具有基于全内反射的集成光引导结构的光伏模块的制作方法

本发明涉及一种光伏模块，其包括布置成与彼此间隔开并且嵌入在包封材料（特别地，包封膜，以及可能地，背侧膜和可透光盖板）中的至少一个侧面上的多个电连接的太阳能电池。

背景技术：

光伏模块一般包括多个太阳能电池，其与彼此电连接并且以平面方式布置在光伏模块的内部中。在各个太阳能电池之间，并且特别地在光伏模块的边缘上，存在未被太阳能电池覆盖并且因而不可用于使用太阳能的区域。各个电池之间的间隙一般相对狭窄，但是模块的性能由通常近似2cm宽的边缘限制，该边缘是非电活性的并且当前还不可使用，使得总计仅大约90%的模块表面覆盖有太阳能电池并且可用于将日光转换成能量，其总的来说是不容忽视的未被使用表面区域。为了最小化这种可转换的太阳能的损失，最近已经建议了使用结构化膜的许多不同的解决方案，利用该结构化膜，意图支持其中不存在太阳能电池的那些区域中的日光反射到其中存在太阳能电池的区域，以便最大化能量产额。

例如，us5,994,641描述一种光伏模块，其中使用背侧膜，该背侧膜设有光反射部件，特别地设有对称、v形状锯齿轮廓，并且其倾斜表面上的入射光意图被反射到设有太阳能电池的区域。这样的解决方案的缺陷在于，v形状锯齿轮廓被体现（embody）为对称的，并且光既被反射到光伏模块的中心，又被反射到其外部，使得再次地，仅未直接撞击太阳能电池的光中的小部分可以被反射到它们上并且可用于产生能量。

另一个这样的解决方案描述在wo2010/096700中，其中微型有压纹的、反射性、光学膜布置在未被太阳能电池覆盖的光伏模块的那些区域中。在该解决方案中，同样地，使用箔或膜，其中对基本上规则的棱柱形状结构进行压纹，并且利用其尝试借助于反射而获取入射在未覆盖有太阳能电池的光伏模块的区域上的光，使得其可以被转换成电能，因为存在将所述入射光反射到存在于光伏模块中的太阳能电池上的尝试。在该文献中，同样地，所使用的结构本质上具有对称棱柱的形状，并且因而不确保光仅在期望的方向上反射到太阳能电池。然而，在所有的当前已知系统中，使结构化膜设有反射涂层、尤其是金属涂层是必要的。

从jp2006049487a得知的是具有多个电连接的太阳能电池的光伏模块，该太阳能电池布置成与彼此间隔开，并且至少部分地嵌入在包封膜中。在这些光伏模块中，包封被体现为使得其不延伸到盖板或背侧覆盖物的边缘，以便能够在层压过程之后维持光伏模块的功能性。该文献的目标是体现棱柱结构的包封，使得棱柱不完全被包封材料封闭，以便能够维持系统功能性。

此外，一种太阳能模块从ep2571062b1得知，其中太阳能电池单元布置在背侧板上，使得太阳能电池的底表面面向背侧板，并且光接收侧被体现为与底表面相对。

技术实现要素：

本发明的目的是制作可用的光伏模块，利用其可能的是，不仅将撞击各个太阳能电池的光用于转换成能量，而且特别地反射撞击光伏模块的自由边缘区域的光，使得所述光撞击模块内部中的太阳能电池并且可以用于转换成电能，并且因而光伏模块的能量产额相比于常规的光伏模块而显著增加。

为了实现该目的，发明的光伏模块本质上特征在于，体现棱柱状结构的光引导膜集成在光伏模块的没有太阳能电池的区域中，在于光引导膜的棱柱状结构布置成使得棱柱状结构和互补的空气和气体包裹体（inclusion）交替布置，在于入射在光引导棱柱状结构上的光被朝向太阳能电池引导，在于包封膜布置在太阳能电池的两侧上，并且体现光引导、棱柱状结构的膜布置在包封膜的内部中，并且在于体现光引导棱柱状结构的箔可能被透明聚合物膜覆盖。由于体现光引导棱柱状结构的膜在没有太阳能电池的区域中被集成到光伏模块中，因此可以反射入射光的元件是可用的。此外，由于作为棱柱状结构的体现，通过非常具体地成形的反射表面的体现使目标反射是可能的。此外，由于光引导膜的棱柱状结构布置成使得入射在光引导棱柱状结构上的光被朝向太阳能电池引导，因此确保入射在光伏模块的边缘区域上的光也不保持未被使用，而是替代地被朝向光伏模块的中心反射，在那里其入射在太阳能电池上，在所述太阳能电池中光能被转换成电能，使得光伏模块的能量产额总体增加至几乎可能能量产额的100%。具有与膜的棱柱状结构互补的几何形状的带有空气和气体包裹体的交替区域特别地体现在其中布置光引导膜的棱柱状结构的那些区域中。由于这些同样棱柱状结构，可能的是在不必向光引导膜的棱柱状结构上添加诸如金属层之类的反射涂层的情况下引导光。发明的光伏模块的一个本质优点在于，必须施加到棱柱状结构以便确保入射光被反射的反射涂层是不必要的，使得模块可以以明显更简单且更成本有效的方式被配置。

正如本发明一样，由于光伏模块体现为使得包封膜布置在太阳能电池的两侧上，因此进一步增强模块的安全性，因为特别地，要求用于电线的连接或导体被包封膜覆盖和绝缘。而且，这样的包封膜确保可以防止对光伏模块的机械损害。此外，体现光引导、棱柱状结构的膜提供在包封膜的内部中，以便防止对任何元件的机械损害，并且特别地在可能的程度上保护电连接或导体不仅免受无意的触碰并且还免受损害。

此外，由于如果必要的话，体现光引导、棱柱状结构的膜被透明聚合物膜覆盖，因此确保光引导膜中的精细结构不被机械影响所损害，并且进一步确保，尤其是在光伏模块按层或像三明治一样构造时，空气填充的中空空间，尤其是棱柱形状的中空空间被填充并且因而被致使不可用。

如在本发明的改善中发现的，由于光伏模块体现为使得棱柱状结构被体现为具有基本上直角的类似于三棱柱的斜结构，因此提供锯齿轮廓类型，其中邻近于基本上直角的那些侧面不对反射作贡献，因为这些表面之一充当基底表面，并且另一个由于光的通常基本上垂直的入射而将仅反射非常少的入射光。光的一次反射发生在斜棱柱状结构的第三表面处，所述第三表面相对于光伏模块的基底表面或背侧板倾斜，并且在所述表面中，由于可用于这样的目的的材料的物理化学性质，确保入射到光伏模块的该表面（所述表面相对于水平和垂直倾斜）的基本上所有光被反射到模块的中心，并且因而被反射到太阳能电池。使用这样的结构，可能的是将基本上所有光转换成电能，并且从现有技术得知的损失可以从入射光的近似10%大幅降低至入射光的1.5%的最大值。

如在本发明的改善中发现的，由于光伏模块体现为使得与基本上直角相对的棱柱状结构的表面被体现为具有平坦表面、凸弯曲部分（curvature）、凹弯曲部分或凸/凹弯曲部分的表面。因为以下事实：由于斜棱柱的这样的结构体现，尤其是与直角相对的表面被体现为具有平坦表面的表面、具有凸弯曲部分的表面、具有凹弯曲部分的表面或具有凸/凹弯曲部分的表面，并且由于这些斜棱柱的具体布置使得具有这样的倾斜平坦表面、凸弯曲部分、凹弯曲部分或凸/凹弯曲部分的表面布置成朝向光伏模块的中心取向，因此可能的是将未被太阳能电池覆盖的区域处的入射光可靠地反射到光伏模块的中心并且因而提高总体光产额。

入射光的特别高效的反射以及特别地入射光的特别低的损失和因而高能量产额利用发明的光伏模块来获得，因为在25°和65°之间选择棱柱状结构的齿形角（flankangle），并且在80°和90°之间选择棱柱状结构的预防性（preventative）齿形角。由于棱柱状结构的这样的齿形角和棱柱状结构的预防性齿形角的选择，来自垂直入射的光的光和能量产额被最大化，因为其被非对称地仅朝向光伏模块的中心引导或反射。

由于将光伏模块细化成使得棱柱状结构被体现为具有100nm和100mm之间（尤其是10μm至300μm）的膜，因此提供了确保光伏模块的普遍使用的结构。

具有结构化的膜（所述膜具有类似于斜棱柱的结构）的这样的布置的另一优点是，由于发生在膜中的全内反射，因此在期望的方向上将光引导至中心，使得附加的反射涂层不是必要的。使用这样的实施例，发明的光伏模块不仅更加成本有效，而且特别地更加安全，因为电流可以不再从电池经由反射涂层（特别地，金属涂层）被传导至光伏模块的边缘，并且因而消除可能牵涉电击等的任何安全风险。

如在本发明的改善中发现的，由于背侧膜具有集成在其面向太阳能电池的侧面上的光引导、棱柱状结构，因此实现光伏模块的进一步简化，特别地，可能的是在单个层中体现那些光引导、棱柱状结构，其确保撞击它们的光被朝向太阳能电池引导，使得可以显著改进光产额。

如在本发明的改善中发现的，为了设计尽可能简单的设备，细化光伏模块，使得体现光引导、棱柱状结构的膜和密封或覆盖这些结构的聚合物膜由相同材料来体现，所述材料选自聚对苯二甲酸乙二酯（pet）、聚氨酯（pu）、聚乙烯（pe）、聚氨酯丙烯酸酯（polyurethaneacrylate）（pua）、聚酰胺、聚四氟乙烯（ptfe）、聚苯乙烯（ps）、聚碳酸酯（pc）、聚萘二甲酸乙二醇酯（pen）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），或硅树脂。利用这样的实施例，可能的最类似的材料可以被选择成仅在其折射率或利用其实现反射性的几何结构的方面不同，被使用，使得与彼此不同的材料可以被尽可能少地使用，但是同时确保将存在具有类似于斜棱柱的结构的光引导膜的表面上的完全反射。为了在可能的程度上防止光产额中的任何损失，根据本发明的改善，光伏模块被体现为使得将由选自乙烯-醋酸乙烯酯（eva）、聚乙烯醇缩丁醛（pvb）、硅树脂、热塑性聚合物（tpe）或聚乙烯（pe）的材料制成的在300nm和2500nm范围内，特别地350nm至1200nm的透明聚合物膜用作包封膜。

透射被改进，因为由低铁玻璃制成的板用作光伏模块的盖板。确保透射中的另外的改进，因为该低铁玻璃被体现为完全光滑没有任何纹理，并且优选地具有1nm和60nm之间的厚度，在该厚度范围内，玻璃提供充足的强度而不负面地影响整个结构的光学和光引导性质。不用说，可以使用自然地任何颜色的玻璃，或者可以使用特定表面纹理，然而，其中在该情况下，必须接受稍微降低的透射。

如在本发明的改善中发现的，由于电绝缘膜，尤其是在350nm至1200nm的波长范围内具有r＞90%的反射率的系数的绝缘膜被用作背侧膜，因此确保完全没有光穿透光伏模块并且特别地所有入射光从背侧膜反射回到光伏模块中，以便进一步提高能量产额。

如在本发明的改善中发现的，因为包封膜被体现为反射屏障层，尤其是电绝缘膜，因此确保太阳能电池，就像光引导、棱柱状结构那样，与其他层绝缘，特别地，电绝缘，这显著增强操作安全性。

对于在材料方面的光伏模块的特别简单的结构，所述光伏模块本质上特征在于，体现包封膜、背侧膜和光引导棱柱状结构的膜被体现为反射、电绝缘膜，其在反射350nm和1200nm之间的波长范围内的光的超过90%。这样的结构确保，一方面，在350nm至1200nm的关键范围内的尽可能多的光被反射，并且另一方面，确保仅有所反射的光是对于光伏模块的正常运转必要的光。在任何情况下，可靠地防止光的吸收。

另外，由于不仅一个盖板被体现为玻璃，而且背侧膜被体现为玻璃板，因此技术结构进一步简化，并且特别地，光伏模块对机械损害的抵抗力进一步增加。

附图说明

应使用在绘图中描绘的示例性实施例而在下文中更加详细地描述本发明。

图1描绘根据本发明的光伏模块的结构；

图2描绘用于布置体现光伏模块的元件的一个选项；

图3描绘用于布置体现光伏模块的元件的一个选项；

图4描绘用于布置体现光伏模块的元件的另一选项；

图5是根据本发明的光引导、棱柱状结构的示意性描绘；

图6描绘根据本发明的可以使用在光伏模块中的光引导、棱柱状结构的三个附加的可能形式；以及

图7描绘来自图1的光伏模块的外部左边缘区域，其中，除了层结构之外，还图示入射光束的路径。

具体实施方式

图1详细地图示根据本发明的光伏模块1。在该光伏模块1中示意性地描绘与彼此间隔开布置的两个太阳能电池2。在根据图1的光伏模块1的实施例中，可以看到，光伏模块1的边缘区域3不包含任何太阳能电池2，并且该边缘区域3不能对将日光转换成能量作贡献。为了尽可能多地将撞击该边缘区3的日光转换成能量，在图1的描绘中，在光伏模块1的两个边缘区域3中提供具有斜棱柱的形状的多个光引导结构4。当光垂直地撞击光引导元件的这些基本上棱柱状结构4时，其朝向光伏模块1的内部被全内反射，在临近棱柱之一上折射，然后最终在充当盖板的玻璃板7与周围空间的界面上全反射，使得该光可用于进一步转换成能量，并且不可用于像根据现有技术的光伏模块那样转换成能量。为了保护根据图1的光伏模块1的太阳能电池2免受任何破坏，如可以从图1看到的，它们嵌入在包封膜5中。为了完成光伏模块1，所述光伏模块1由背侧板6进一步支撑并且覆盖有玻璃板7。最后，在所述多个斜棱柱8之间添加空气8以便使在不提供反射涂层的情况下引导光是可能的。

背侧板或背侧膜6是电绝缘膜，其具有针对日光的相对高的反射率的系数，以便反射已经穿透到背侧板6的日光并且使其可用于进一步转换成光伏模块1的内部中的能量。

根据图2的描绘，其中基本上保留来自图1的参考数字，图示针对可以如何构造或产生根据本发明的光伏模块1的一个选项。

首先向玻璃板7的整个表面施加包封膜5，并且在下一步骤中向所述包封膜5施加光伏模块1和具有棱柱状结构4的膜。如可以在图2中清楚地看到的，具有棱柱状结构4的膜施加在未覆盖有太阳能电池2的光伏模块的那些区域中并且朝向板7取向，以及步骤，根据所述步骤，棱柱状结构4被保护膜12覆盖。在另外的步骤中，向该层12施加另外的包封膜5和背侧膜6。明显的是，为了实现如图1中所描绘的光伏模块，仅仅必要的是在太阳能电池2之间的区域中添加具有棱柱状结构4的膜，所述区域没有太阳能电池。特别地，棱柱膜4用包封膜5封闭而不破坏光学效果，因为在所要求的层压过程中，包封材料（即膜5）不能在板6与由棱柱膜4释放的结构8之间穿透，因为棱柱结构8受膜12保护。为此原因，甚至在模块的内部中体现光引导结构是可能的。

背侧板6可以被体现为板状元件或膜状元件，不仅在根据图1的描绘而且在根据图2的描绘中，其中背侧膜还可以与具有棱柱状结构4的膜整体地体现，或者可以紧接地在其面向太阳能电池2的侧面上具有棱柱状结构。

图3图示根据本发明的用于构造或产生光伏模块的另一选项。

在该描绘中，同样地，在第一步骤中，向玻璃板7施加包封膜5，并且在另一步骤中向包封膜5施加太阳能电池2，并且然后由包封膜5覆盖所述太阳能电池2。在下一步骤中，在未被太阳能电池2覆盖的那些区域中施加具有棱柱状结构4的膜，其中当使用该生产方法时，可以省略保护膜12，其在图2中的结构中对于保护棱柱状结构而言绝对必要。然后再次使用背侧膜或背侧板覆盖光伏模块1。

在根据图4的描绘中，结构本质上与图3中的结构相同，其中例外是在施加第二包封膜5之后，施加背侧膜6，在所述背侧膜6上已经体现棱柱状结构4，使得可以节省一个工作步骤。

在根据本发明的所有实施例中，棱柱状结构4在高度方面在100nm和100mm之间，其中在最常见的应用领域中，它们在高度方面为10μm至300μm。

图5中的描绘图示光引导、棱柱状结构4的一个实施例，并且可以从它们看到，这些结构4本质上具有斜棱柱的形状，带有基本上直角，其对应于预防性齿形角并且通常在80°和90°之间。因此，以相同方式，将齿形角选择成在25°和65°之间，并且面向光的齿侧面（flank）9本质上取向成使得垂直入射在其上的光被朝向中心反射。

图6图示可透光、棱柱状结构4的不同形状，其中6a描绘具有凹形弯曲的齿侧面的结构，利用其光朝向光伏模块1的中心反射。图6b图示可透光、棱柱状结构4的不同实施例，在该结构中，面向光的棱柱的齿侧面9具有一个凸弯曲部分和一个凹弯曲部分，其中凹弯曲部分提供在柱体基底的区域中。最后，图6c图示可透光、棱柱状结构4的实施例，其具有凹形/凸形弯曲的齿侧面9并且也朝向光伏模块1的中心反射光。

图7，其中保留来自图1的参考数字，还描绘垂直撞击光伏模块1的光束10的路径。垂直入射的光束在结构化膜4与体现为像棱柱一样的空气包裹体8的界面处反射，并被引导一个或多个邻近棱柱，其中使用折射来朝向玻璃板7引导光束，尤其是在光束撞击邻近棱柱11之一的倾斜表面时，在玻璃板7处光再次通过全反射朝向光伏模块1的内部反射并且撞击太阳能电池2，并且因而可用于被转换成能量。