的層壓復合體和將通道引入到結構板材中。在時間上在提供了由相疊地布置的后片材、光伏層系統和前片材組成的層壓復合體之后將結構板材與后片材連接。
[0064]優選地通過粘接將結構板材與后片材連接。
[0065]優選地，在施加光伏層系統之后和在將前片材和后片材連接之前將后電極層和/或前電極層與例如薄膜導體導電連接用于電接觸。例如通過熔接、接合、焊接、夾緊或利用導電粘合劑粘接進行導電連接。
[0066]也可以通過集流導體將薄膜導體與后電極層和/或前電極層連接。
[0067]該方法可以包括其他本身已知的步驟，例如將光伏層系統通過切割成層系統的各個層或各個層組來劃分成各個光伏活性區域(所謂的太陽能電池)或者產生無涂層的邊緣區域。
[0068]在優選的實施方案中，在時間上在方法步驟(b)和(C)之間將冷卻劑始流件和結構板材的冷卻劑入口連接以及將冷卻劑回流件與將結構板材的冷卻劑出口連接。此外，將冷卻劑始流件與冷卻劑冷卻裝置的冷卻劑出口連接并且將冷卻劑回流件與冷卻劑冷卻裝置的冷卻劑入口連接。然后至少部分地用液態冷卻劑填充通道、冷卻劑始流件、冷卻劑回流件和冷卻劑冷卻裝置，例如經由可關閉的開口填充。
[0069]本發明的另一方面包括具有冷卻設備的本發明光伏模塊在建筑物的或用于在水上、路上或空中前進的運輸工具的頂上、在建筑物正面或空地上的應用。
[0070]本發明此外包括本發明結構板材在光伏模塊的后片材的后側上的應用，用于冷卻光伏層系統，優選地冷卻到20°C至50°C的溫度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0071]根據附圖和實施例更詳細地闡述本發明。附圖是示意圖并且不是按比例的。附圖不以任何方式限制本發明。其中:
圖1示出具有冷卻設備的本發明光伏模塊的背離光入射的側的俯視圖，
圖2示出根據圖1的光伏模塊的沿著A-A’的截面，
圖2a示出圖2的區段Z的放大圖示，
圖3示出根據圖1的光伏模塊的沿著B-B’的截面，
圖4示出用于對光伏模塊進行冷卻的本發明裝置的示意圖，和圖5根據流程圖示出本發明方法的實施例。
【具體實施方式】
[0072]圖1、圖2、圖2a和圖3各示出具有冷卻設備的本發明光伏模塊100的細節。光伏模塊100包括具有前側(I)和后側(II)的前片材I和具有前側(III)和后側(V)的后片材
2。前片材I的前側(I)朝向光入射。光伏層系統3被施加到后片材2的前側(III)上。后側(II)和前側(III)大面積地經由光伏層系統3借助于中間層4相互連接。前片材1、后片材2、光伏層系統3和中間層4構成層壓的復合體101。前片材I對于太陽光是透明的并且由具有少的鐵含量的硬化超白玻璃組成。后片材2由鈉鈣玻璃組成。前片材I和后片材2具有2.85mm的厚度。光伏模塊100具有1.6m x 0.7m的大小。中間層4包含聚乙烯醇縮丁醛(PVB)并且具有0.76mm的層厚。
[0073]光伏模塊100在底襯配置中是CIS薄層光伏模塊。光伏層系統3包括布置在后片材2的前側(III)上的后電極層10，其包含鑰并且具有大約300nm的層厚。光伏層系統3此外包含光伏活性吸收層11，其包含摻雜鈉的Cu (InGa) (SSe) 2并且具有大約2 μ m的層厚。光伏層系統3此外包含前電極層2，其包含摻雜鋁的氧化鋅(AZO)并且具有大約I μ m的層厚。在前電極層12與吸收層11之間布置緩沖層13，其包含單覆層硫化鎘(CdS)和單覆層本證氧化鋅(1-ZnO)。緩沖層引起在吸收層11和前電極層12之間的電子匹配。光伏層系統3利用用于制造薄層光伏模塊的本身已知的方法被劃分成各個光伏活性區域，所謂的太陽能電池，其經由后電極層10的區域彼此串聯。光伏層系統3在具有15mm寬度的后片材2的邊緣區域中以機械方式磨蝕地去除涂層。前電極層12和后電極層10經由未示出的薄膜導體以本身已知的方式電接觸。
[0074]在后片材2的后側(IV)上布置結構板材5。結構板材5由鋼組成并且具有0.8mm的厚度。通過深沖將通道6引入到結構板材5中。在結構板材5的兩個相對的側邊處通過通道6構造冷卻劑入口 19和冷卻劑出口 20。通道6曲折形地在冷卻劑入口 19和冷卻劑出口 20之間伸展。通道6具有直的、彼此平行布置的區段，其中相鄰的直區段通過環路式區段相互連接。通道6的寬度b為了更好地圖解非常大地示出。在實際構型中，通道6例如具有20_的寬度b和相應地具有明顯更大數量的曲折形回旋。通道6的相鄰的直區段例如彼此具有20mm的間距。
[0075]在結構板材5的朝向后片材2的表面上構造兩個接觸面7、7’，其通過通道6彼此分離。接觸面7、7’布置在平坦的層面中。結構板材5經由接觸面7、7’與后片材2的后側(IV)借助于粘接劑18連接。通過通道6和后側(IV)構成冷卻劑管路(L)，所述冷卻劑管路用在附圖中未示出的液態冷卻劑填充。通過粘接劑18提供在結構板材5和后片材2之間的持久穩定的和相對于冷卻劑密封的連接，所述粘接劑是聚氨酯粘接劑。冷卻劑入口 19和冷卻劑出口 20提供管路(L)的開口，所述開口被設置用于在冷卻回路內連接冷卻劑始流件和冷卻劑回流件。
[0076]通道6在垂直于其擴展方向的橫截面中具有梯形的形狀。僅在側邊的區域中，橫截面被構成為圓形的，以便能夠更簡單地與冷卻劑始流件或冷卻劑回流件連接。通道6具有5mm的深度t。
[0077]在結構板材5的背離后片材2的表面的邊緣區域中熔接固定元件8。固定元件8由鋼組成并且具有有角度的輪廓，其中每個固定元件8的區域凸出光伏模塊100的側邊。經由固定元件8的凸出的區域，光伏模塊100可以被固定在支架上，例如通過旋緊或推入到載體軌道中。
[0078]通過本發明結構板材5，提供用于液態冷卻劑的要簡單和成本低地制造的和節省空間的管路(L)。通過對光伏模塊100進行冷卻可以在運行中將光伏層系統3的溫度保持在大約20°C至50°C的范圍中。由此，將輻射能量轉換成電能的效率明顯被提高。這樣的冷卻尤其是在CIS薄層光伏模塊情況下由于其高溫度系數是特別有利的。通過結構板材5構造的管路的側開口允許在光伏模塊100的側邊的區域中連接冷卻劑始流件和冷卻劑回流件。這樣的側向連接在使用位置處比經由結構板材5的后側的連接明顯更節省空間，因為光伏模塊100可以以與底座、例如建筑物頂的較小間距布置。結構板材5此外導致光伏模塊100的加強和加固，這由于前片材I和后片材2的小厚度是有利的。不需要附加的加強元件。此外，結構板材5通過固定元件8是用于將光伏模塊100固定在使用位置處的界面。這是本發明的大的優點。
[0079]圖4示出用于對光伏模塊進行冷卻的本發明裝置的示意圖。該裝置示例性地包括三個本發明光伏模塊100。每個光伏模塊100的結構板材5的通道6經由冷卻劑入口 19與冷卻劑始流件14連接。每個光伏模塊100的結構板材5的通道6經由冷卻劑出口 20與冷卻劑回流件15連接。光伏模塊100并行地與冷卻劑始流件14和冷卻劑回流件15連接，使得在冷卻劑始流件14和冷卻劑回流件15之間的冷卻劑分別僅經過光伏模塊100。冷卻劑始流件14和冷卻劑回流件15被構造為由鋼組成的管。在通道6與冷卻劑入口 19或冷卻劑出口 20之間的連接分別經由連接件9實現。每個連接件9包括兩個短金屬管和布置在金屬管之間的和夾到金屬管上的軟管。一個金屬管在冷卻劑入口 19 (或冷卻劑出口 20)的區域中與結構板材5熔接，另一金屬管與冷卻劑始流件14 (或冷卻劑回流件15)連接，例如借助于螺紋旋緊。該裝置此外包括泵16，所述泵布置在冷卻劑始流件14的兩個區段之間。
[0080]冷卻劑始流件14和冷卻劑回流件15在離開光伏模塊100的地方(abseits)經由冷卻劑冷卻裝置17相互連接。冷卻劑冷卻裝置17是空氣冷卻裝置并且包括四個由鋼組成的管23，所述管平行地在冷卻劑始流件14和冷卻劑回流件15之間伸展。冷卻劑冷卻裝置17的每個管23具有冷卻劑入口 21和冷卻劑出口 22，其中冷卻劑入口 21與冷卻劑回流件15連接并且冷卻劑出口 22與冷卻劑始流件14連接，例如借助于螺紋旋緊。
[0081]通過結構板材5的通道6和后片材2構造的管路(L)、具有泵16的冷卻劑始流件
14、冷卻劑回流件15、連接件9和冷卻劑冷卻裝置17提供閉合的冷卻劑回路。冷卻劑回路例如用水作為冷卻劑填充。冷卻劑通過泵16被泵浦通過冷卻劑回路。在光伏模塊100的區域中，冷卻劑從光伏模塊100吸收熱量并且由此導致光伏層系統3的溫度降低。被加熱的冷卻劑將熱量通過冷卻劑冷卻裝置17發出給環境空氣。光伏層系統3的溫度因此可以持久地被保持在20°C至50°C的范圍中。
[0082]圖5示例性地示出用于制造具有冷卻設備的光伏模塊的本發明方法。
[0083]對于技術人員未預期的和吃驚的是，通過本發明結構板材可以以簡單的、節省空間的和成本低的方式實現光伏模塊的光伏層系統的有效冷卻。對于技術人員進一步未預期的和吃驚的是，通過本發明結構板材同時可以提供光伏模塊的加強和加固和用于固定光伏模塊的界面。
[0084]附圖標記列表:
(O前片材
(2)后片材
(3)光伏層系統
(4)中間層
(5)結構板材
(6)通道
(7)結構板材5的接觸面 (7’)結構板材5的接觸面
(8)固定元件
(9)連接件
(10)后電極層
(11)吸收層
(12)前電極層
(13)緩沖層
(14)冷卻劑始流件(15)冷卻劑回流件
(16)泵
(17)冷卻劑冷卻裝置
(18)粘接劑
(19)結構板材5的冷卻劑入口
(20)結構板材5的冷卻劑出口
(21)冷卻劑冷卻裝置17的冷卻劑入口
(22)冷卻劑冷卻裝置17的冷卻劑出口
(23)管
(100)光伏模塊
(101)由前片材1、光伏層系統3和后片材2組成的層壓復合體(L)冷卻劑管路
b通道6的寬度t通道6的深度I前片材I的前側II前片材I的后側III后片材2的前側IV后片材2的后側A-A ’截線B-B ’截線
Z光伏模塊100的區段。
【權利要求】
1.具有冷卻設備的光伏模塊(100)，至少包括: -由相疊地布置的后片材(2)、光伏層系統(3)和前片材(I)組成的層壓復合體(101)，和 -布置在后片材(2)的后側(IV)上的結構板材(5)， 其中 -將至少一個在冷卻劑入口(19)和冷卻劑出口(20)之間伸展的通道(6)引入到結構板材(5)中， -在結構板材(5)的表面上構造至少兩個接觸面(7，7’)，所述接觸面通過通道(6)彼此分離并且經由所述接觸面使結構板材(5)與后側(IV)連接，和-至少部分地用液態冷卻劑填充通道(6)。
2.根據權利要求1所述的光伏模塊(100)，其中通道(6)通過在結構板材(5)中的變形構造并且在結構板材(5)的朝向后片材(2)的表面上構成凹處和在結構板材(5)的背離后片材(2)的表面上構成突起部。
3.根據權利要求1或2所述的光伏模塊(100)，其中通過通道(6)和后側(IV)構成冷卻劑管路(L)。
4.根據權利要求1至3之一所述的光伏模塊(100)，其中冷卻劑入口(19)和冷卻劑出口(20)布置在結構板材(5)的至少一個側邊處，優選地布置在兩個相對的側邊處，并且其中通道(6)優選曲折形地伸展。
5.根據權利要求1至4之一所述的光伏模塊(100)，其中結構板材(5)至少包含鋼和/或招。
6.根據權利要求1至5之一所述的光伏模塊(100)，其中結構板材(5)具有0.1mm至3.0mm、優選地0.3mm至0.8mm的厚度,并且其中結構板材(5)的厚度優選地是恒定的。
7.根據權利要求1至6之一所述的光伏模塊(100)，其中通道(6)具有0.5mm至20mm、優選地2mm至1mm的深度t并且優選地具有2mm至50mm、特別優選地5mm至20mm的寬度b0
8.根據權利要求1至7之一所述的光伏模塊(100)，其中結構板材(5)經由粘接劑(18)、優選地聚氣酷粘接劑與后片材(2)連接。
9.根據權利要求1至8之一所述的光伏模塊(100)，其中在結構板材(5)的背離后片材(2)的表面上布置至少一個固定元件(8)。
10.根據權利要求1至9之一所述的光伏模塊(100)，其中光伏層系統(3)包括至少一個在前電極層(12)與后電極層(10)之間的光伏活性吸收層(11)，并且其中光伏活性吸收層(11)至少包含多晶硅或銅-銦(鎵)-硫/硒(Cl (G) S)并且其中光伏層系統優選地布置在后片材(2)的前側(III)上。
11.用于對光伏模塊進行冷卻的裝置，至少包括: -至少一個根據權利要求1至10之一所述的光伏模塊(100)， -冷卻劑始流件(14)，其與冷卻劑入口(19)連接， -冷卻劑回流件(15)，其與冷卻劑出口(20)連接， -具有至少一個冷卻劑入口(21)和還少一個冷卻劑出口(22)的冷卻劑冷卻裝置(17)，其中冷卻劑入口(21)與冷卻劑回流件(15)連接并且冷卻劑出口(22)與冷卻劑始流件(14)連接，和 -在通道(6 )、冷卻劑始流件(14 )、冷卻劑回流件(15 )和冷卻劑冷卻裝置(17 )中的液態冷卻劑。
12.根據權利要求11所述的裝置，所述裝置包括泵(16)，所述泵適用于將冷卻劑泵浦通過通道(6 )、冷卻劑始流件(14 )、冷卻劑回流件(15 )和冷卻劑冷卻裝置(17 )。
13.根據權利要求11或12所述的裝置，其中冷卻劑冷卻裝置(17)包括至少一個在冷卻劑始流件(14)和冷卻劑回流件(15)之間伸展的管(23)。
14.用于制造根據權利要求1至10之一所述的光伏模塊(100)的方法，其中至少: Ca)將至少一個在冷卻劑入口(19)和冷卻劑出口(20)之間伸展的通道(6)引入到結構板材(5)中， (b)將結構板材(5)經由接觸面(7，V)與后片材(2)的后側(IV)連接，和 (c)至少部分地用液態冷卻劑填充通道(6)。
15.根據權利要求14所述的方法，其中在方法步驟(b)和方法步驟(c)之間 -將冷卻劑始流件(14)與冷卻劑入口( 19)連接， -冷卻劑回流件(15)與冷卻劑出口(20)連接， -將冷卻劑始流件(14)與冷卻劑冷卻裝置(17)的冷卻劑出口(22)連接，和 -將冷卻劑回流件(15)與冷卻劑冷卻裝置(17)的冷卻劑入口(21)連接， 并且其中在方法步驟(c)中至少部分地用液態冷卻劑填充通道(6)、冷卻劑始流件(14)、冷卻劑回流件(15)和冷卻劑冷卻裝置(17)。
16.結構板材(5)在根據權利要求1至10之一所述的光伏模塊(100)的后片材(2)的后側(IV)上的應用，用于將光伏層系統(3)冷卻到20°C至50°C的溫度。
【文檔編號】H02S40/42GK104205622SQ201380018322
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】H-W.庫斯特 申請人:法國圣戈班玻璃廠