专利名称：具有斜置光伏电池的绝缘玻璃复合体以及制造方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池，这些太阳能电池单独地或者连接成组地应用在光伏设备中、小型的独立于电网的用电器具中或者用于为空间飞行器供电。
背景技术：
太阳能模块的电接线值(例如开路电压和短路电流)独具特色。这是取决于各单独太阳能电池的特性和模块内部这些太阳能电池的接线。为了满足设备对于日光所产生的电流的要求，将一些太阳能电池借助多种不同的材料组合为一个太阳能模块。这种复合体满足下述目的 透明、耐辐射和耐气候的封盖板 坚固的电接头·保护易碎性的太阳能电池免受机械影响损坏·太阳能电池和电连接的防潮保护·对太阳能电池的充分冷却 导电构件的接触保护·操作及固定可能性目前具有各种不同构造形式的太阳能模块，其具有各种不同类型的太阳能电池。 下文借助世界范围最常用的模块类型对构造进行说明·在面向太阳一侧设置玻璃板(通常为所谓的单层安全玻璃，缩写ESG)， 透明的塑料层(乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或者聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或者改性的 EVA膜，例如朗盛公司(Lanxess)的 Levamelt EVM-橡胶(Lanxess EP1417097B1)), 太阳能电池被封装在该塑料层中，·通过钎焊带(Liitband )相互电连接的单晶的或者多晶的太阳能电池或者柔性的太阳能电池模块， 背面覆层，使用例如由聚氟乙烯(Tedlar)和聚酯如伊索沃尔塔公司(Isovolta) 的IcOSOlar(EP00655976Bl)制造的耐气候的塑料复合薄膜，或者也使用玻璃板，·带有空载二极管或者旁路二极管的接线盒和接线柱， 用于在运输、操作和装配过程中保护玻璃板的铝型材框架，针对于复合体的固定和加固，或者也可以是无框架的。在DE202008003967U1中介绍了一种太阳能光伏电池的组件，该太阳能光伏电池设置在一个绝缘玻璃复合体中。所述组件被设置在两块板之间，该两块板通过环绕的密封条密封地构成一个封闭的空腔。薄膜光伏电池通过一种粘结剂被固定在所述绝缘玻璃复合体的内侧面上。因此自然存在粘结剂在内部空腔中不受欢迎地析出气体的缺点和装配昂贵的问题。如在这个实用型式中所述的那样，总体上薄膜光伏电池被构造为单电池式 (einzellig)-因为相应的串联/并联已经可以在薄膜布局内实施。如果在一个绝缘玻璃复合体中设置2个或更多个薄膜电池的话，那么在这种情况下通常通视(Durchsicht)起着主导作用，这样在例如中心区域可以不设置薄膜电池，因此所述绝缘玻璃复合体也可以作为窗户使用。EP00499075B1提出一种太阳能电池串，在该太阳能电池串中相互被间隔开的太阳能电池经由接触元件被串联起来，该接触元件容许电池块间的相对运动。在一种通常的实施方式中，例如EP01018166B1所述，这样连接和串联或者并联的太阳能电池的两端在层压机中被添加封装材料，举例来说的情况以及通常的情况下为 EVA (乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)。在前述现有技术中，存在着太阳能电池通过层压处理装配和固定在相应的支承板上的费用高的缺点。另外，在已知的太阳能模块中没有考虑整合到垂直或者近似垂直的建筑物正面 (立面)之中的情况。然而，在设置有窗户或者其他的开口的建筑物正面的情况下，很重要的是在正面上整合用于获得电能的这种模块，既不影响正面的外观，此外还能够从建筑物的内部透过整合在正面一侧的太阳能模块看到外部。
发明内容
因此本发明的目的是，将如DE202008003967U1所述的大量的太阳能电池如此地固定，使其能够被整合到垂直或者近似垂直的建筑物正面(立面)中。为了实现所提出的所述目的，本发明的特征在于权利要求1的技术教导。本发明的基本特征是，所述太阳能电池相对垂直线倾斜地设置在大致垂直(竖直)立着的绝缘玻璃体的内部空腔中，该绝缘玻璃体被固定在近乎垂直的建筑物正面内或上。绝缘玻璃体包括一个绝缘玻璃模块，该绝缘玻璃模块则又至少包括一个前板和至少一个与之间隔开设置的背板以及内部空腔，在该内部空腔内设置有太阳能电池。优选地，内部空腔被填充惰性气体，并且太阳能电池通过钎焊被固定在所述板中至少之一的内侧面上。通过相对垂直线被斜置的太阳能电池，在绝缘玻璃复合体被垂直设置在建筑物正面中的情况下达到一种有利的太阳光入射角。本发明使用单晶或者多晶模块，也就是晶硅(C-Si)电池或者其他的光伏电池，特别是小型的单件式(stilckweise)电池块。这些太阳能电池也可以构造为柔性的，并且可以使用有机太阳能电池(例如Konarka(科纳卡))或者颗粒太阳能电池(Nanosolar (纳米太阳能)，SSP Spheral Solar ATS, Taiyo Yuden(太阳诱电)，Kyocera(京瓷)等等)或者还有以a-Si (非晶硅)、a-Si-Tandem(a-Si-叠层)、CIS (铜铟硒)、CIGS (铜铟镓二硒)为基础的单件式或者蜂巢式的(zellenartig)薄膜太阳能电池等。晶硅电池块具有例如从157 X 157mm至约120 X 120mm范围内的尺寸，并且根据玻璃上设置的钎焊支承点可以近乎随意地布置，其中，倾斜位置是通过电池尺寸和绝缘玻璃复合体的两个玻璃板的间距确定的。内部空腔中玻璃板之间的通常的间距在从小于5mm至大于30mm的范围内。与所述太阳能电池的边缘长度15. 7cm相比，受最大为35mm的小的板间间距的制约，为了达到绝缘玻璃模块嵌入建筑物正面的小的嵌入深度，所述绝缘玻璃模块内部空腔内太阳能电池的倾斜安置是必需的。通过各个单独的、鳞片状叠放的太阳能电池的垂直间隔的布置型式及其定位，在一定的范围内能够获得从建筑物的内部空间通过绝缘玻璃模块向外的通视。反过来由此还达到例如20%的透光性。应该尽可能如此地鳞片状地布置各单独的、斜置的太阳能电池，S卩，使得所述太阳能电池在水平边缘的范围内不相互遮蔽。然而优选如此地选择鳞片状叠置的太阳能电池相互间的垂直的间距，S卩，产生百叶窗效果的通视区域。因此所述鳞片状的太阳能电池并不搭接，而是在其相互间留下行状 (条状)的通视区域。作为补充，为了各个应用的最佳化同样也可以自由选择串联和并联。因此本发明的太阳能模块也可以被制成具有良好光学通视性的(建筑物_)窗户。当然接头可以很简单地被直接安装和热固定在玻璃的内侧面上后穿过具有一次和二次绝缘的空心型材被引向外部。当然同时也可以同样非常简单地整合安装可能的二极管或者电阻器。由此产生主要的优点，即通过在一个这样的绝缘玻璃模块内部空腔中斜置太阳能电池而形成具有最佳朝阳角度的良好支承，因为现在太阳能电池可以简单地被倾斜安置在背板的内侧面上，其中，在抬高的那端的支承同时也是电接触连接。如可以通过粘结剂滴或者钎焊实施的简单的位置保证措施或者位置固定措施已经足以满足要求，所述粘结剂滴或者钎焊例如被设置在太阳能电池的下端部，并构成与所述背板的内侧面的粘结。在本发明中采用例如15. 7cm见方的小型太阳能电池模块，该太阳能电池模块设置有可焊的和导电性好的边缘元件或者带状物，该边缘元件或者带状物使电池块的下侧面与串联的电池块的上侧面的结构相连，然后构成模块的接头。在此，可以根据现有技术选择串联和并联的方式，以及，同样也可以根据现有技术选择这种连接带状物(String，串线) 的数量，其中，两个串线是通常的数量。在本发明的另一个设计方案中具有如下的设计，即为了保证太阳能电池的位置， 连接电池块的串线被焊接在背板的内侧面上。由此构成特别简单的支承，并且由此也简化了这样的绝缘玻璃模块的装配，该绝缘玻璃模块在其内部只设置有起到位置保证作用的、被固定的太阳能电池。这样因此不再需要进行层压，并且太阳能电池可以说能被斜置在“白雪公主的棺材(Schneewittchensarg) ”里，以及被保证位置地固定在那里。根据本发明，内部空腔构造为空心腔，并被填充一种惰性气体，优选为氩气。这一点与现有技术不同，因为在现有技术中出于电气方面的原因具有如下设计，即太阳能电池的表面完全被一种塑料涂层覆盖，该塑料涂层是透光的，那就是说被构造为透明的或者半透明的，被用于支承所述太阳能电池和减少入射阳光的反射。根据本发明，这被省略了，因此大大节省了费用。在现有技术中其涉及的是所谓的 EVA-涂层(乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)。根据本发明省略了这种涂层，并因此大大降低了这种光伏元件的制造成本。同时由面向太阳一侧的玻璃内板或者太阳能电池表面上的可能的反射导致的效率损失通过倾斜位置得到补偿，或者总体效率高于类似的、被垂直整合在建筑物正面中的太阳能电池。由于取消了对太阳能电池的塑料涂层的涂覆，在绝缘玻璃模块的内部空腔内存在着反射的危险和由此导致的效率损失的危险。为了避免这种现象，提出在前板的上面加设一种防反射涂层。同样，可以在前板的表面上采用压花结构(PrMgestruktur )。然而更重要的是太阳能电池的倾斜位置应该能够提高所述总体效率。本发明的另外的重要的特征在于，由于太阳能电池被收纳在绝缘玻璃模块中，先决条件是所述绝缘玻璃模块四周全部被密封，并被充填前述的惰性气体，特别是氩气，或者被抽成真空。此外还具有以下设计，即边缘侧设置有环绕的空心型材，该空心型材一方面通过第一胶粘剂被固定在前板和背板的内侧面上，并且该空心型材的端面填有密封剂，该密封剂将这个间隔型材整体密封地保持和支承在所述前板与所述背板之间的中间空隙中。在本发明的第一实施方式中，太阳能电池仅仅通过增加附着力的粘结剂被斜置定位在背板的内侧面上。在第二实施方式中，太阳能电池在其串线的范围内被焊连在配属的传导层上，该传导层是设置在背板的表面上，其中，所述串线在一侧被抬高或者还装有一个具有电接触功能的间距保持元件。 本发明还提出了由两个上述位置保证措施构成的组合。特别的优点在于，这些传导层还可以被设置在边缘侧并且对外起到电流导体的导入及导出作用。这种光伏模块的一种优选制造方法包括下列工序(方法步骤)1.商业上通用的太阳能电池的制备，其具备配属的串线的电接头，这样这种光伏模块具有导电能力和功能能力。2.将这个如此事先准备好的、完全具备功能能力的光伏模块倾斜地置入开放的绝缘玻璃复合体中，其中前板还未盖上，并且至少要给定单独的光伏电池的单侧间距。3.倾斜安置在背板上的太阳能电池被适合的、保证位置的粘结剂固定在所述背板上以及在所述背板的内侧面上的可焊接的传导层上通过焊接工艺构成导入线和导出线。4.使用至少用于固定空心型材的胶粘剂将环绕边缘侧的所述空心型材安设在背板的内侧面上。5.通过将前板内侧面固定在空心型材侧的胶粘剂上而将所述前板安装在已经准备好的所述空心型材上。6.在前板与背板之间，环绕端面地填装密封剂，用以密封绝缘玻璃复合体中的空心型材。7.绝缘玻璃模块中的内部空腔被填充惰性气体，特别是氩气，或者被抽成真空。依第二种方法变型方案，如上所述实施所有工序，只有下述工序除外，即太阳能电池通过增加附着力的粘结剂被固定在背板的内侧面上。取而代之的是，起太阳能电池的电连接作用的串线借助钎焊连接或者摩擦焊连接被固定在背板内侧面上的配属的、可焊接的传导层上。本发明的发明主题不仅仅得自于各个权利要求的主题内容，而且还得自于各个权利要求相互间的组合。所有在本申请文件(包括摘要)中公开的信息和特征，特别是在附图中示出的空间结构设计，只要它们单独地或者组合地相对于现有技术来说是新的，便都作为发明创造的实质内容提请保护。
下文将借助示出多个实施方式的附图进一步阐述本发明。在此，由附图及其说明可得到本发明的其他具备创造性价值的特征和优点。附图中图1示出的是具有斜置太阳能电池(1，2)的绝缘玻璃模块的示意剖视图，图2示出的是具有斜置太阳能电池(1, 的绝缘玻璃模块的示意剖视图，所述斜置太阳能电池设置有角元件04)，图3示意性地示出的是在正面整合安装有绝缘玻璃模块的建筑物的剖视图，图4是图3所示出的建筑物正面的前视图。
具体实施例方式图1示出的是具有斜置太阳能电池1、2的绝缘玻璃模块的示意剖视图，该绝缘玻璃模块包括两个相互连接起来的太阳能电池1、2，该太阳能电池以未详细示出的方式通过串线18导电地相互连接。每个太阳能电池1、2都包括大量的电连接的单体电池块3。在本发明的范围内不涉及该太阳能电池的各种不同的接线方式。重要的是，太阳能电池1、2被定位地固定装入绝缘玻璃模块4内，其中，根据前述第一种方法变型方案，太阳能电池1、2被安装在由玻璃构成的背板11上，并且借助未详细示出的粘结剂被固定在这个背板11的表面上。其中，串线18相互导电连接，并在空心型材 12下的端部被引出。这样，接头15、16便实现电接触。将太阳能电池1、2固定在背板11的内侧面上以后，那么空心型材12被置入并且通过适合的胶粘剂13被粘接在所述背板11的内侧面上。然后放上前板7，该前板同样通过适合的胶粘剂13与所述空心型材12连接。所述胶粘剂13被构造为具有热弹性，并容许两块板7、11相互间有一定的运动间隙。然后，在端部环绕地涂敷密封剂14，该密封剂使空心型材12与板7、11密封地连接，并因此形成一种绝对密封的、就是说气密的封闭，这样，绝缘玻璃模块4的内部空腔9便与大气密封地隔绝。因此在所述内部空腔9内没有水蒸汽，特别是因为在所述空心型材12 内还放置有适当的干燥剂17，并通过相应的通风气道而具备通往所述绝缘玻璃模块4的内部空腔9的通路。在前板7的内侧面上可以设置被构造为防反射涂层的涂层8。将前板7安放在胶粘剂13上并用密封剂14进行密封时，还可以同时进行内部空腔9中现有空气与惰性气体的气体置换，然而原则上所述内部空腔9中的空气也可以保留或者所述内部空腔可以被抽成真空。沿箭头方向6射向绝缘玻璃模块4的前板7的太阳5的相应的射线因此适当地射入内部空腔9，其中，所述前板7的外侧面上的外侧涂层10防止向外反射。因此透过透明的或者半透明的前板7在所述内部空腔9中完美地照射在太阳能电池1、2上，该太阳能电池因此高效率地工作。不存在弄脏的危险和形成水蒸汽的危险。
通过干燥空气或者惰性的、干燥的气体对太阳能电池的包裹，老化现象被控制到最低程度。因此保证了高效率的太阳能电池的长的使用寿命。所述太阳能电池不是被一个去除重要的光强的散射防护层所覆盖，而是可以说敞露在“白雪公主的棺材”内，由此这个总体的布局能以基本上较高的效率运行。此外，可以根据两个玻璃板(7，11)之间的可利用的间距和太阳能电池(1，2)的尺寸06)来设定所述太阳能电池(1，2)的倾斜位置03)。在一个简单的实施中，能够通过串线-元件08)实现倾斜位置03)。在此，电池块下侧的串线(18)能够通过钎焊或者超声波焊接或摩擦焊被固定在传导层(19)上，电池块上侧的串线-元件(18)以相应的角度和间距被引导至所述传导层(19)的另一个元件上并接触连通。在这种情况下，通过串线-元件(18)实现了电气接线和包括倾斜位置03)的调节在内的机械固定。然而原则上也可以与串线-接触连接(18，19)分开地通过粘结元件来实现对所述太阳能电池(1, 的固定。其中，首先通过粘结-元件将电池块固定在倾斜位置内，然后使串线-元件(18)与传导层(19)建立电接触。串线-元件(18)不一定非要贯通太阳能电池(1，2)的整个长度( )，而是也可以仅仅单件地采用具有相应大的横截面以及因此具有相应的机械稳定性的串线-元件(18)。如下地选择太阳能电池(1，2)的布局，也就是太阳能电池(1，2)相互间的间距及其倾斜位置，即太阳光线(箭头方向6)被最大限度地转换为电能。通过倾斜位置03)和成行布置的太阳能电池(1，2)间的垂直间距得到一种百叶窗的效果，如特别是在图4中也能够看到的那样，达到了向下的或者还有依水平角度的通视四。原则上倾斜位置03)也是可以变化的，以及角度03)能够手动或者自动调节。图2示出的是具有斜置太阳能电池(1，2)的绝缘玻璃模块的示意剖视图，所述斜置太阳能电池设置有角元件(斜位元件24)。在这个实施方式中，具有串线-元件(18)的太阳能电池(1，2)借助单独的斜位元件04)被定位在玻璃板(11)上，然后便建立了电接触(18，19)。斜位元件04)可以由热塑性塑料或者热固性塑料或者也可以由金属或者陶瓷或者这些材料的组合构成，并且可以采用单独元件或者多重元件或多重结构。由此可以简化装配和提高装配速度。通常的太阳能电池(1, 具有一个小钝边(非活性边缘)，该钝边因此能够无效率损失地被用于边缘固定。另外，能够使用具有已经接触连接的串线(18)并如此被串接起来的太阳能电池 (1，2)，并且这些太阳能电池可借助斜位元件04)安置在玻璃板(11)上，然后被固定。在玻璃表面(11)上斜位元件04)例如可以借助粘接或者钎焊被固定在设置在其下的传导层(19)上，以及，所述斜位元件04)也可以如此构造，即，使得太阳能电池(1，2) 的另一端可以被定位或者被轻轻卡扣，这样所述太阳能电池(1，2)已经被牢固地固定在其倾斜位置03)中。图3中示出的是带有整合了太阳能电池(1，2)的绝缘玻璃模块的建筑物的示意剖视图。所述单独的太阳能电池(1，2)在内部空腔(9)内的最大倾斜位置由所述太阳能电池(1，2)的大小和两片玻璃板(7，11)的间距确定。优选地，如此选择所述太阳能电池 (1,2)的间距，即，在一定的太阳位置(5)的情况下，太阳射线(30)完全照射到所述单独的太阳能电池(1, 上或者尽可能地不遮挡其他的太阳能电池(1，2)。通过这样将太阳能电池鳞片状上下重叠地隔开，为在建筑物的内部区域内的人员 (28)提供一个通视( )，其中，优选所述通视朝向下方而并非沿太阳( 的视向朝向上方。 这样得到板片的半闭或者半开状态的类似百叶窗的效果。另外，还可以通过各个单独的太阳能电池1、2的侧向的间距实现通视四，其中，该间距可以在几毫米直到数个厘米的范围内选择。依据所选的间距，将达到更低的单位面积太阳能到电能的转换效率。图4中示意性地示出一个建筑物正面(XT)的平面图。其中，在正视图中示出具有若干太阳能电池(1，2)的单独的绝缘玻璃元件G)。太阳能电池(1，2)的宽度(31)很大程度上取决于所选择的太阳能电池类型，并且可以根据建筑结构上的需要来设计间距(32)， 以及可以用这种方式选择观景缝隙(通视)的大小。由太阳能电池(1，2)的实际高度或者长度06)和两片玻璃板(7，11)的间距或者由所述太阳能电池(1，2)的倾斜位置03)来确定斜置的太阳能电池(1，2)的高度(33)。 上下叠置的太阳能电池(1，2)的间距(34)通常是正的并且为几个毫米(mm)，并如此地选择使得各太阳能电池相互间不发生遮挡。附图标记表1 太阳能电池21钎焊连接2 太阳能电池22接头面3 单体电池块23角度(倾斜位置)4 绝缘玻璃模块 M斜位元件5 太阳25玻璃板(7，11)间距6 箭头方向26太阳能电池(2)长度7 前板27建筑物正面8 涂层(内侧)28人员9 内部空腔29通视10涂层(外侧)30与光伏电池的遮光相关的11背板太阳照射12空心型材31单独太阳能电池的宽度13胶粘剂32太阳能电池的水平间距14密封剂33斜置太阳能电池的高度15接头34上下叠置的太阳能电池16接头的间距17干燥剂18 串线19传导层(可钎焊)20热固定
权利要求
1.太阳能-模块，其包括大量的太阳能电池(1，2)，所述太阳能电池是设置在前面的和背面的板(7，11)之间的空间间隙中绝缘玻璃复合体内并被固定在那里，其特征在于所述太阳能电池(1, 相对垂直线倾斜地设置在大致垂直(竖直)立着的绝缘玻璃模块(4)的内部空腔(9)中，该绝缘玻璃模块(4)被固定在近乎垂直的建筑物正面(XT)内或上。
2.如权利要求1所述的太阳能-模块，其特征在于各个单独的太阳能电池(1，2)分别设置在依垂直方向相互间隔开的水平排列中，依垂直方向相邻的各排列呈鳞片状叠放。
3.如权利要求1或2所述的太阳能-模块，其特征在于在成行布置的太阳能电池(1， 2)呈鳞片状叠放的情况下，在相邻的行之间形成通视09)。
4.如权利要求1至3之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于所述太阳能电池(1， 2)被倾斜安置到背板(11)的内侧面上，其中，在抬高的那端的支承同时也是电接触连接。
5.如权利要求1至4之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于将所述太阳能电池 (1,2)相连接的串线(18)为了保证所述太阳能电池的位置而被钎焊在背板(11)的内侧面上。
6.如权利要求1至5之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于太阳能电池(1，2)仅仅借助增加附着力的粘结剂被斜置定位地固定在背板的内侧面上。
7.如权利要求1至6之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于所述太阳能电池(1， 2)的倾斜位置是通过串线-元件(18)按下述方式形成的在电池块下侧的串线(18) 借助钎焊或者超声波焊接或摩擦焊被固定在背板(11)的一传导层(19)上，并且，在电池块上侧的串线-元件(18)有角度03)和间距地被引至所述传导层(19)的另一元件上并被接触连接。
8.如权利要求1至7之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于所述太阳能电池(1， 2)的倾斜位置构造为可变化的，并且角度能手动或者自动调节。
9.如权利要求1至8之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于所述太阳能电池(1， 2)通过串线-元件(18)借助单独的斜位元件04)被定位在玻璃板(11)上。
10.如权利要求1至9之任一项所述的太阳能-模块，其特征在于所述太阳能电池(1， 2)沿垂直方向形成的高度大于在所述绝缘玻璃模块的所述板(7，11)之间沿水平方向形成的间距。
11.如权利要求10所述的太阳能-模块，其特征在于在所述太阳能模块(1，2)的垂直高度为157mm的情况下，所述板(7，11)之间的净空间距在5mm至50mm的范围内。
全文摘要
一种太阳能-模块，其包括大量的太阳能电池，所述太阳能电池是设置在前面的和背面的板之间的空间间隙中绝缘玻璃复合体内并被固定在那里，其中，所述太阳能电池相对垂直线倾斜地设置在大致垂直(竖直)立着的绝缘玻璃模块的内部空腔中，该绝缘玻璃模块被固定在近乎垂直的建筑物正面内或上。
文档编号H01L31/08GK102484165SQ201080028017
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月17日 优先权日2009年5月20日
发明者R·巴蒂斯图蒂 申请人:能源控股有限公司