AT503907A1

AT503907A1 - Solarmodul

Info

Publication number: AT503907A1
Application number: AT0113606A
Authority: AT
Inventors: Hans-Peter Dr Bierbaumer; Peter Ing Huber
Original assignee: Hans-Peter Dr Bierbaumer; Peter Ing Huber
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-15
Also published as: EP2041800A2; WO2008003109A2; WO2008003109A3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarmodul mit zumindest einem photovoltaischen E-lement zur Stromerzeugung und zumindest einem Profil mit mindestens einem in seinem Inneren angeordneten Kanal, der dazu bestimmt ist, von einem Fluid, insbesondere einem Wärmeträgermedium, durchflossen zu werden, sowie auf eine damit gebildete Solareinheit.

Solarmodule mit photovoltaischen Elementen zum Umwandeln von Solarenergie in elektrische Energie haben einen relativ geringen Wirkungsgrad. Einerseits produziert das Spektrum des Sonnenlichts vorwiegend thermische Energie, welche die Solarmodule aufheizt, andererseits ist es bekannt, dass der Wirkungsgrad photovoltaischer Elemente mit steigender Temperatur sinkt. Es ist bekannt, photovoltaische Elemente mittels eines strömenden Fluids abzukühlen und die abgefuhrte Wärme gezielt zu nutzen, beispielsweise zum Heizen von Räumen oder für die Bereitung von Warmwasser. Dadurch wird einerseits der elektrische Wirkungsgrad der photovoltaischen Elemente durch deren Kühlung erhöht, andererseits wird der Gesamtwirkungsgrad der Solarmodule durch die Nutzung der thermischen Energie weiter verbessert. Beispiele solcher Einrichtungen sind in der EP 0 971 419 A und der DE 199 14 079 A gezeigt.

Bei der genannten Vorrichtung gemäß EP 0 971 419 A sind photovoltaische Elemente mit einem Profil verbunden, das in seinem Inneren Strömungskanäle für ein Wärmeträgerfluid aufweist, wobei das Profil vorzugsweise aus Glas besteht, da Glas eine vergleichbare Wärmedehnung aufweist wie das photovoltaische Element.

Will man photovoltaische Elemente mit einem aus Metall bestehenden Profil kombinieren, besteht ein erhebliches Problem darin, dass die bruchempfindlichen photovoltaischen Elemente auf Grund der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten der Elemente und des Metalls bei der Erwärmung der Module in Folge der unterschiedlichen Längenände-

NACHGEREICHT N2006/02900 -2- -2- ·· ·· ·· ···· · ·· ···· ···· I · • · · · · · ··· · * • · ♦ · · · · · » · ····· ····· ·· ·· · ··· ·· ·· rungen zum Brechen neigen. Für das Metallprofil ist prinzipiell eine hohe Wärmeleitfähigkeit erwünscht, da damit die Energieausbeute steigt. Damit einher geht aber auch eine entsprechende Wärmedehnung. Die photovoltaischen Elemente zeigen normalerweise eine bedeutend geringere Wärmedehnung, sodass also Werkstoffe kombiniert werden müssen, die zumindest teilweise zueinander konträre Eigenschaften haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarmodul vorzuschlagen, bei dem die photovoltaischen Elemente vor Überbelastung durch Wärmdehnung geschützt sind und das zudem einen guten Gesamtwirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem photovoltaischen Element und dem Profil eine Trägerschicht angeordnet ist. Mit der Trägerschicht kann der direkte Einfluss der Längenänderung des Profils aufgrund der Temperaturerhöhung auf das bzw. die photovoltaische(n) Element(e) verhindert werden, da die Trägerschicht als „Puffer“ wirken kann, sodass das bzw. die photovoltaische(n) Element(e) besser geschützt ist (sind).

Nach einer Ausfuhrungsvariante weist die Trägerschicht eine Wärmeleitfähigkeit auf, die zwischen jener des photovoltaischen Elements und des Profils liegt, wodurch eventuell auftretende mechanische Spannungen im Solarmodul besser beherrschbar sind.

Die Trägerschicht kann durch eine Kohlefaserschicht oder Kohlefaserverbundwerkstoffschicht gebildet sein. Durch den sehr geringen Wärmedehnungskoeffizienten der Kohlefaserschicht wird die Übertragung von Dehnkräften vom Profil auf die bruchgefährdeten photovoltaischen Elemente vermieden. Durch die sehr guten Wärmeleiteigenschaften der Kohlefaserschicht werden der Wärmetransport von den photovoltaischen Elementen zum Wärmeträgerfluid führenden Profil und so die Kühlung der photovoltaischen Elemente begünstigt. Schließlich absorbiert die Kohlefaserschicht auf Grund ihrer schwarzen Farbe einen großen Teil des die photovoltaischen Elemente durchdringenden Teils des Spektrums des Sonnenlichts und leitet die entstehende Wärme an das Profil ab, was den thermischen Wirkungsgrad des Solarmoduls weiter verbessert.

Die Trägerschicht kann aber auch durch andere Werkstoffe, insbesondere Verbundwerkstoffe, gebildet sein, beispielsweise durch keramische Schichten, insbesondere faserver- N2006/02900 t ;achgereicht 3 3 ·· ♦· ···· • · · · · ·· • · ♦ · · • ♦ · · · • · · · · ·· ·· · ·· # · ♦ • ··· · · • · · · · • · « · · ··· ·· ·· stärkte. Z.B. kann die Trägerschicht durch SiC, AI2O3, Schichten mit einer Matrix aus Kohlenstoff oder SiC oder AI2O3 verstärkt mit Fasern aus SiC oder A1203, wie z.B. C/SiC oder SiC/SiC oder AI2O3/ AI2O3, wobei der erste Werkstoff die Matrix bildet und der jeweils zweite Werkstoff die Fasern bildet, gebildet sein. Die Fasern können auch eine Beschichtung aufweisen, z.B. mit BN oder C, um deren Gleiteigenschaften zu verbessern, und damit einer Bruchgefahr von keramischen Trägerschichten vorzubeugen.

Der Kohlefaserverbundwerkstoffschicht kann aus einer Matte aus Kohlefaser hergestellt sein, in die zumindest ein thermoplastischer Kunststoff eingewoben wurde, der sich bei Erwärmung verflüssigt und so die Kohlefasem zumindest teilweise einbettet, sodass eine durchgehende Schicht entsteht. Gegebenenfalls können mehrere dieser Schichten übereinander gelegt und mit einem Harz in einer Presse bei ca. 180 °C verbunden werden. Es steht damit ein leichter und dennoch stabiler Werkstoff als Trägerschicht zur Verfügung.

Die Kohlefaserschicht kann ein Gewebe sein. Ein Gewebe aus Kohlefasem ist mechanisch sehr widerstandsfähig und einfach zu konfektionieren.

Vorteilhaft ist weiters eine Ausbildung, bei der die Kohlefaserschicht ein Vlies ist. Ein Vlies aus Kohlefasem ist gut geeignet, Unebenheiten, beispielsweise des Profils, zu überbrücken.

Durch weitere Varianten der Erfindung, bei der die Trägerschicht mit dem Profil und/oder mit dem photovoltaischen Element durch einen Klebstoff verbunden ist oder durch diesen gebildet ist, ist es möglich, ein sehr kompaktes und leichtes Solarmodul zu erhalten, das zudem kostengünstig produziert werden kann, weil Klammem, Rahmen und dergleichen Befestigungselemente für das Zusammenhalten der photovoltaischen Elemente und des Profils entfallen.

Es kann ein sog. „keramischer Kleber“ verwendet werden, bei dem der harzbasierte Klebstoff keramische Füllstoffe enthält. Letztere begünstigen den Wärmetransport von den photovoltaischen Elementen zum Profil und verstärken den Klebstoff. Als keramische. Füllstoffkann z.B. AI2O3 oder T1O2 verwendet werden. Es ist aber auch die Füllung mit Kohlenstoffpartikeln, z.B. Graphitpartikeln, möglich.

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Der Klebstoff kann nach dem Abbinden dauerelastische bzw. dauerplastische Eigenschaften aufweist, also nicht hart aushärtend abbinden, wodurch die photovoltaischen Elemente auf dem Profil sozusagen „schwimmend“ gelagert sind und daher durch Wärmedehnung höchstens geringfügig mechanisch beansprucht werden. Der Kleber kann beispielsweise die elastischen Eigenschaften eines Silikons aufweisen.

Das photovoltaische Element ist bevorzugt als sog. Wafer ausgebildet. Dieser kann sowohl durch einen monokristallinen als auch durch einen polykristallinen bzw. amorphem Halbleiter gebildet sein, wobei zu beachten ist, dass letztere schlechtere Wirkungsgrade aufweisen, allerdings deutlich günstiger sind. Durch die Wafer-Technologie wird ein sehr leichtes Solarmodul erreicht, dass ohne größere Aufwendungen in unterschiedlichen Größen hergestellt werden kann, wobei die Teilung abhängig ist von der Größe der Wafer. Die Dicke dieser Wafer kann dabei zwischen 150 pm und 330 pm betragen.

Die der Sonne zugewandte Oberfläche des Wafers kann mit einer Antireflexschicht, z.B. aus Siliziumnitrid, überzogen sein, um so den Wirkungsgrad des Solarmoduls weiter zu erhöhen.

In der Trägersicht können Ausnehmungen, insbesondere Löcher angeordnet sein, um den oder die Wafer elektrisch zu kontaktieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante dazu ist es möglich, dass diese Ausnehmungen mit einem Harz ausgegossen sind. Es wird damit die Dauerhaftigkeit der Kontaktierungen, d.h. der Lötstellen verbessert.

Prinzipiell sei erwähnt, dass die Kontaktierungen der Wafer auch dem Stand der Technik entsprechend erfolgen kann, beispielsweise über Aluminium- und/oder Silberkontakte, wobei bevorzugt Aluminium auf der dem Profil zugewandten Rückseite und Silber, beispielsweise in Form von schmalen Fingern, um die Einstrahlfläche möglichst groß zu halten, auf der Vorderseite des Wafers angeordnet wird. Die Kontakte können auch zumindest teilweise in den Wafer hineinragen, also in diesem versenkt sein, wodurch wiederum eine größere verbleibende Einstrahlfläche erhalten wird. N2006/02900 | nachgereicht

Das photo voltaische Element, also der Halbleiter, kann auf die Trägerschicht aufgedampft sein, beispielsweise mit einem PVD-Verfahren, wodurch eine bessere Haftung und ein einfacherer Aufbau des Solarmoduls erreicht werden kann.

Das Profil kann aus Metall bestehen, wodurch ein guter Wärmetransport von den photovol-taischen Elementen zu einem im Profil vorhandenen Wärmeträgerfluid erreicht wird.

Bevorzugt ist das Metall Aluminium oder eine Legierung aus Aluminium, welches bekanntlich eine hohe Wärmeleitzahl aufweist. Kupfer bzw. andere Metalle, sowie deren Legierungen, mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind aber auch verwendbar.

Das Profil kann im Strangpressverfahren hergestellt sein. Dadurch lassen sich in sehr einfacher Weise Solarmodule in nahezu beliebiger Länge ohne Unterbrechungen der fluidfuh-renden Kanäle anfertigen.

Bevorzugt sind in dem Profil mehrere Kanäle direkt nebeneinander liegend, also nur durch eine Trennwand bzw. einen Steg voneinander getrennt, ausgebildet, wodurch der Wirkungsgrad des Solarmoduls bei gleichzeitig kompakter Bauweise erhöht werden kann.

Das Verhältnis der Höhe des Profils zu dessen Breite kann in einem Bereich von 1:15 bis 1:25 bzw. besonders bevorzugt in einem Bereich von 1:18 bis 1:22 liegen. Derartige Solarmodule eignen sich sehr gut als Dach- oder Fassadenelemente.

Weiters ist es möglich, dass auf mindestens einer Oberfläche des Profils Längsrippen angeordnet, wodurch die Steifigkeit des Solarmoduls erhöht wird.

Das Profil des Solarmoduls kann aber auch mit einer Wärmepumpe kombiniert werden. Es kann damit wiederum die Effizienz des Solarmoduls erhöht werden, da die üblicherweise vorhandenen Sicherheitsabschaltung des Warmwasserkollektors, wenn beispielsweise der Pufferspeicher auf seiner Maximaltemperatur ist, aufgrund ständiger Kühlung bis zu einer Temperatur von ca. 70 °C bis 80 °C nicht auslöst, wodurch die photovoltaischen Elemente durch mangelnde Kühlung eine schlechtere Leistung erbringen würden. Die Wärmepumpe kann dabei mit Prozessumkehr betrieben werden, sodass sie also kühlt. Im Winter ist es möglich, über diese Wärmepumpe bei normalem aus dem Stand der Technik bekanntem Verfahrensablauf zusätzliche Wärme, z.B. für die Heizung, zu generieren. Es ist dabei N2006/02900 | nachgereicht ·· • · · · • · · · ·· ·· · ··«· « • · · · · • · · · · • · · ·

··· ·· ·· 6 auch eine automatische Regelung der Umschaltung des Prozesses in der Wärmepumpe möglich, z.B. thermostatgesteuert. Die Stromversorgung der Wärmepumpe kann bei Bedarf über die photovoltaischen Elemente erfolgen, sodass also dass System autark ist.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass selbstverständlich das gesamte Solarmodul bzw. damit verbundene Anlagen, wie z.B. Umrichter, etc., wie die aus der Solartechnik bekannt ist, automatisiert sein können.

Die Aufgabe der Erfindung wird eigenständig auch dadurch gelöst, dass mehrere Solarmo-dule zu einer Solareinheit verbunden sind. Die sich daraus ergebenden Vorteile liegen darin, dass eine derartige Einheit eine geringe Bauhöhe, ein geringes Gewicht und einen guten Gesamtwirkungsgrad aufweist. Zudem lässt sich eine solche Einheit sehr einfach in ihrer Länge und Breite an das jeweilige Platzangebot anpassen.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsart des Solarelements;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsart des Solarelements;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsart des Solarelements;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsart des Solarelements;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine erste Kombinationsvariante und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Kombinationsvariante.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen sind, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. o-ben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen N2006/02900

NACHGEREICHT -7- ·· ·· ···· • «· ·· • • • · · ·· · • • • • • · · • ··· • • • · • · · • · · • • • • • · · • · · • • ·· ·· · ··· ·· ·· und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

In den Figuren 1 bis 4 ist mit 1 ein Solarmodul bezeichnet, das aus einem Profil 2 und mindestens einem auf dem Profil 2 angeordneten photovoltaischen Element 4 besteht. Das Profil ^besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus einer Aluminium-Legierung und weist in seinem Inneren mindestens einen Kanal 3, vorzugsweise mehrere parallel zueinander angeordnete Kanäle 3 auf, welche dazu bestimmt sind, von einem Wärmeträgerfluid durchströmt zu werden. Das Profil 2 hat bevorzugt eine Breite in einem Bereich von 45 bis 175 mm und eine Höhe in einem Bereich von 3 bis 7 mm. Es kann beispielsweise im Strangpressverfahren hergestellt und daher prinzipiell fast in beliebigen Längen gefertigt werden. Als photovoltaisches Element 4 kommen prinzipiell alle bekannten Typen in Frage, sowohl solche mit polykristallmen als auch solche mit monokristallinen Halbleitern, wie z.B. Silizium, Germanium, halbleitende Legierungen, etc. Bevorzugt werden Siliziumwafer verwendet. Die Halbleiter weisen in an sich bekannter Weise sog. p-n- Übergänge auf. Da dies bereits ausführlich im Stand der Technik beschrieben ist, sei der Fachmann diesbezüglich an die einschlägige Literatur verwiesen.

Das Profil (2), d.h. das Hohlprofil, welches bevorzugt verwendet wird - es sind auch herkömmliche Rohrleitungen etc. möglich -, weist eine Vorderwand, eine Rückwand sowie zwei Seitenwände auf. Die Vorderwand und die Rückwand können ebenflächig ausgebildet und zumindest annähernd parallel zueinander sein. Ebenso sind die beiden Seitenwände zumindest annähernd parallel zueinander und ebenflächig ausgebildet.

In den beiden Seitenwänden kann jeweils ein Anschluss für einen Zulauf sowie einen Ablauf für das Fluid, insbesondere das Wärmeträgermedium, vorgesehen sein. Selbstverständlich können der Zulauf und der Ablauf in nur eine der Seitenwände angeordnet sein bzw. ist es auch möglich, diesen Zulauf und/oder Ablauf in der Vorderwand und/oder Rückwand je nach Bedarf anzuordnen.

Das Profil 2 kann mit lediglich einem Kanal 3 ausgestattet sein, in welchem das Wärmeträgermedium dieses durchströmt und dabei die Wärme, welche aufgrund der Sonnenein-

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Das Profil 2 ist bevorzugt aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet, insbesondere besteht es aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Das Hohlprofil kann damit sehr leicht ausgestaltet sein, beispielsweise ein Gewicht aufweisen, das ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 kg/m und einer oberen Grenze von 0,75 kg/m, beispielsweise kann das Gewicht 0,66 kg/m betragen.

Durch die Verwendung eines AluminiumwerkstofFes kann das Profil 2 auch ein schnelles Ansprechverhalten aufweisen, sodass also bereits nach kurzer Zeit eine entsprechend große Wärmemenge übertragen worden ist.

Die lichte Weite des Kanals 3 kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 mm und einer oberen Grenze von 5 mm. Es wird damit ein sehr geringer Strömungsquerschnitt für das Wärmeträgermedium erreicht, sodass dieses die Wärme gleichmäßig von der den Kanal 3 umgebenden Vorderwand, der Rückwand und der Seitenwände aufnehmen kann.

Bevorzugt wird dieses Hohlprofil durch Strangpressen aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass sich damit ein Profil mit sehr dünnen Wänden herstellen lässt, wodurch wiederum eine bessere Wärmeübertragung vom Profil auf das Wärmeträgermedium ermöglicht wird. Bevorzugt weisen die Vorderwand und/oder Rückwand und/oder die beiden Seitenwände eine Wandstärke auf, die ausgewählt wird aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 mm und einer oberen Grenze von 1,5 mm.

Da das Hohlprofil selbsttragend sein soll, also eine gewisse Festigkeit aufweisen soll, ist eine Verringerung der Wandstärke unter 0,5 mm nicht vorgesehen. Sollte jedoch die Festigkeit des Hohlprofils in diesem Ausmaß nicht erforderlich sein, beispielsweise wenn um das Hohlprofil eine Art Käfig, beispielsweise in Form eines Gitters, aufgebaut ist, der zum einem die Festigkeit durch die Tragefunktion übernimmt und zum anderen das Hohlprofil gegen äußere Schläge und damit Verformung desselben schützt, kann selbstverständlich im Sinne der Erfindung die Wandstärke unter 0,5 mm betragen.

Auch hinsichtlich der lichten Weite des Kanals 3, also des maximalen Abstandes der Vorderwand von der Rückwand des Profils 2, ist eine weitere Verbesserung der Wärmeüber-

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Da naturgemäß der Strömungswiderstand für den Wärmeträger bei Verringerung des Abstandes zwischen der Vorderwand und der Rückwand wächst, ist es bevorzugt, dass der Mindestabstand 1 mm beträgt. Darunter liegende Abstände, also lichte Weiten des Profils 2, können jedoch dann eingesetzt werden, wenn die Pumpleistung für die Kreislauflührung des Wärmeträgers entsprechend hoch ist.

Nach einer Ausführungsvariante des Profils 2 ist der Kanal 3 des Profils 2 aufgeteilt in mehrere Einzelkanäle, sodass also im Profil 2 zumindest zwei Kanäle 3 vorhanden sind. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen den Seitenwänden in Richtung dieser Seitenwände verlaufend und die Vorderwand mit der Rückwand verbindend zumindest ein Steg angeordnet wird. Bevorzugt wird dieser Steg gleichzeitig mit dem Profil 2 ebenfalls durch Strangpressen hergestellt. Da der zumindest eine Steg nur bedingt eine Stützfunktion aufweist, ist es möglich, diesen mit einer geringeren Wandstärke auszuführen, die ausgewählt sein kann aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,35 mm und einer oberen Grenze von 1 mm. Bevorzugt wird diese Wandstärke aus einem Bereich ausgewählt mit einer unteren Grenze von 0,4 mm und einer oberen Grenze von 0,8 mm bzw. kann diese Wandstärke 0,5 mm betragen.

Es ist damit auch möglich, innerhalb nur eines Profils 2 das Wärmeträgermedium schlangen- bzw. mäanderförmig zu leiten, sodass also beispielsweise ein erster Kanal 3 für das Aufwärtsströmen des Wärmeträgermediums und ein weiterer Kanal 3 für das Abwärtsströmen des Wärmeträgermediums verwendet wird. Damit verlängert sich der Strömungsweg des Wärmeträgermediums im Profil 2 und steht damit auch eine größere Zeitspanne für den Wärmeaustausch zur Verfügung. 0,

Die Stege^Z^vergrößem die Wärmeübergangsflächen und verbessern damit den Wirkungsgrad. Zu dem wird es damit möglich, dem Hohlprofil eine höhere Druckfestigkeit zu verleihen. NACHGEREICHT] -_--1 N2006/02900 -10- • · ·· ···· • ·· ·· • • • · · ·· · • · • · • · · • ··· • • • • • · • · · • • • · • · · • · · • • ·· ·· · ··· ·· ··

Die beiden Seitenwände müssen nicht eben ausgebildet sein, sondern können beispielsweise auch eine Krümmung aufweisen. Ebenso können natürlich auch die Vorderwand und/oder die Rückwand eine derartige Krümmung aufweisen, sodass also beispielsweise der maximale Abstand von 5 mm zwischen der Vorderwand und der Rückwand lediglich im Mittenbereich des Profils 2 erreicht wird und in den beiden Seitenbereichen anschließend an die beiden Seitenwände die Kanäle 3 geringere lichte Weiten aufweisen.

Anstelle einer konvexen Auswölbung des Profils 2 zumindest im Mittenbereich ist es andererseits auch möglich, die Vorderwand und/oder die Rückwand und/oder die beiden Seitenwände konkav verlaufend zu gestalten, sodass also ein Strömungsquerschnitt im Mittenbereich des Profils 2 kleiner ist, als im Strömungsquerschnitt in den beiden Randbereichen.

Das Hohlprofil kann eine Breite aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 40 mm und einer oberen Grenze von 400 mm. Dadurch ist es möglich, mehrere Kanäle 3 im Hohlprofil vorzusehen, um damit einen entsprechenden Strömungsverlauf des Wärmeträgermediums im Hohlprofil vorgeben zu können. Diese Breite kann aber weiters ausgewählt sein, aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 80 mm und einer oberen Grenze von 250 mm bzw. 100 mm betragen.

Prinzipiell kann im Hohlprofil lediglich ein Kanal 3 ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Anzahl der Kanäle 3, die im Hohlprofil unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, also nur durch die Stege voneinander getrennt sind, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15 und einer oberen Grenze 40, insbesondere mit einer unteren Grenze von 20 und einer oberen Grenze von 30, bevorzugt werden 24 Kanäle 3 im Hohlprofil angeordnet. Es wird damit möglich, die Wärmeübergangsfläche entsprechend zu variieren bzw. ist damit auch eine Variation der baulichen Abmaße des Solarmoduls 1 zu erreichen.

Die nebeneinander angeordneten Kanäle 3 bedecken praktisch die gesamte Hohlprofilfläche. Damit ist ein sehr hoher Wirkungsgrad zu erzielen.

Gegebenenfalls ist es möglich, durch das Zu- oder Abschalten einzelner Kanäle 3 und/oder einzelner Hohlprofile, beispielsweise indem hierfür Klappen zum Verschließen dieser einzelnen Kanäle 3 und/oder Hohlprofile vorgesehen sind, die Leistung entsprechend zu vari- | NACHGEREIclrt -11 -

leren.

Bei der Ausgestaltung des Profils 2 als Mehrkanalprofil ist es vorteilhaft, wenn die Breite der Kanäle 3, also der seitliche Abstand zwischen den Stegen, ausgewählt wird, aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1,5 mm und einer oberen Grenze von 3,5 mm. Durch diese Querschnittsbegrenzung kann ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden, in dem nämlich das Verhältnis der Querschnittsfläche des Kanals 3 im Verhältnis zur wärmeüber-tragenden Fläche über die Vorderwand, die Rückwand bzw. die beiden Seitenwände bzw. die Stege entsprechend günstig einstellbar ist.

Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, die Breite der Kanäle 3 aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 mm und einer oberen Grenze von 3 mm auszuwählen bzw. die Breite der Kanäle 3 in der Größenordnung von 2,2 mm zu wählen.

Prinzipiell kann der Querschnitt der Kanäle 3 beliebig gewählt werden, also beispielsweise rechteckig, quadratisch, rund, trapezförmig, rhomboid, rautenförmig oder dreieckig.

Im Solarmodul 1 können mehrere Profile 2 angeordnet sein.

Da die bekannten, Silizium und vielfach Glas-Substrate enthaltenden photovoltaischen Elemente 4 einen geringeren Wärmedehnungskoeffizienten und einen höheren Elastizitätsmodul aufweisen als das vorzugsweise aus Metall bestehende Profil 2, stellt die direkte Verbindung der photovoltaischen Elemente 4 mit dem Profil 2 ein Problem dar bzw. ist nur mit erhöhtem Aufwand lösbar. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Profil 2 und den photovoltaischen Elementen eine Trägerschicht, insbesondere eine Kohlefaserschicht 5, angeordnet. Kohlefasem, auch Karbonfasem genannt, zeichnen sich durch eine sehr geringe Wärmedehnung, eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute Wärmleitfahigkeit aus. Durch diese Kohlefaserschicht 5 werden bei Erwärmung und Abkühlung des Solarmoduls 1 die unterschiedlichen Dehnungen der photovoltaischen Elemente 4 und des Profils 2 ausgeglichen, so dass es zu keiner Überbeanspruchung der photovoltaischen Elemente 4 kommen kann, wodurch diese brechen könnten. Die Kohlefaserschicht 5 kann wie oben beschrieben ausgebildet sein.

Das Profil 2, die Kohlefaserschicht 5 und die photovoltaischen Elemente 4 werden bevorzugt durch einen Klebstoff miteinander verbunden. Dieser weist vorzugsweise keramische

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12 Füllstoffe auf, um seine Wärmeleitfähigkeit zu verbessern und ist so zusammengesetzt, dass er auch nach dem Binden zumindest in einem gewissen Bereich dauerelastisch bleibt. Somit sind die photovoltaischen Elemente 4 auf dem Profil "schwimmend gelagert", wobei die Kohlefaserschicht 5 gegebenenfalls auftretende mechanische Spannungen aufnimmt und wobei ferner die Kohlefaserschicht 5 und der verwendete Klebstoff die durch Sonneneinstrahlung in den photovoltaischen Elementen 4 entstehende Wärme gut an das Profil 2 leiten, wo sie durch das in den Kanälen 3 zirkulierende Wärmeträgerfluid abgefuhrt wird.

Die Ausfuhrungsarten nach den Figuren 1 bis 4 unterscheiden sich nur durch die konstruktive Gestaltung des Profils 2. Während das Profil 2 gemäß Fig. 1 glatte Oberflächen hat, weisen die Profile 2 gemäß den Figuren 2 bis 4 Längsrippen 6 beziehungsweise 7 auf. Diese Längsrippen 6 bzw. 7 erhöhen das Flächenträgheitsmoment des Profils 2 und verleihen ihm eine erhöhte Biege- und Verwindungssteifigkeit. Bei den Ausfuhrungsbeispielen gemäß den Figuren 2 bis 4 sind jeweils auf der den photovoltaischen Elementen 4 abgewandten Fläche des Solarmoduls 1 Längsrippen 6 bzw. 7 vorhanden. Zusätzlich zum erwähnten Effekt der Versteifung des Profils 2 wird durch die Längsrippen 6 bzw. 7 die Oberfläche des Profils 2 erhöht, wodurch der Wärmeübergang zur Umgebung erhöht wird. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn erfindungsgemäße Solarmodule 1 Teil einer hinterlüfteten Konstruktion sind, beispielsweise eines Daches oder einer Fassade eines Gebäudes, und es erwünscht ist, dass Wärme aus dem Solarmodul 1 an die umgebende Luft abgegeben wird. Beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist jeweils eine Längsrippe 6 im Bereich der Trennwand zwischen zwei Kanälen 3 angeordnet, während beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 jeweils eine Längsrippe 7 in der Mitte eines Kanals 3 angeordnet ist. Fig. 4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines Solarmoduls 1 mit einem Profil 2 mit auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen angeordneten Längsrippen 6.

Die Figuren 5 und 6 zeigen, wie mehrere Solarmodule 2 zu einer Einheit zusammengefasst werden können. Im Beispiel gemäß Fig. 5 sind die Profile 2 dreier Solarmodule 1 derart miteinander verbunden, dass das Wärmeträgerfluid die drei Profile 2 nacheinander durchströmt. Die Pfeile 11 geben dabei die Richtung an, in der das Wärmeträgerfluid in die Einheit hinein und aus dieser heraus strömt. Eine erste Art von Kupplungselement 8 dient dabei sowohl zum Einleiten des Wärmeträgerfluids in die Einheit als auch zum Ableiten aus diesem. Zum Überleiten des Wärmeträgerfluids von einem Profil 2 zum benachbarten Pro-

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·· · · · • ··♦ · · • · · · · • ♦ · t « ··♦ ♦· ♦· fil 2 sind Verbindnngselemente 9 vorgesehen. Im Beispiel gemäß Fig. 6 sind die Profile 2 dreier Solarmodule 1 derart miteinander verbunden, dass das Wärmeträgerfluid die drei Profile 2 parallel durchströmt. Dazu sind Kupplungselemente 10 vorgesehen, deren Länge der Summe der Breite der drei Profile 2 entspricht. Selbstverständlich können auch weniger oder mehr als drei Solarmodule 1 auf die dargestellte und beschriebene Weise miteinander verbunden werden. Die Kupplungselemente 8,10 und Verbindungselemente 11 sind in den Figuren 5 und 6 nur schematisch dargestellt. Sie können so ausgestaltet sein, dass sie dichtend auf die Enden der Profile 2 aufgesetzt werden können und so eine strömungs-mässige Verbindung zwischen den Kanälen 3 der entsprechenden Profile 2 ermöglichen. Zusätzlich können die Kupplungselemente 8,10 und Verbindungselemente 11 auch die Aufgabe übernehmen, nebeneinander angeordnete Solarmodule 1 mechanisch miteinander zu verbinden. Die einzelnen Solarmodule 1 können alternativ oder zusätzlich auf einer Unterlage, beispielsweise einer Platte oder einem Rost, befestigt werden. Schließlich können die Kupplungselemente 8,10 und Verbindungselemente 11 auch die Aufgabe übernehmen, die nebeneinander angeordneten Solarmodule 1 elektrisch miteinander zu verbinden. Dazu können sie mit nicht dargestellten Leitern und Steckverbindern ausgestattet sein.

Das erwähnte Wärmeträgerfluid kann ein Gas oder vorzugsweise eine Flüssigkeit sein, beispielsweise Wasser, insbesondere ein Glykol enthaltend, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Fluid kann im Kreislauf geführt werden und die in den Solarmodulen 1 aufgenommene Wärme an einen Speicher abgeben, der beispielsweise für die häusliche Warmwasserversorgung vorgesehen sein kann.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das bzw. die Solarmodul(e) 1 dem jeweiligen Sonnenstand mit entsprechenden Motoren, insbesondere Elektromotoren, nachgeführt wird bzw. werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

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Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Solarmoduls 1 und Kombinationsmöglichkeiten zu Solareinheiten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsva-rianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvarianten möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.

Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Solarmoduls 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrunde liegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2; 3; 4; 5; 6 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

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Bezugszeichenaufstellung

Solarmodul

Profil

Kanäle photovoltaisches Element Kohlefaserschicht Längsrippen Längsrippen Kupplungselement V erbindungselement Kupplungselement

Strömungsrichtung

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Claims

-1 - ♦ · ·· ···· • t« ·· • · • · • ·· · • · • · • · • • ··· • · • · • · • • ♦ t • · • · • · • • · · • · • · • · • ·♦♦ ·· ·· Patentansprüche 1. Solarmodul (1) mit zumindest einem photovoltaischen Element (4) zur Stromerzeugung und zumindest einem Profil (2) mit mindestens einem in seinem Inneren angeordneten Kanal (3), der dazu bestimmt ist, von einem Fluid, insbesondere einem Wärme· trägermedium, durchflossen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem photovoltaischen Element (4) und dem Profil (2) eine Trägerschicht angeordnet ist.
2. Solarmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die zwischen jener des photovoltaischen Elements (4) und des Profils (2) liegt.
3. Solarmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht durch eine Kohlefaserschicht (5) oder KohlefaserverbimdwerkstofFschicht gebildet ist.
4. Solarmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserverbundwerkstoffschicht aus mit zumindest einem thermoplastischen Kunststoff verbundenen Kohlenstofffasem besteht.
5. Solarmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserschicht (5) ein Gewebe ist.
6. Solarmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserschicht (5) ein Vlies ist.
7. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht mit dem Profil (2) durch einem Klebstoff verbunden oder durch diesen gebildet ist. NAci^EBElCHT -2- -2- ·· ·· ·· ·♦·♦

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8. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht mit dem photovoltaischen Element (4) durch einen Klebstoff verbunden ist.
9. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff keramische Füllstoffe enthält.
10. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff nach dem Abbinden dauerelastische Eigenschaften aufweist.
11. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element (4) ein Wafer ist.
12. Solarmodul (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die der Sonne zugewandte Oberfläche des Wafers mit einer Antireflexschicht, z.B. Siliziumnitrid, überzogen ist.
13. Solarmodul (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägersicht Ausnehmungen, insbesondere Löcher angeordnet sind, um den oder die Wafer elektrisch zu kontaktieren.
14. Solarmodul (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen in der Trägerschicht mit einem Harz ausgegossen sind.
15. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element auf die Trägerschicht aufgedampft ist.
16. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) aus Metall besteht. '------"N2006/02900 -3- ·· ·· ···· • · · · · • · · · « • · « · · • · ♦ · · ·· »· · • ·· ·· ♦ · · • · • ··· • • • · · • • • · · • · ··· ·· ··
17. Solarmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall A-luminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
18. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) ein Strangpressprofil ist.
19. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Profil (2) mehrere direkt nebeneinander liegende Kanäle ausgebildet sind.
20. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe des Profils (2) zu dessen Breite ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:15 und einer oberen Grenze von 1:25.
21. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe des Profils (2) zu dessen Breite ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1:18 und einer oberen Grenze von 1:22.
22. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Oberfläche des Profils (2) Längsrippen (6; 7) angeordnet sind.
23. Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) mit einer Wärmepumpe kombiniert ist.
24. Solareinheit (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei Solarmodulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 besteht.

N2006/02900