DE102008025957A1 - Solar cell module for producing electrical energy, has closed housing for receiving solar cell and volume balance container provided with changeable volume, where container is connected to inner side of housing in gas permeable manner - Google Patents

Solar cell module for producing electrical energy, has closed housing for receiving solar cell and volume balance container provided with changeable volume, where container is connected to inner side of housing in gas permeable manner Download PDF

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Abstract

The module has a closed housing (1) for receiving a solar cell and a volume balance container (6) e.g. bag, provided with changeable volume (7), where the container is connected to an inner side (2) of the housing in a gas permeable manner. The volume balance container comprises foil, ethylene propylene diene monomer (EPDM) mats, metal reinforced foils and/or materials with specific range of water vapor permeability. A pipeline (5) and/or a hose are connected with the housing at a frame of the housing, which is arranged between a lens plate (3) and a base plate (4) of the housing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul, das einen Volumenausgleichsbehälter aufweist, mit dessen Hilfe der Innendruck des Solarmoduls unabhängig von der Temperatur weitgehend konstant gehalten werden kann.The The invention relates to a solar module which has a volume expansion tank, with its help, the internal pressure of the solar module regardless of the temperature can be kept substantially constant.

Konzentrator-Photovoltaik-Module (CPV) erzeugen aus Sonnenlicht elektrische Energie, indem sie Sonnenlicht durch Linsen auf Solarzellen kleiner Fläche bündeln. Eine solche Bündelung kann durch sphärische Linsen oder auch durch Fresnel-Linsen erfolgen. Auch eine Konzentrierung über Spiegel ist möglich.Concentrator photovoltaic modules (CPV) generate electrical energy from sunlight by emitting sunlight through lenses on solar cells small area bundle. Such bundling can be spherical Lentils or by Fresnel lenses. Also a concentration on mirrors is possible.

Der Abstand zwischen dem konzentrierenden Element, also zwischen Linse oder Spiegel, und der entsprechenden Solarzelle wird durch die Brennweite des konzentrierenden Elementes bestimmt. Eine weit verbreitete Ausführungsform von Konzentrator-Modulen weist eine Bodenplatte auf, auf welcher eine Vielzahl von Solarzellen angeordnet ist und weist außerdem eine zur Bodenplatte parallele Linsenplatte auf, auf welcher eine der Anzahl der Solarzellen entsprechende Anzahl von Linsen mit zur Linsenplatte parallelen Linsenebenen angeordnet sind. Hierbei konzentriert dann jeweils eine Linse Licht auf eine in der Nähe ihres Brennpunktes angeordnete Solarzelle. Der Abstand zwischen Linsenplatte und Bodenplatte wird so gewählt, dass das durch die Linse gebündelte Licht die Solarzelle gerade vollständig ausleuchtet. Zur Verwirklichung dieser Bedingung muss der Abstand zwischen Linsenplatte und Bodenplatte sehr genau eingehalten werden.Of the Distance between the concentrating element, ie between the lens or mirror, and the corresponding solar cell is determined by the focal length of the concentrating element. A widely used embodiment of concentrator modules has a bottom plate on which a plurality of solar cells is arranged and also has a to the bottom plate parallel lens plate, on which one of Number of solar cells corresponding number of lenses to the lens plate arranged parallel lens planes. This then focuses one lens each light onto a solar cell arranged near its focal point. The distance between lens plate and bottom plate is chosen so that the bundled through the lens Light the solar cell just completely illuminates. To the realization this condition must be the distance between lens plate and bottom plate be followed very closely.

Die Module können hierbei nicht luftdicht ausgeführt werden, da sich das Modul bei unterschiedlicher Bestrahlung mit Sonnenlicht sehr unterschiedlich erwärmt, was zu einer stark variierenden Ausdehnung des im Solarmodul enthaltenden Gases führt. Wäre das Solarmodul gasdicht abgeschlossen, würde bei Bestrahlung mit Sonnenlicht im Inneren des Moduls ein starker Überdruck entstehen, der die Linsenplatte aufwölben würde. Andererseits würde bei geringen Temperaturen ein starker Unterdruck entstehen, so dass die Linsenplatte ins Innere des Moduls gewölbt würde. Dies würde jedoch zu einer Defokussierung des Solarmoduls und damit zu einem Abfall des Wirkungsgrades führen.The Modules can not designed to be airtight be, because the module with different irradiation with Sunlight heated very differently, resulting in a greatly varying extent of the gas contained in the solar module leads. If the solar module gas-tight completed, would When exposed to sunlight inside the module, a strong overpressure arise, which would bulge the lens plate. On the other hand, at low temperatures cause a strong negative pressure, so that the lens plate would be arched inside the module. However, this would lead to defocusing of the solar module and thus lead to a drop in efficiency.

Nach dem Stand der Technik wurde daher stets ein Gasaustausch des Inneren des Solarmoduls mit der Umgebung zugelassen, so dass expandierendes Gas entweichen und von außen Gas einströmen konnte.To The prior art has therefore always been a gas exchange of the interior of the solar module with the environment allowed, so that expanding Gas escaping and from the outside Pour in gas could.

Problematisch ist hierbei, dass die verbauten elektrischen Bauteile wie Solarzellen, Dioden und Verbin dungsdrähte auf Dauer durch Luftfeuchtigkeit und Schadstoffe geschädigt werden können und dadurch die Funktionsfähigkeit des Moduls eingeschränkt wird.Problematic Here is that the installed electrical components such as solar cells, Diodes and connec tion wires be permanently damaged by humidity and pollutants can and thereby the functionality of the module restricted becomes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Solarzellenmodul anzugeben, in welchem elektrische Bauteile, wie Solarzellen, Dioden und Drähte vor Verwitterung geschützt sind und andererseits jedoch eine Ausdehnung und Kontraktion des im Inneren des Moduls enthaltenen Gases durch Erwärmung und Abkühlung nicht zu einer Wölbung der Linsenplatte führt.task The present invention is therefore to provide a solar cell module, in which electrical components, such as solar cells, diodes and wires before Weathering protected and on the other hand, however, an expansion and contraction of the im Inside the module contained gas by heating and cooling not to a vault the lens plate leads.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Solarmodul nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Solarmoduls werden durch die abhängigen Ansprüche gegeben.These Task is solved by the solar module according to claim 1. Advantageous developments of solar module according to the invention be through the dependent claims where.

Das erfindungsgemäße Solarmodul weist ein geschlossenes Gehäuse auf, in welchem zumindest eine Solarzelle anordnenbar ist. Das erfindungsgemäße Modul weist außerdem zumindest einen Volumenausgleichsbehälter auf, der mit dem Inneren des Gehäuses gasdurchlässig verbunden ist. Mögliche Öffnungen zu Volumenausgleichsbehältern werden vom Begriff „geschlossen” umfasst, so dass ein Gehäuse trotz dieser Öffnungen als geschlossen bezeichnet wird. Der Volumenausgleichsbehälter ist so ausgeführt, dass sein Volumen bei Druckänderungen veränderbar ist. Das bedeutet, dass eine Erhöhung des Innendrucks des geschlossenen Gehäuses, die auch zu einer Erhöhung des Innendruckes des Volumenausgleichsbehälters führt, zu einer Vergrößerung des Volumens des Volumenausgleichsbehälters führt. Andererseits kann eine Druckerniedrigung entsprechend zu einer Verkleinerung des Volumenausgleichsbehälters führen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Druck im Inneren des Gehäuses bei einer Erwärmung nicht wesentlich ansteigt und bei einer Abkühlung nicht wesentlich abfällt. Andererseits findet jedoch kein Stoffaustausch mit der Umgebung statt, so dass elektrische Bauteile im Inneren des Gehäuses vor Beschädigung und Verwitterung geschützt sind.The inventive solar module has a closed housing in which at least one solar cell can be arranged. The module according to the invention also points at least one volume expansion tank, with the interior of the housing gas permeable connected is. Possible openings to volume compensation tanks are encompassed by the term "closed", leaving a case despite these openings is called closed. The volume expansion tank is so executed, that its volume changes with pressure changes is. This means that an increase in the Internal pressure of the closed housing, which also leads to an increase in the Internal pressure of the volume expansion tank leads to an increase in the Volume of the volume expansion tank leads. On the other hand, a Lower the pressure corresponding to a reduction of the volume expansion tank. On this way is ensured that the pressure inside the case does not rise when heated increases significantly and does not decrease significantly when cooled. on the other hand However, there is no mass transfer with the environment, so that electrical components inside the housing from damage and Weathering protected are.

Vorzugsweise sollten das Innere des Gehäuses und der Volumenausgleichsbehälter zusammen mit eventuellen Verbindungsleitungen ein möglichst gasdichtes System bilden. Je höher die Dichtigkeit des Systems ist, desto größer ist die Lebensdauer des Solarmoduls.Preferably should be the inside of the case and the volume expansion tank Together with possible connecting lines as gas-tight as possible Form system. The higher the tightness of the system, the greater the life of the system Solar module.

Wie beschrieben ist der Volumenausgleichsbehälter so ausgeführt, dass bereits eine kleine Erhöhung des Drucks gegenüber dem Umgebungsdruck zu einer Vergrößerung des Volumens führt und ein kleiner Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck zu einer Verkleinerung des Volumens führt. Es ist bevorzugt, wenn eine Volumenänderung bereits ab einer Druckdifferenz zum Umgebungsdruck von höchstens 20 mbar, vorzugsweise höchstens 10 mbar, besonders bevorzugt höchstens 5 mbar zu einer Volumenänderung führt.As described, the volume expansion tank is designed so that even a small increase in pressure compared to the ambient pressure leads to an increase in the volume and a small negative pressure compared to the ambient pressure leads to a reduction of the volume. It is preferred if a volume change already from a pressure difference to the ambient pressure of Höchs at least 20 mbar, preferably at most 10 mbar, particularly preferably at most 5 mbar leads to a change in volume.

Der Volumenausgleichsbehälter kann auf verschiedenste Weise ausgeführt sein. Möglich ist beispielsweise, den Volumenausgleichsbehälter als Beutel, beispielsweise als Folienbeutel, auszugestalten. Eine andere Möglichkeit ist es, den Volumenausgleichsbehälter als Faltenbalk auszuführen. Geeignete Materialien für den Volumenausgleichsbehälter sind beispielsweise Folie, EPDM-Matten, metallverstärkte Folien oder auch sonstige Materialien, deren Wasserdampfdurchlässigkeit in der Größenordnung der ansonsten im Modul eingesetzten Materialien liegt, vorzugsweise Materialien, deren Wasserdampfdurchlässigkeit kleiner als 0.03 g/m2h ist, bevorzugt kleiner als 0.01 g/m2h, besonders bevorzugt kleiner als 0.005 g/m2h ist.The volume expansion tank can be designed in various ways. It is possible, for example, to design the volume compensating container as a bag, for example as a foil bag. Another possibility is to make the volume compensation tank as a folding beam. Suitable materials for the volume expansion tank are, for example, film, EPDM mats, metal-reinforced films or other materials whose water vapor permeability is of the order of the materials otherwise used in the module, preferably materials whose water vapor permeability is less than 0.03 g / m2h, preferably less than 0.01 g / m 2 h, more preferably less than 0.005 g / m 2 h.

Um eine günstige Herstellbarkeit und eine flexible Anordenbarkeit zu gewährleisten, sind das Innere des Gehäuses und der Volumenausgleichsbehälter vorzugsweise über zumindest eine Leitung oder einen Schlauch gasdurchlässig miteinander verbunden. Eine solche Leitung kann dann auf einer Seite in das Innere des Gehäuses und auf der anderen Seite in das Innere des Volumenausgleichsbehälters münden.Around a cheap one To ensure manufacturability and flexible applicability are the inside of the case and the volume expansion tank preferably over at least one pipe or tube permeable to gas with each other connected. Such a line can then be on one side in the Interior of the housing and on the other side into the interior of the volume expansion tank.

Andererseits kann auch eine Öffnung des Gehäuses an eine Öffnung des Volumenausgleichsbehälters grenzen. In diesem Fall ist also der Volumenausgleichsbehälter direkt am Gehäuse des Solarmoduls angeordnet.on the other hand can also have an opening of the housing to an opening of the volume expansion tank limits. In this case, the volume expansion tank is direct on the housing arranged the solar module.

Wie bereits beschrieben, ist das erfindungsgemäße Solarmodul besonders für photovoltaische Konzentratorsysteme geeignet, da hier die Druckänderung im Inneren bei gasdichtem Abschluss zu einer Defokussierung und damit einer Verringerung des Wirkungsgrades des Modules führen kann. Erfindungsgemäß kann daher das Gehäuse eine Linsenplatte aufweisen, mit welcher einfallendes Licht auf eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Solarzelle konzentrierbar ist. Grundsätzlich kann die Erfindung auch bei allen herkömmlichen Konzentratormodulen zur Anwendung kommen.As already described, the solar module according to the invention is particularly suitable for photovoltaic concentrator systems suitable, since here the pressure change inside with gas-tight conclusion to a Defokussierung and thus can lead to a reduction in the efficiency of the module. Therefore, according to the invention the housing a lens plate with which incident light on a inside the case arranged solar cell is concentrated. Basically the invention also in all conventional concentrator modules come into use.

Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Solarmodul anhand von Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigtin the The following is the solar module according to the invention be explained by way of example by way of example. It shows

1 ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Beutel als Volumenausgleichsbehälter und 1 an inventive solar module with a bag as volume compensation tank and

2 ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Faltenbalk als Volumenausgleichsbehälter. 2 an inventive solar module with a Faltenbalk as volume compensation tank.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Beutel 6 als Volumenausgleichsbehälter. Solarmodule können beispielsweise Flatcon-Konzentratormodule der Firma Concentrix Solar GmbH sein. Das Solarmodul weist ein Gehäuse 1 auf, welches nach oben durch eine Linsenplatte 3 und nach unten durch eine Bodenplatte 4 begrenzt wird. Das Innere 2 des Gehäuses 1 ist über eine Leitung 5 mit dem Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 verbunden. Volumenausgleichsbehälter 6, Gehäuse 1 und Leitung 5 bilden zusammen ein luftdicht abgeschlossenes System. 1a) zeigt das Solarmodul im abgekühlten Zustand. Hierbei ist das Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 minimal. 1 shows a solar module according to the invention with a bag 6 as volume compensation tank. Solar modules can be, for example, flatcon concentrator modules from Concentrix Solar GmbH. The solar module has a housing 1 on which up through a lens plate 3 and down through a bottom plate 4 is limited. The inner 2 of the housing 1 is over a line 5 with the volume 7 of the volume expansion tank 6 connected. Volume control tank 6 , Casing 1 and direction 5 together form a hermetically sealed system. 1a ) shows the solar module in the cooled state. Here is the volume 7 of the volume expansion tank 6 minimal.

1b) zeigt nun das in 1a) gezeigte Solarmodul im mit Sonnenlicht beleuchteten Zustand. Trifft also Sonnenlicht auf die Linsenplatte 3, erwärmt sich die im Inneren 2 des Gehäuses befindliche Luft und vergrößert ihr Volumen. Das zusätzliche Luftvolumen kann nun durch die Leitung 5 in den Volumenausgleichsbehälter 6 strömen, der durch die leichte Druckerhöhung sein Volumen 7 vergrößert. Kühlt das Solarmodul wieder ab, so kontrahiert sich die Luft wieder und das System geht in den in 1a) gezeigten Zustand über. 1b ) now shows the in 1a ) shown solar module in the sunlight-lit state. Sunlight hits the lens plate 3 , which heats up inside 2 the housing located air and increases its volume. The additional volume of air can now pass through the pipe 5 in the volume expansion tank 6 flow, which by the slight pressure increase its volume 7 increased. If the solar module cools down again, the air contracts again and the system goes into the 1a ) state above.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarmoduls. Gleiche Bezugszeichen entsprechen hierbei gleichen Elementen wie in den 1a) und 1b). Anstelle des Beutels in 1 ist hier der Volumenausgleichsbehälter 6 ein Faltenbalk mit im Wesentlichen zylindrischer Form, wobei die Falten konzentrisch um die Zylinderachse angeordnet sind, so dass sich das Volumen 7 des Faltenbalks 6 dadurch vergrößern kann, dass der Faltenbalk seine Länge in Richtung der Zylinderachse vergrößert. 2a) zeigt wiederum das Solarmodul im abgekühlten Zustand, während 2b) das Solarmodul im erwärmten Zustand zeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 im abgekühlten Zustand kleiner ist als im erwärmten Zustand. 2 shows a further embodiment of the solar module according to the invention. The same reference numerals correspond to the same elements as in the 1a ) and 1b ). Instead of the bag in 1 here is the volume expansion tank 6 a pleat bale having a substantially cylindrical shape, the pleats concentrically disposed about the cylinder axis so that the volume 7 of the folding beam 6 can thereby increase that the folding beam increases its length in the direction of the cylinder axis. 2a ) again shows the solar module in the cooled state while 2 B ) shows the solar module in the heated state. It can be clearly seen that the volume 7 of the volume expansion tank 6 in the cooled state is smaller than in the heated state.

Claims (12)

Solarmodul mit einem geschlossenen Gehäuse (1) zur Aufnahme zumindest einer Solarzelle und mit zumindest einem Volumenausgleichsbehälter (6) mit veränderbarem Volumen (7), der mit dem Inneren (2) des Gehäuses gasdurchlässig verbunden ist.Solar module with a closed housing ( 1 ) for receiving at least one solar cell and at least one volume expansion tank ( 6 ) with variable volume ( 7 ), with the interior ( 2 ) of the housing is connected in a gas-permeable manner. Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) und der zumindest eine Volumenausgleichsbehälter (6) zusammen ein im Wesentlichen gasdichtes System bilden.Solar module according to the preceding claim, characterized in that the housing ( 1 ) and the at least one volume expansion tank ( 6 ) together form a substantially gas-tight system. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Volumenausgleichsbehälters durch einen Überdruck gegenüber dem Außendruck von ≤ 20 mbar, vorzugsweise ≤ 10 mbar, vorzugsweise ≤ 5 mbar vergrößerbar ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the Volu men of the volume expansion tank by an overpressure against the external pressure of ≤ 20 mbar, preferably ≤ 10 mbar, preferably ≤ 5 mbar is increased. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest einen Volumenausgleichsbehälter (6) ein Beutel ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the at least one volume expansion tank ( 6 ) is a bag. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest einen Volumenausgleichsbehälter (6) ein Faltenbalk ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the at least one volume expansion tank ( 6 ) is a Faltenbalk. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenausgleichsbehälter (6) Folie, EPDM-Matten, metallverstärkte Folie und/oder Materialien mit einer Wasserdampfdurchlässigeit von weniger als 0.02 g/m2h, vorzugsweise weniger als 0.01 g/m2h, besonders bevorzugt weniger als 0.005 g/m2h aufweist oder daraus besteht.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the volume compensation container ( 6 ) Film, EPDM mats, metal-reinforced film and / or materials having a Wasserdampfdurchlässigeit of less than 0.02 g / m 2 h, preferably less than 0.01 g / m 2 h, more preferably less than 0.005 g / m 2 h or consists thereof , Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenausgleichsbehälter (6) mit dem Gehäuse (1) über zumindest eine Leitung (5) und/oder zumindest einen Schlauch (5) gasdurchlässig verbunden ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the volume compensation container ( 6 ) with the housing ( 1 ) via at least one line ( 5 ) and / or at least one hose ( 5 ) is connected gas permeable. Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Leitung und/oder der zumindest eine Schlauch mit dem Gehäuse an einem Rahmen des Gehäuses, der zwischen einer Linsenplatte und einer Bodenplatte des Gehäuses angeordnet ist, verbunden ist.Solar module according to the preceding claim, characterized in that the at least one line and / or the at least a hose with the housing on a frame of the case, the disposed between a lens plate and a bottom plate of the housing is connected. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung des Gehäuses (1) an eine Öffnung des Volumenausgleichsbehälters (6) grenzt.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that an opening of the housing ( 1 ) to an opening of the volume compensation tank ( 6 ) borders. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Gehäuse für ein photovoltaisches Konzentratormodul ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 1 ) is a housing for a photovoltaic concentrator module. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Solarzelle.Solar module according to one of the preceding claims, characterized by at least one solar cell arranged in the interior of the housing. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Linsenplatte (3) aufweist, mit welcher einfallendes Licht auf im Inneren (2) des Gehäuses (1) angeordnete Solarzellen konzentrierbar ist.Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 1 ) a lens plate ( 3 ), with which incident light on in the interior ( 2 ) of the housing ( 1 ) arranged solar cells is concentrated.
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