專利名稱：光伏太陽能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏太陽能模塊及其制造方法以及一種利用這種太陽能模塊來 產(chǎn)生電能的裝置。
背景技術(shù)：
應(yīng)將太陽能模塊理解成用于從陽光中直接產(chǎn)生電流的部件。成本效益高地產(chǎn)生太 陽能電流的關(guān)鍵因素是所使用的太陽能電池的效率以及太陽能模塊的制造成本和持久性。太陽能模塊通常由玻璃制成的有框的復(fù)合體、經(jīng)過布線的太陽能電池、嵌入材料 和背側(cè)構(gòu)造構(gòu)成。太陽能模塊的各個(gè)層應(yīng)滿足如下功能。前部玻璃用于使得免受機(jī)械和天氣影響。前部玻璃必須具有最高的透明度，以便 將300 nm至1150 nm的光譜范圍中的吸收損失以及由此將通常用于產(chǎn)生電流的硅太陽能 電池的效率損失保持得盡可能小。一般使用透射度在上述光譜范圍中處于90至92%的鋼 化的低鐵白玻璃(3或4 mm厚)。嵌入材料(大多使用EVA (乙烯一醋酸乙烯酯(Ethyl-Vinylaceate))膜)用于將整 個(gè)模塊復(fù)合體粘接在一起。EVA在大約150°C時(shí)在層壓過程期間熔化，流入焊接的太陽能電 池的間隙中，并且熱交聯(lián)。導(dǎo)致反射損失的氣泡的形成通過在真空下進(jìn)行層壓而被避免。模塊背側(cè)保護(hù)太陽能電池和嵌入材料免受潮氣和氧氣的損害。此外，模塊背側(cè)充 當(dāng)使得在安裝太陽能模塊時(shí)免受刮削等損害的機(jī)械保護(hù)，并且充當(dāng)電絕緣體。作為背部構(gòu) 造，可以使用另一玻璃片或復(fù)合膜。在此，基本上使用變型PVF (聚氟乙烯)一 PET (聚對苯 二甲酸乙二酯)一 PVF或者PVF —鋁一 PVF。在太陽能模塊結(jié)構(gòu)中所使用的封裝材料尤其是必須具有對抗水蒸氣和氧氣的良 好的屏障特性。太陽能電池本身并不由于水蒸氣或者氧氣而受到侵蝕，但是導(dǎo)致金屬接觸 部的腐蝕和EVA嵌入材料的化學(xué)降解。損壞的太陽能電池接觸部導(dǎo)致模塊的完全失靈，因 為模塊中的所有太陽能電池一般被電串聯(lián)。EVA的降解從模塊的泛黃顯示出來，這與由于 光吸收以及視覺衰退造成的相應(yīng)性能損失相聯(lián)系。如今，所有模塊的大約80%都在背側(cè)用 所述復(fù)合膜之一封裝，在太陽能模塊的大約15%中對于前側(cè)和背側(cè)使用玻璃。在這種情況 下，替代于EVA而將部分高透明、但僅僅緩慢地(幾小時(shí))硬化的澆注樹脂用作嵌入材料。為了即使在相對高投入成本的情況下仍然實(shí)現(xiàn)太陽能電流的有競爭力的電流生 產(chǎn)成本，太陽能模塊必須實(shí)現(xiàn)長的運(yùn)行時(shí)間。因此，如今的太陽能模塊被設(shè)計(jì)為20至30年 的壽命。除了高的天氣穩(wěn)定性以外，還對模塊的溫度負(fù)荷能力提出高的要求，其中模塊的溫 度可以在運(yùn)行時(shí)周期性地在全日照下的80°C至零點(diǎn)以下的溫度之間波動(dòng)。因此，太陽能模 塊經(jīng)歷大量的穩(wěn)定性測試(根據(jù)IEC 61215和IEC 61730的標(biāo)準(zhǔn)測試)，屬于這些測試的有 天氣測試(UV輻射、濕熱、溫度變化)、以及冰雹測試和電絕緣能力的測試?？偝杀镜挠糜诠夥K的相對較高份額以總成本的30%分?jǐn)偟侥K制造上。模塊 制造的該高份額是由于高材料成本(尤其是嵌入材料、框、背側(cè)多層膜)以及由于長的加工 時(shí)間、即小的生產(chǎn)率造成的。模塊復(fù)合體的上述單層常常仍然以手工被組裝和調(diào)整。附加地，EVA熱熔膠的相對長的熔化以及模塊復(fù)合體在大致150°C下和在真空下的層壓導(dǎo)致每 模塊的大約20至30分鐘的循環(huán)時(shí)間。 此外由于相對厚的前部玻璃片，常規(guī)的太陽能模塊具有高的重量，這又使穩(wěn)定和 昂貴的支承構(gòu)造成為必要。而且，在如今的太陽能模塊中僅僅以未令人滿意的方式解決了 散熱。在全日照的情況下，模塊升溫到高達(dá)80°c，這導(dǎo)致太陽能電磁效率的由溫度造成的惡 化，并且由此最終造成太陽能電流的成本升高。
在現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能模塊主要與由鋁制成的框一起使用。盡管鋁在此是輕金屬， 但是其重量給總重量貢獻(xiàn)不可忽視的份額。這正好在較大模塊的情況下是要求高成本的支 承和固定構(gòu)造的缺點(diǎn)。為了防止水和氧氣進(jìn)入，所述鋁框在其朝向太陽能模塊的內(nèi)側(cè)上具有附加的密封 體。除此之外不利的還有，鋁框由矩形型材制造而成，并且因此在其成形方面大大受限。為了減小太陽能模塊重量、為了避免附加的密封材料以及為了提高設(shè)計(jì)自由度， US 4，830，038和US 5，008，062描述了將塑料框安裝在有關(guān)太陽能模塊周圍，其中通過RIM 方法(Reaction Injection Molding (反應(yīng)注射成型))獲得該塑料框。所使用的聚合物材料優(yōu)選地是彈性聚氨酯。所述聚氨酯優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)具有200至 10000 p. s. i范圍內(nèi)的彈性模量(E — Modul)(對應(yīng)于大致1.4 M 69. 0 N/mm2)。為了增強(qiáng)框，在這兩個(gè)專利文獻(xiàn)中描述有不同的可能性。因此可以在構(gòu)造框時(shí)一 并將例如由聚合物材料、鋼或鋁制成的增強(qiáng)構(gòu)件集成到該框中。也可以將填料一并置入到 框材料中。所述填料例如可以是片狀的填料一例如礦物質(zhì)硅灰石、或者針狀/纖維狀填 料一例如玻璃纖維。DE 37 37 183 Al以類似的方式同樣描述有一種用于制造太陽能模塊的塑料框的 方法，其中所使用的材料的肖氏硬度(Shore-ffiirte)優(yōu)選地被調(diào)節(jié)為使得保證框的足夠的 剛性以及彈性地容納太陽能發(fā)電機(jī)。DE 10 2005 032 716 Al描述有撓性的太陽能模塊，其中框具有能夠持久地彈性 彎曲的堅(jiān)固性。在此，需要將塑料材料的剛性調(diào)節(jié)得小并且基本上放棄填料，使得框本身保 持為可彎曲的。由于聚氨酯和玻璃的不同熱膨脹系數(shù)、以及聚氨酯體系的顯著收縮，過去不斷地 發(fā)生脫層以及潮氣侵入到太陽能模塊的內(nèi)部區(qū)域中，這些最終導(dǎo)致模塊的損壞。根據(jù)建筑法規(guī)，被嵌入在屋頂構(gòu)造中的太陽能模塊必須滿足根據(jù)DIN 4102 一 7的 要求。太陽能模塊尤其是必須證明對飛散火花(Flugfeuer)和輻射熱具有抵抗能力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種避免現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)的太陽能模塊。該模塊 尤其是應(yīng)當(dāng)具有防止發(fā)生脫層和/或潮氣進(jìn)入的足夠的復(fù)合體長時(shí)間穩(wěn)定性。此外任務(wù)是 將太陽能模塊設(shè)計(jì)為使得其可以無問題地被處理。為此，太陽能模塊必須具有足夠的剛性， 但是另一方面又不允許具有過小的斷裂伸長率，因此太陽能模塊在小的沖擊負(fù)荷的情況下 不直接被損壞(例如通過在施工地點(diǎn)安裝時(shí)的剝邊機(jī)(Kantenabplatzer))。另外，本發(fā)明的 任務(wù)是將太陽能模塊設(shè)計(jì)為使得其具有足夠的阻燃性。在第一實(shí)施方式中，本發(fā)明所基于的任務(wù)通過一種具有由聚氨酯制成的完全或部分包圍的框的光伏太陽能模塊來解決，其中該框的特征在于，所述框具有至少50%的斷裂 伸長率、至少30 N/mm2的彈性模量、以及高達(dá)α = 80*10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)，其中彈性模量 和熱膨脹系數(shù)分別平行于模塊邊緣測得。在此，如果部分或完全使用各向異性的填料，則在纖維方向上測量彈性模量和膨 脹系數(shù)的前述測量值。在用仍然為液態(tài)的聚氨酯填充框形狀時(shí)，各向異性的填料(例如纖 維)根據(jù)流向調(diào)整為與模塊邊緣平行。與纖維方向方向(以及與邊緣)垂直地，膨脹系數(shù)較 大并且彈性模量較小，但是這在本發(fā)明的意義上是沒有關(guān)聯(lián)的。已經(jīng)令人意想不到地顯示具有這樣的框的光伏太陽能模塊通過這三個(gè)宏觀特性 (斷裂伸長率、彈性模量、熱膨脹系數(shù))的組合而結(jié)合出所期望的特性這樣的框由于其足夠高的彈性模量而具有足夠高的穩(wěn)定性以及剛性。因此優(yōu)選的是， 框具有分別平行于模塊邊緣所測量的至少為40N/mm2、特別優(yōu)選地至少為60 N/mm2、完全特 別優(yōu)選地至少為70 N/mm2的彈性模量。通過足夠高的剛性，該框以及由此根據(jù)本發(fā)明的太陽能模塊基本上不是撓性的， 因此尤其不可卷曲，這例如在DE 10 2005 032 716 Al中予以描述。由此，太陽能模塊是 易于處理的，并且在較長時(shí)間以后也不撓曲(例如在有間隔地安裝在不垂直的面上的情況 下)。但是，僅僅彈性模量還不足以充分描述根據(jù)本發(fā)明的包括聚氨酯的框。因此，例如 許多聚氨酯材料同樣具有平行于模塊邊緣所測量的至少30 N/mm2的彈性模量，但是不適用 于本發(fā)明，因?yàn)檫@些聚氨酯材料太易碎、即無彈性。也就是說在這些情況下，作用于太陽能 模塊的沖擊負(fù)荷將不可避免地在框的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到真正的太陽能模塊上，這非常容易導(dǎo)致太 陽能模塊的損害(斷裂、裂縫等等)。本發(fā)明的另一重要方面是邊緣保護(hù)。易碎的具有小的斷裂伸長率的材料斷裂或破 裂。因此，具有較高斷裂伸長率的彈性材料更好地適于在施工地點(diǎn)的魯棒環(huán)境中進(jìn)行安裝。 出于該原因，根據(jù)本發(fā)明的框應(yīng)當(dāng)具有的特點(diǎn)是盡可能高的斷裂伸長率。在此，特別優(yōu)選的 是至少80%的斷裂伸長率，特別優(yōu)選的是至少100%的斷裂伸長率。即使用這兩個(gè)宏觀變量仍然不能充分描述根據(jù)本發(fā)明的太陽能模塊以及該太陽 能模塊的框。除此之外重要的是，框的熱膨脹系數(shù)不超過特定的最大值，以及框的熱膨脹 系數(shù)與用于覆蓋太陽能電池的材料(通常為一個(gè)或多個(gè)由玻璃制成的片)的熱膨脹系數(shù)的 差異盡可能小；由于后一個(gè)熱膨脹系數(shù)優(yōu)選地非常小，因此由此得出框的熱膨脹系數(shù)的最 大上限。因此特別優(yōu)選的是，該熱膨脹系數(shù)具有平行于模塊邊緣所測量的僅僅高達(dá)α = 50*10_6/Κ 的值。在使用各向異性的纖維狀的增強(qiáng)材料的情況下，僅在纖維方向上存在低的熱膨脹 系數(shù)。在包圍的框的情況下，通過平行于玻璃邊緣的纖維取向來找出低的熱膨脹系數(shù)。與 玻璃邊緣垂直地，熱膨脹系數(shù)對應(yīng)于大約150*10_6/Κ的未增強(qiáng)的材料。通過包括聚氨酯的框的特別的特性、尤其是彈性，太陽能模塊不需要框與被其圍 繞的太陽能模塊之間的附加的密封體(盡管當(dāng)然可以設(shè)置針對極端天氣條件的附加的密封 體)。為了改善的粘附，可以將粘附底漆涂覆到玻璃或背側(cè)構(gòu)造或者背側(cè)膜上。根據(jù)本發(fā)明的太陽能模塊顯示出對抗脫層和潮氣進(jìn)入的足夠的耐抗性。這在本發(fā) 明的意義上通過組合遵循特定的宏觀變量的框材料來保證。
太陽能模塊的框通常不僅用于使太陽能明模塊與外部密封以及提高太陽能模塊 的穩(wěn)定性。更確切地說，通過該框也進(jìn)行太陽能模塊到相應(yīng)的基底(例如屋頂或屋壁)的安 裝。因此，太陽能模塊例如可以具有用來進(jìn)行到相應(yīng)基底的安裝的固定裝置、空隙、和/或 孔。另外，該框可以容納電連接元件。在這種情況下，取消了接線盒的不利的安裝。此外，太陽能模塊的框優(yōu)選地具有至少800 kg/m3、尤其是至少1000 kg/m3的密 度。通過這樣的被給出為優(yōu)選方案的密度表明該框優(yōu)選地不是泡沫材料，而是優(yōu)選地為實(shí) 心材料，所述實(shí)心材料沒有或者如果有也僅有極少的含氣量。這不僅有利于框的穩(wěn)定性，而 且有利于框的緊密性。此外可能的是，太陽能模塊的框含有各向同性和/或各向異性的填料，其中各向 異性并且尤其是針狀/纖維狀的填料是特別優(yōu)選的。在本發(fā)明的意義上，將填料理解成有機(jī)和/或無機(jī)化合物、優(yōu)選為出下列項(xiàng)目以 外的有機(jī)和/無機(jī)化合物a)鹵化的、含磷或含氮的有機(jī)化合物， 以及b )無機(jī)磷化合物、無機(jī)金屬氫氧化物以及無機(jī)硼化合物。在本發(fā)明的意義上，在a)和b)中所列舉的化合物組優(yōu)選地屬于阻燃劑。各向異 性的填料的優(yōu)點(diǎn)在于取向以及由此造成的特別低的熱膨脹值和收縮值。在本發(fā)明意義上的 良好特性在如下情況下得以實(shí)現(xiàn)1)纖維被調(diào)整為與負(fù)荷方向平行(例如與邊緣平行)；2)存在纖維的大的長度/直徑比(各向異性程度越高，纖維方向上的增強(qiáng)越好)；3)鑄型涂料持久地保證纖維一基體接觸?？蛑兴奶盍系牧績?yōu)選地處于相對于聚氨酯的重量的重量百分比10%至 30%的范圍中、特別優(yōu)選地在重量百分比15%至25%的范圍中。在這些范圍內(nèi)，上面被認(rèn)為 重要的宏觀變量呈現(xiàn)特別有利的值。所填充的聚氨酯中的高的增強(qiáng)含量除了 R — RIM方法以外例如還可以利用纖維 噴涂方法或者所謂的S-RIM方法(S = StructuaI (結(jié)構(gòu)))來制造。在纖維噴涂方法中，纖 維一聚氨酯混合物被噴涂到模具中的期望位置處。接著，模具閉合并且PUR體系進(jìn)行反應(yīng)。 在S — RIM方法中，預(yù)成型的(連續(xù)的)纖維結(jié)構(gòu)被放入到框(模具)中，并且然后PUR反應(yīng) 混合物被注射到仍然開放或者已經(jīng)閉合的模具中。因此，也可以實(shí)現(xiàn)高的彈性模量以及較 低的熱膨脹值。另外，可以根據(jù)RTM方法(Resin Transfer Molding (樹脂傳遞模塑))制造具有高 纖維含量的框，其中被放入到模具中的纖維結(jié)構(gòu)又借助于真空被浸透。在較低填料含量的情況下，根據(jù)現(xiàn)在的知識水平所存在的危險(xiǎn)是，未達(dá)到框的根 據(jù)本發(fā)明的宏觀特性。填料優(yōu)選為合成的或天然的、尤其是礦物質(zhì)的填料。非常特別優(yōu)選地，填料由選自 下列組云母、片狀和/或纖維狀的硅灰石、玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或它們的混合物。 纖維狀硅灰石在這些填料中是優(yōu)選的，因?yàn)槠淞畠r(jià)并且容易獲得。
除此之外，填料優(yōu)選地具有涂層，尤其是基于氨基硅烷的涂層。在這種情況下，填 料與聚合物基體之間的相互作用增強(qiáng)。這導(dǎo)致更好的使用特性，因?yàn)樵撏繉映志玫貙⒗w維與聚氨酯基體相耦合。根據(jù)本發(fā)明的太陽能模塊的框優(yōu)選地包括至少一種阻燃劑。在本發(fā)明的意義上， 尤其將阻燃劑理解成有機(jī)化合物(尤其是鹵代的含磷的，例如磷酸三甲苯酯、磷酸三(2-氯 乙基)酯、磷酸三(氯丙基)酯、磷酸三(2，3-二溴丙基)酯、以及含氮有機(jī)化合物)以及無機(jī)磷 化合物(例如紅磷、聚磷酸銨)、無機(jī)金屬氫氧化物(例如氫氧化鋁、水合氧化鋁、聚磷酸銨、 聚偏磷酸鈉、或者磷酸酯胺一例如三聚氰胺磷酸鹽)、以及無機(jī)硼化合物(例如硼酸、硼砂)。可以用在本發(fā)明的框中的市售的阻燃劑的示例例如是=Disflamoir DPK (磷酸二 苯基甲苯酯XLevagarcf DMPP (膦酸二甲基丙基酯)、Levagarcf PP (磷酸三(2_氯異丙基) 酯)、三聚氰胺、Exolit AP 422(自由流動(dòng)的粉末狀難溶于水的聚磷酸銨，化學(xué)式為(NH4PO3) n，其中 η = 20 至 1000、尤其是 200 至 1000)、Apyral (Al(OH)3)0特別優(yōu)選三聚氰胺作為阻燃劑。優(yōu)選的是，太陽能模塊的框既包括填料又包括阻燃劑。通過這兩種成分產(chǎn)生足夠 的機(jī)械特性(斷裂伸長率、彈性模量、以及熱膨脹系數(shù)，參見上文)，其中太陽能模塊同時(shí)具 有足夠的阻燃特性，所述阻燃特性是為了例如用作屋頂模塊所必需的。關(guān)于填料與阻燃劑的比例，已經(jīng)提出兩種替代方案作為特別優(yōu)選的方案a)太陽能模塊的框包括量為重量百分比10至15%的填料和量為重量百分比10%至 15%的阻燃劑。b)太陽能模塊的框包括量為重量百分比10至20%的填料和量為重量百分比5% 至7%的阻燃劑。由于替代方案b)中的稍高份額的填料，產(chǎn)生比替代方案a)中更好一些的機(jī)械特 性一但是以包圍太陽能模塊的框的阻燃特性為代價(jià)。因此，此外一尤其是在替代方案b) 中一優(yōu)選的是，框包括外部的阻燃層。在此，外部阻燃層或其化學(xué)前體(Vorl^ifer)優(yōu)選地 被涂覆到太陽能模塊的框上或者安放到模具中，在所述模具中，太陽能模塊隨后被制造出 (后一個(gè)替代方案也被稱為所謂的模內(nèi)涂層方法(In-mold-coat ing-Verf ahren ))。外部阻燃層優(yōu)選地具有0. Olmm至0. 06 mm范圍內(nèi)的厚度。特別優(yōu)選的是0. 03mm 至0.06 mm范圍內(nèi)的厚度。低于該范圍，外部阻燃層的阻燃特性就不夠了。更大的層厚度 伴隨著更高的制造成本。在第二實(shí)施方式中，本發(fā)明所基于的任務(wù)通過一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的具有框 的太陽能模塊的方法來解決，該方法的特征在于，所述框通過RIM、R - RIM、S - RIM、RTM、 噴涂或者澆鑄形成。由于所使用的制造方法，可能可以得出上面討論的宏觀變量在框的范圍內(nèi)不必 一定為恒定的(因此，例如在一個(gè)位置處可能得出比另一位置高的密度)。在這種情形下，應(yīng) 當(dāng)將在此所討論的上限或下限理解為在整個(gè)框的范圍內(nèi)，平均不超過或低于所述上限或 下限。而且正好在使用纖維狀填料的情況下，在通過R — RIM方法制造框的過程中顯示 宏觀變量不在框的范圍內(nèi)為恒定的，因?yàn)橐暦椒ǘǖ爻霈F(xiàn)纖維在流入模具時(shí)的特定優(yōu)選 方向，并且宏觀變量與聚合物基體中的纖維狀填料的取向有關(guān)。在由聚氨酯制造太陽能模塊框時(shí)，使用多異氰酸酯。所使用的多異氰酸酯是脂 (環(huán))族或芳族多異氰酸酯。優(yōu)選地涉及甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷系列的二異氰酸酯和/或多異氰酸酯，其具有重量百分比28%至50%的NCO含量。屬于此類的是4，4’ 一二異氰酸 根合二苯基甲烷與一 2，4’ 一二異氰酸根合二苯基甲烷以及在低的程度上必要時(shí)的2，2’ -二異氰酸根合二苯基甲烷的在室溫下為液態(tài)并且必要時(shí)經(jīng)過相應(yīng)改性的混合物。良好地適 合的還有在室溫下為液態(tài)的二苯基甲烷系列的多異氰酸酯混合物，其除了所述的異構(gòu)體以 外還含有其更高級的同系物，并且可以以本身公知的方式通過苯胺/甲醛縮合物的光氣化 獲得。所述二異氰酸酯和多異氰酸酯的具有尿烷基團(tuán)或碳二亞胺基團(tuán)和/或脲基甲酸酯基 團(tuán)或縮二脲基團(tuán)的改性產(chǎn)物也是合適的。同樣合適的是具有重量百分比10%至48%的NCO 含量的NCO預(yù)聚物。所述NCO預(yù)聚物由前述多異氰酸酯和具有6至112的羥基數(shù)目的聚醚 多元醇、具有113至1100的羥基數(shù)目的聚氧化烯二元醇、或者具有645至1850的羥基數(shù)目 的亞烷基二醇或它們的混合物制造而成。為了形成聚氨酯，優(yōu)選地使用基于MDI (二苯基甲烷二異氰酸酯)的芳香族異氰酸 酯成分，特別優(yōu)選地使用NCO預(yù)聚物。此外，在由聚氨酯制造太陽能模塊框時(shí)使用多元醇配制劑。所述多元醇配制劑除 了至少一種多羥基化合物以外還包含擴(kuò)鏈劑、催化劑、填料、助劑、以及添加劑。所述多羥基化合物優(yōu)選地為多羥基聚醚，其可以以本身公知的方式通過在存在催 化劑的情況下將氧化烯加聚到多官能的起始化合物上制造而成。所述多羥基聚醚優(yōu)選地由 具有平均2至8個(gè)活性氫原子的起始化合物和一個(gè)或多個(gè)氧化烯制造而成。優(yōu)選的起始化 合物是每分子具有2至8個(gè)羥基基團(tuán)的分子，如水、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、一縮二丙二 醇、二縮三乙二醇、三丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、三乙醇胺、甘油、三羥甲基丙烷、季 戊四醇、山梨醇、以及蔗糖。所述起始化合物可以單獨(dú)地或者以混合物形式使用。所述多元 醇由一種或多種氧化烯制造而成。優(yōu)選使用的氧化烯是環(huán)氧乙烷、甲基環(huán)氧乙烷、以及乙基 環(huán)氧乙烷。這些氧化烯可以單獨(dú)或以混合物形式使用。在以混合物形式使用的情況下可以 以統(tǒng)計(jì)學(xué)和/或分段的方式使氧化烯轉(zhuǎn)化。同樣合適的是如下的高分子多羥基聚醚在所 述高分子多羥基聚醚中，高分子的加聚物或縮聚物或聚合物以細(xì)微分散、溶解、或者接枝的 形式存在。這樣的經(jīng)過改性的多羥基化合物例如在原位地在具有羥基基團(tuán)的化合物中進(jìn)行 加聚反應(yīng)(例如多異氰酸酯與氨基官能化合物之間的反應(yīng))或縮聚反應(yīng)(例如甲醛與苯酚和 /或胺之間)時(shí)被獲得(例如DE — AS 1 168 075中所描述的那樣)。通過乙烯基聚合物改 性的多羥基化合物一其例如通過苯乙烯和丙烯腈在存在聚醚的情況下的聚合而獲得(例如 根據(jù)US — PS 3 383 351) 一對于根據(jù)本發(fā)明的方法而言適于作為多羥基多元醇組分。所 述多元醇組分的代表例如在“Kunststoff-Handbuch”第VII冊“Ployurethane”(第三版， Carl Hanser出版社，慕尼黑/維也納，1993，57-67頁或88-90頁)中予以描述。優(yōu)選地， 作為多羥基多元醇組分使用一種或多種多羥基聚醚，所述多羥基聚醚具有6至112、優(yōu)選21 至56的羥基數(shù)目，以及1. 8至8、優(yōu)選1. 8至6的官能度。適于作為根據(jù)本發(fā)明的多元醇配制劑中的擴(kuò)鏈劑的是如下擴(kuò)鏈劑所述擴(kuò)鏈劑的 平均羥基數(shù)目或胺數(shù)目為245至1850，并且其官能度為1. 8至8、優(yōu)選1. 8至4。在此，可 舉出的示例是乙二醇、丙二醇、二乙二醇、一縮二丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、三乙醇 胺、甘油、三羥甲基丙烷、以及短鏈的烷氧基化產(chǎn)物。特別優(yōu)選地使用乙二醇和1，4_ 丁二 異氰酸酯基團(tuán)與羥基基團(tuán)之間的緩慢進(jìn)行的反應(yīng)可以通過添加一種或多種催化劑被加速。在此，尤其是可以考慮本身公知類型的叔胺，例如三乙胺、三丁胺、N-甲基嗎啉、 N-乙基嗎啉、N-椰油基嗎啉、N, N，N’，N’ -四甲基乙二胺、1，4- 二氮雜雙環(huán)[2. 2. 2]辛烷 (1，4-Diazabicyclo[2. 2. 2]octan)、N_ 甲基-N，-二甲基氨基乙基哌嗪(N-Methyl-N，-dime thylaminoethylpiperazin),N, N-二 甲基環(huán)己胺、N, N, N，，N，-四甲基_1，3-丁二胺、N, N-二 甲基咪唑- β -苯乙胺(N, N-Dimethylimidazol-β -phenylethylamin)U, 2- 二甲基咪唑、 雙O-甲氨基乙基)醚、或者2-甲基咪唑。有機(jī)金屬催化劑、如有機(jī)鉍催化劑一例如新十二 酸鉍(III)，或者有機(jī)錫催化劑、如羧酸的錫(II)鹽一例如醋酸錫(II)、辛酸錫(II)、乙基 己酸錫(II)和月桂酸錫(II)，以及羧酸的二羥基錫(II)鹽、例如二乙酸二丁基錫、二月桂 酸二丁基錫、馬來酸二丁基錫、或者二乙酸二辛基錫可以單獨(dú)地或以與叔胺組合的形式使 用。所述催化劑可以單獨(dú)地或者以組合形式使用。催化劑的另外的代表以及關(guān)于催化劑 的作用方式的細(xì)節(jié)在 “Kunststoff-Handbuch” 第 VII 冊 “Polyurethane”(第三版，Carl Hanser出版社，慕尼黑/維也納，1993，104-110頁)中予以描述。必要時(shí)要一起使用的填料既可以是無機(jī)填料也可以是有機(jī)填料。作為無機(jī)填料可 以示例性地列舉片狀和/或纖維狀硅灰石、硅酸鹽礦物一如頁硅酸鹽(例如云母)、金屬氧 化物一如氧化鐵、熱解制造的金屬氧化物一如Aerosile、金屬鹽一如重晶石、無機(jī)顏料一如 硫化鎘、硫化鋅、以及玻璃、玻璃纖維、玻璃微珠、空心玻璃微珠等等。作為有機(jī)填料可以示 例性地列舉有機(jī)纖維(例如碳纖維或芳綸纖維)、結(jié)晶石蠟或者脂肪、基于聚苯乙烯、聚氯 乙烯的粉末、脲醛樹脂材料、和/或聚聯(lián)二脲(Polyhydrazodicarbonamid)(例如由胼和甲 苯二異氰酸酯制成)。也可以使用有機(jī)來源的空心微珠、或者軟木。所述有機(jī)或無機(jī)填料可 以單獨(dú)地或作為混合物使用。屬于必要時(shí)可以一起用在根據(jù)本發(fā)明的多元醇配制劑中的輔助材料和添加材料 的例如有發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑、增塑劑、和/或一元醇。作為發(fā)泡劑既可以使用物理發(fā)泡劑又可以使用水。物理發(fā)泡劑例如為 1,1,1,3, 3-五氟丙烷、正戊烷、和/或異己烷。優(yōu)選使用水。發(fā)泡劑可以單獨(dú)或者以組合形 式使用。作為穩(wěn)定劑尤其是使用表面活性物質(zhì)，即用于支持原料的均勻化并且必要時(shí)同樣 適于調(diào)節(jié)塑料的泡孔結(jié)構(gòu)的化合物。例如可以列舉乳化劑一如蓖麻油硫酸鈉鹽或者脂肪酸 鈉鹽以及脂肪酸與胺的鹽、泡沫穩(wěn)定劑一例如硅氧烷-氧化烯共聚物、以及泡孔調(diào)節(jié)劑一 如石蠟。作為穩(wěn)定劑主要使用水溶性的有機(jī)聚硅氧烷。所述穩(wěn)定劑是上面接枝有來自氧化 乙烯和氧化丙烯的聚醚鏈的聚二甲基硅氧烷殘基。作為用于給聚氨酯著色的著色劑可以使用本身公知的基于有機(jī)和/或無機(jī)基礎(chǔ) 的染料和/或有色顏料，例如氧化鐵顏料和/或氧化鉻顏料、以及基于酞菁和/或單偶氮的 顏料。在本發(fā)明的意義上，尤其是將阻燃劑理解成有機(jī)化合物(尤其是鹵代的、含磷的， 例如磷酸三甲苯酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(氯丙基)酯、磷酸三(2，3-二溴丙基)酯、 以及含氮有機(jī)化合物)以及無機(jī)磷化合物(例如紅磷、聚磷酸銨)、無機(jī)金屬氫氧化物(例如 氫氧化鋁、水合氧化鋁、聚磷酸銨、聚偏磷酸鈉或者磷酸酯胺一例如三聚氰胺磷酸鹽)、以及 無機(jī)硼化合物(例如硼酸、硼砂)。可以用在本發(fā)明的框中的市售的阻燃劑的示例例如是=Disflamoir DPK (磷酸二苯基甲苯酯XLevagarcf DMPP (膦酸二甲基丙基酯)、Levagarcf PP (磷酸三(2_氯異丙基) 酯)、三聚氰胺、Exolit AP 422(自由流動(dòng)的粉末狀難溶于水的聚磷酸銨，化學(xué)式為(NH4PO3) n，其中 η = 20 至 1000，尤其是 200 至 1000)、Apyral (Al(OH)3)0特別優(yōu)選三聚氰胺作為阻燃劑。作為增塑劑可以示例性地列舉多元羧酸、優(yōu)選二元羧酸與一元醇的酯。這樣的酯 的酸組分例如可以源自丁二酸、間苯二甲酸、偏苯三酸、鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐 和/或六氫鄰苯二甲酸酐、橋亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐(Endomethylentetrahydrophthals hreanhydrid)、戊二酸酐、馬來酸酐、富馬酸、和/或必要時(shí)與單體脂肪酸相混合的二聚和 /或三聚脂肪酸。這樣的酯的醇組分例如可以源自有支鏈和/或無支鏈的具有1至20個(gè) C原子的脂肪醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、下列醇的各種異構(gòu) 體戊醇、己醇、辛醇(例如2-乙基己醇)、壬醇、癸醇、十二醇、十四醇、十六醇、十八醇和/ 或天然存在或通過對天然存在的羧酸進(jìn)行氫化得到的脂肪醇和蠟醇。作為醇組分也可以 考慮脂環(huán)族和/或芳族羥基化合物，例如環(huán)己醇及其同系物、苯酚、甲酚、百里酚、香芹酚、 苯甲醇和/或苯乙醇。此外，作為增塑劑可以考慮上述醇與磷酸的酯。必要時(shí)也可以使用 鹵代醇的磷酸酯，例如磷酸三氯乙酯。在后一種情況下，可以與增塑劑效果同時(shí)獲得阻燃 效果。當(dāng)然也可以使用上述醇與羧酸的混合酯。增塑劑也可以是所謂的聚合物增塑劑，例 如己二酸、癸二酸和/或鄰苯二甲酸的聚酯。另外，苯酚的烷基磺酸鹽，例如鏈烷磺酸苯酯 (Paraffinsulfonsaurephenylester)也可用作增塑劑。其它的必要時(shí)要一起使用的輔助材料和/或添加材料是一元醇，例如丁醇、 2-乙基己醇、辛醇、十二醇、或者環(huán)己醇，這些一元醇必要時(shí)可以一起使用以促成所 期望的鏈終止。關(guān)于常見輔助材料和添加材料的進(jìn)一步說明可以從專業(yè)文獻(xiàn)，例如 “Kunststoff-Handbuch”，第 VII 冊 “Ployurethane”(第三版，Carl Hanser 出版社，慕尼 黑/維也納，1993，104頁及以后)中得知。在此，外部阻燃層可以事后被施加到太陽能模塊的框上。但是所述外部阻燃層也 可以被安放在模具中，然后在所述模具中制造真正的太陽能模塊。在模具中安放(漆)層、然 后封閉模具并且施加真正的塑料材料也被稱為所謂的模內(nèi)涂層方法。這樣的模內(nèi)涂層漆的 組成例如在DE 38 21 908 Cl和US 5，567，763中予以公開。在第三實(shí)施方式中，本發(fā)明所基于的任務(wù)通過一種用于產(chǎn)生電能的裝置來解決， 該裝置包括根據(jù)本發(fā)明的具有框的上面定義的物理特性的光伏太陽能模塊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例下面的示例示出不同組成的框材料的制造及其相互比較。根據(jù)本發(fā)明的示例利用R - RIM方法在實(shí)驗(yàn)室活塞式灌裝機(jī)上制造出片狀Bayfle/模具體。所使用的是Bayflex 體系 Bayflex VP. PU 51BDll/Desmodur VP. PU 18IF18，其 具有重量百分比20%的法國Quarzwerke公司的型號為1Tremin 939. 955的纖維狀硅灰石增 強(qiáng)材料。
所述片具有尺寸200 χ 300 χ 3 mm3。根據(jù)相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)從這些片中沖壓出標(biāo) 準(zhǔn)樣本。確定下面的材料特性
權(quán)利要求
1.一種具有由聚氨酯制成的完全或部分包圍的框的光伏太陽能模塊，其特征在于，所 述框具有至少50%的斷裂伸長率；至少30 N/mm2的彈性模量；以及至多α = 80 X IO-6A的熱膨脹系數(shù)；其中所述彈性模量和所述熱膨脹系數(shù)平行于模塊邊緣測得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框具有至少80%、尤其是至少 100%的斷裂伸長率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框具有分別平行于模塊邊 緣所測量的至少40 N/mm2、尤其是至少60 N/mm2、極其特別地是至少70 N/mm2的彈性模量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框具有分別平行于模 塊邊緣所測量的至多α =50Χ10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框具有至少800kg/ m3、尤其是至少1000 kg/m3的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框包括各向同性和/ 或各向異性的填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框包含相對于聚氨酯 彈性體的重量的量為重量百分比10%至30%、尤其是重量百分比15%至25%的填料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框包括合成的或天然 的、尤其是礦物質(zhì)的填料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述填料選自包括下列項(xiàng) 目的組云母、片狀和/或纖維狀的硅灰石、玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述填料具有涂層、尤其 是基于氨基硅烷的涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框包括至少一種阻 燃劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至10之一以及根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能模塊，其特征在于， 所述框包括量為重量百分比10%至15%的填料和量為重量百分比10%至15%的阻燃劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至10之一以及根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能模塊，其特征在于， 所述框包括量為重量百分比15%至20%的填料和量為重量百分比5%至7%的阻燃劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能模塊，其特征在于，所述框包括外部阻燃層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能模塊，其特征在于，所述外部阻燃層具有0.01mm至 0.06 mm范圍內(nèi)的厚度。
16.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的太陽能模塊的方法，其特征在于，所 述框通過RIM、R - RIM、S - RIM、RTM、噴涂或者澆鑄形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，使用芳族異氰酸酯組分來形成聚氨酯。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或者17之一所述的方法，其特征在于，所述外部阻燃層被施加到 所述太陽能模塊的框上，或者安放于在其中制造所述太陽能模塊的模具中。
19.一種用于產(chǎn)生電能的裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的光伏太陽能模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏太陽能模塊及其制造方法、以及一種利用這樣的太陽能模塊來產(chǎn)生電能的裝置。所述光伏太陽能模塊具有由聚氨酯制成的完全或部分包圍的框的光伏太陽能模塊，其特征在于，所述框具有至少50％的斷裂伸長率、至少30N/mm2的彈性模量以及高達(dá)α＝80*10-6/K的熱膨脹系數(shù)，其中所述彈性模量和所述熱膨脹系數(shù)分別平行于模塊邊緣測得。
文檔編號H01L31/048GK102057498SQ200980120570
公開日2011年5月11日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者霍夫曼 A., 塞德利茨 D., 紹澤爾 F., 埃賓 H. 申請人:拜爾材料科學(xué)股份公司