AT510999B1 - Solarmodul mit einer oder mehreren solarzellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul (1) mit einer oder mehreren Solarzellen (4), die parallel zur Moduloberfläche (1') zwischen einer Frontscheibe (2) und einer Basisscheibe (3) jeweils aus Glas angeordnet sind, wobei die Front- und die Basisscheibe (2, 3) an deren Randbereichen (5, 6) zueinander abgedichtet sind. Erfindungsgemäß weist die Basisscheibe (3) im Wesentlichen parallel verlaufende Kühlmittelkanäle (19) zur Führung eines Kühlmittelstroms auf, die zur Kühlung der Solarzellen (4) zur Gänze in den Glaskörper der Basisscheibe (3) integriert sind.

Description

österreichisches Patentamt AT 510 999 B1 2014-03-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer oder mehreren Solarzellen, die parallel zur Moduloberfläche zwischen einer Frontscheibe und einer Basisscheibe jeweils aus Glas angeordnet sind, wobei die Front- und Basisscheibe an deren Randbereichen zueinander abgedichtet sind.

[0002] Solar- bzw. PV-Module der eingangs genannten Art werden einzeln oder in Gruppen verbaut und verschaltet, in Photovoltaikanlagen zur zentralen und dezentralen Stromerzeugung eingesetzt. Das einzelne Solarmodul soll dabei an den verschiedenen Einsatzorten unterschiedlichsten Anforderungen genügen, wobei insbesondere die im Inneren angeordneten Solarzellen bzw. Solarpaneele vor Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen geschützt werden sollen. Weiters soll das Solarmodul die elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit und Diffusion schützen und für eine entsprechende elektrische Isolierung nach außen sorgen.

[0003] Aus der DE 10 2009 004 195 A1 ist in diesem Zusammenhang ein Solarmodul in einem Isolierglasverbund und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt geworden. Das PV-Modul besteht im Wesentlichen aus einem Zweischeiben-Isolierglas, wobei die beiden Scheiben randseitig durch ein Hohlprofil beabstandet sind und einen Zwischenraum bilden, in welchem die Solarzellen angeordnet sind. Nach außen ist das Isolierglaselement in bekannter Weise noch mit einer elastischen Dichtmasse abgedichtet, wobei die elektrischen Anschlussleitungen randseitig herausgeführt sind. Die einzelnen Solarzellen sind durch Verlöten auf der Innenseite mindestens einer der Glasscheiben festgelegt. Das Sonnenlicht tritt durch die Frontscheibe ein und gelangt im Inneren der Isolierglasscheibe in Wechselwirkung mit den Solarzellen. Die Frontscheibe kann eine Außen- und/oder Innenbeschichtung aufweisen, die den Wirkungsgrad des Moduls verbessern sollen. Durch die Sonneneinstrahlung kann sich jedoch der Zwischenraum des Isolierglaselementes stark erhitzen, wodurch der Wirkungsgrad der hier gasdicht eingeschlossenen Solarzellen sinkt.

[0004] Aus der DE 10 2009 022 671 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen von Solarzellen mittels eines strömenden Kühlmediums bekannt geworden. Die Solarzellen sind in einem Gehäuse eingebettet, wobei die Verkapselung aus Glas bzw. aus härtbaren Gieß-Polymeren und Folien bestehen kann. Auf der Rückseite des Solarmoduls ist ein Behältnis angebracht, welches vollständig mit einem Kühlmedium befüllbar ist. Das Solarmodul ist vergleichbar einem Deckel auf dem Behältnis mit dem Kühlmedium angeordnet, wobei das Behältnis Teil eines Kühlkreislaufs ist, welcher eine Pumpe und eine Kühleinrichtung umfasst.

[0005] Schließlich zeigt die CH 645 424 A5 ein solarthermisches Element in Form eines Dachziegels, welcher in einer teilweise mit Glas abgedeckten Kammer ein Absorberblech aus geschwärztem Aluminium aufweist, das durch die eintreffende Sonnenstrahlung erhitzt wird, wobei die entstehende Wärme mit Hilfe einer von oben nach unten durchlaufenden Wasserströmung abgeführt wird. Gemäß einer Ausführungsvariante kann zusätzlich zur solarthermischen Komponente auch eine Solarzelle im Dachziegel zwischen zwei durchsichtigen Abdeckungen angeordnet sein. Auch bei dieser Variante fließt das Wasser über das Absorberblech im Dachziegel, ohne die Solarzelle thermisch zu kontaktieren.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Solarmodulen Verbesserungen bei der Kühleinrichtung der Solarzellen vorzuschlagen, mit welchen der Gesamtwirkungsgrad des Solarmoduls erhöht werden kann, wobei kostengünstig herzustellende, robuste, witterungsbeständige Solarmodule angestrebt werden, die weltweit einsetzbar sind - besonders im Sonnengürtel um den Äquator.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Basisscheibe im Wesentlichen parallel verlaufende Kühlmittelkanäle zur Führung eines Kühlmittelstroms aufweist, die zur Kühlung der Solarzellen zur Gänze in den Glaskörper der Basisscheibe integriert sind. Durch die direkte Integration parallel geführter Kühlmittelkanäle in die Basisscheibe des Solarmoduls kommt es zu einer effektiven, gleichmäßigen Kühlung der Solarzellen, wodurch der Wirkungsgrad erhöht werden kann. 1 /6 österreichisches Patentamt AT510 999 B1 2014-03-15 [0008] Von Vorteil ist insbesondere eine Ganzglas-Ausführung, bei welcher die Basisscheibe aus zwei parallel angeordneten Glasscheiben besteht, die durch Stege zwischen den im Wesentlichen parallel verlaufenden Kühlmittelkanälen miteinander verbunden sind.

[0009] Bei der Herstellung einer derartigen Basisscheibe mit integrierten Kühlkanälen können zunächst die beiden Glassscheiben aus Pressglas mit angeformten Stegelementen hergestellt werden, die danach durch Verschweißen der Stegelemente miteinander verbunden werden. Derartige Ganzglas-Ausführung sind besonders für Solaranlagen im Offshore-Bereich geeignet.

[0010] Es ist allerdings auch möglich, die Basisscheibe an der den Solarzellen zugewandten Seite als Pressglasscheibe mit angeformten Stegelementen auszubilden, die mit Hilfe eines flächigen Deckelements abgedichtet sind, so dass zwischen den Stegelementen im Wesentlichen parallel verlaufende Kühlmittelkanäle ausgebildet sind.

[0011] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Randbereiche der Front- und der Basisscheibe zu einem im Wesentlichen rechtwinklig zur Modulrückseite ausgerichteten Falz umgebogen oder abgewinkelt sind und einen mit einer Dicht- oder Vergussmasse verfüllbaren Spalt zueinander bilden. Der für die Dichtheit des Moduls verantwortliche Randbereich kann somit aus der Ebene der Solarzelle nach hinten abgewinkelt werden, wodurch ein im Wesentlichen rechtwinklig abstehender Falz entsteht, der in ausreichender Falzbreite für Dichtmaßnahmen zur Verfügung steht, ohne an der Vorderseite des Solarmoduls für nachteilige Abschattungen zu sorgen. Es entsteht dadurch ein frontseitig "rahmenloses", gekühltes Solarmodul, wobei auch die randseitig angeordneten Solarzellen bei schrägem Lichteinfall mit Strahlung beaufschlagt werden. Weiters verbessert der Falz die mechanischen Eigenschaften des Moduls und kann für Befestigungszwecke an einer Unterkonstruktion verwendet werden.

[0012] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: [0013] Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit Kühlkanälen, [0014] Fig. 2 eine Ansicht der Rückseite des Solarmoduls gemäß Fig. 1, sowie [0015] Fig. 3 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Solarmoduls in einer Schnitt darstellung gemäß Fig. 1.

[0016] Das in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Solarmodul 1 besteht im Wesentlichen aus einer transparenten Frontscheibe 2 und einer Basisscheibe 3 aus Glas, wobei für die Basisscheibe 3 auch opake oder gefärbte Glasmaterialen verwendet werden können. Die Frontscheibe 2 und die Basisscheibe 3 bilden einen Zwischenraum 10, in welchem nicht näher dargestellte Solarzellen 4 und deren Verbindungsleitungen angeordnet sind. Zur Kühlung der Solarzellen 4 sind in der Basisscheibe 3 Kühlmittelkanäle 19 zur Führung eines Kühlmittelstromes integriert.

[0017] Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante wird das Basiselement aus zwei parallel angeordneten Glasscheiben 16 und 17 gebildet, die durch Stege 18 verbunden sind und die im Wesentlichen parallel verlaufenden Kühlmittelkanäle 19 voneinander trennen.

[0018] Beispielsweise können die beiden Glasscheiben 16, 17 aus Pressglas mit angeformten Stegelementen 18a, 18b hergestellt sein, die durch Verschweißen im Bereich der strichpunktierten Fläche miteinander verbindbar sind und danach die Kühlmittelkanäle 19 bilden.

[0019] Fig. 2 zeigt dazu eine Rückansicht des Solarmoduls 1, wobei die äußere Glasscheibe 17 weggelassen wurde. Die Kühlmittelkanäle 19 gehen von einem Vorlaufkanal 20 mit einem zentralen Kühlmittelzulauf 23 aus und führen zu einem Rücklaufkanal 21 an der gegenüberliegenden Seite des Solarmoduls zu einem zentralen Kühlmittelablauf 24. Die einzelnen Kühlmittelkanäle 19 sowie die dazwischen liegenden Stege 18 können unterschiedliche Breiten aufweisen, um die unterschiedlichen Strömungswiderstände innerer und äußerer Kanäle auszugleichen und so für eine gleichmäßige Kühlung der Solarzellen 4 zu sorgen. Mit 25 und 26 sind die nach außen geführten elektrischen Anschlüsse des Solarmoduls 1 gekennzeichnet. 2/6 österreichisches Patentamt AT510 999B1 2014-03-15 [0020] Ein weitere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Randbereiche 5, 6 der Front- 2 und der Basisscheibe 3 sind zu einem im Wesentlichen rechtwinklig nach hinten abstehenden Falz 7 umgebogen bzw. abgewinkelt sind (siehe Fig. 1), wobei der umlaufende Spalt 8 zwischen den Randbereichen 5, 6 mit einer Dicht- oder Vergussmasse 9 verfüllt ist. Die selbe Vergussmasse (beispielsweise Polyurethane, Silikone, transparente 2K Materialien) kann auch im Zwischenraum 10 zwischen Front- und Basisscheibe 3 zum Einbetten der Solarzellen 4 verwendet werden.

[0021] Die beiden Randbereiche 5, 6 der Front- und der Basisscheibe 2, 3 weisen an deren Außenflächen Rastelemente 11 (beispielsweise in Form von Längsnuten) auf, die mit entsprechenden Rastelementen 12 (beispielsweise in Form von Haltekrallen) von aufklipsbaren Profiloder Rastelementen 13 Zusammenwirken. Die U-förmigen Profilelemente 13 können mit einer Klebstoffschicht 14 an den Randbereichen 5 und 6 der Glaselemente gesichert sein, wobei am stirnseitigen Ende des Falzes 7 eine Versiegelung mit einem Klebstoff 22, beispielsweise mit einem speziellen Hotmelt-Klebstoff, vorgesehen sein kann.

[0022] Erfindungsgemäß kann die Außenkante 15 der Frontscheibe 2 am Übergang von der ebenen Moduloberfläche 1' zum umgebogenen Randbereich 5 abgerundet sein und beispielsweise einen Radius r aufweisen, der betragsmäßig im Bereich der Dicke d der Frontscheibe 2 liegt. Das durch Pfeile unterschiedlicher Steilheit angedeutete Sonnenlicht gelangt ohne Abschattung auch auf die äußeren Randbereiche der Solarzelle 4, so dass durch diesen rahmenlosen Aufbau weitere Verbesserungen des Wirkungsgrades erzielt werden können. Strichliert angedeutet ist ein benachbartes Solarmodul 1, wobei zwischen den beiden Solarmodulen ein elastisches Element, beispielsweise ein Gummiband eingefügt ist. Eine Anordnung mehrerer benachbarter Solarmodule kann durch diese Maßnahme zu einer hier nicht dargestellten Tragekonstruktion abgedichtet werden.

[0023] In Fig. 3 ist eine kompakte Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei welcher der aus den abgewinkelten Randbereichen 5, 6 bestehende Falz 7 die Gesamtdicke des Solarmoduls 1 nicht wesentlich überragt. 3/6

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT510 999B1 2014-03-15 Patentansprüche 1. Solarmodul (1) mit einer oder mehreren Solarzellen (4), die parallel zur Moduloberfläche (V) zwischen einer Frontscheibe (2) und einer Basisscheibe (3) jeweils aus Glas angeordnet sind, wobei die Front- und die Basisscheibe (2, 3) an deren Randbereichen (5, 6) zueinander abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisscheibe (3) im Wesentlichen parallel verlaufende Kühlmittelkanäle (19) zur Führung eines Kühlmittelstroms aufweist, die zur Kühlung der Solarzellen (4) zur Gänze in den Glaskörper der Basisscheibe (3) integriert sind.
2. 2. Solarmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisscheibe (3) aus zwei parallel angeordneten Glasscheiben (16, 17) besteht, die durch Stege (18) zur Trennung der Kühlmittelkanäle (19) miteinander verbunden sind.
3. 3. Solarmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle (19) ausgehend von einem Vorlaufkanal (20) auf einer Seite des Solarmoduls (1) zu einem Rücklaufkanal (21) an der gegenüberliegenden Seite des Solarmoduls (1) führen.
4. 4. Solarmodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Glasscheiben (16, 17) aus Pressglas mit angeformten Stegelementen (18a, 18b) bestehen, die durch Verschweißen miteinander verbindbar sind.
5. 5. Solarmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisscheibe (3) an der den Solarzellen (4) zugewandten Seite eine Pressglasscheibe mit angeformten Stegelementen aufweist, die mit Hilfe eines flächigen Deckelements abgedichtet sind, so dass zwischen den Stegelementen im Wesentlichen parallel verlaufende Kühlmittelkanäle (19) ausgebildet sind.
6. 6. Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (5, 6) der Front- und der Basisscheibe (2, 3) zu einem im Wesentlichen rechtwinklig zur Modulrückseite ausgerichteten Falz (7) umgebogen oder abgewinkelt sind und einen mit einer Dicht- oder Vergussmasse (9) verfüllbaren Spalt (8) zueinander bilden.
7. 7. Solarmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkante (15) der Frontscheibe (2) am Übergang zum umgebogenen Randbereich (5) abgerundet ist und einen Radius (r) im Bereich der Dicke (d) der Frontscheibe (2) aufweist.
8. 8. Solarmodul (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Randbereiche (5, 6) der Frontscheibe (2) und der Basisscheibe (3) an deren Außenflächen Rastelemente (11) aufweisen, die mit entsprechenden Rastelementen (12) von aufklipsbaren Profil - oder Rahmenelementen (13) Zusammenwirken. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6