AT516194A1 - Photovoltaikmodul mit integrierter lichtlenkender Struktur basierend auf interner Totalreflexion - Google Patents

Photovoltaikmodul mit integrierter lichtlenkender Struktur basierend auf interner Totalreflexion Download PDF

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Abstract

Bei einem Photovoltaikmodul (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten wenigstens auf einer Seite in einer Verkapselungsfolie (5) eingebetteten in Abstand voneinander angeordnete Solarzellen (2) sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie (6) und eine lichtdurchlässigen Deckplatte sind von Solarzellen (2) freien Bereichen des Photovoltaikmoduls (1) lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folien integriert, wobei alternierend die prismenähnlichen Strukturen (4) und komplementären Luft- und Gaseinschlüsse (8) angeordnet sind, wobei die prismenähnlichen Strukturen (4) der lichtleitenden Folien derart gerichtet angeordnet sind, dass auf die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) treffendes Licht in Richtung der Solarzellen (3) geleitet wird, und die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildenden Folien gegebenenfalls durch eine transparente Polymerfolie abgedeckt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Photovoltaikmodul umfassend eine Mehr¬zahl von elektrisch verschalteten wenigstens auf einer Seite in einem Verkapselungsmaterial,insbesondere einer Verkapselungsfolie eingebetteten in Abstand voneinander angeordnete So¬larzellen sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie und eine lichtdurchlässigen Deckplatte.
Photovoltaikmodule umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von miteinander elektrischverschaltenen Solarzellen, welche im Inneren des Photovoltaikmoduls flächig angeordnet sind.Zwischen den einzelnen Solarzellen ebenso wie insbesondere am Rand des Photovoltaikmo¬duls befinden sich Bereiche, welche nicht durch Solarzellen bedeckt sind und somit nicht für dieNutzung von Solarenergie zur Verfügung stehen. Hierbei sind die Lücken zwischen den einzel¬nen Zellen meist relativ schmal, allerdings wird die Leistungsfähigkeit der Module durch den üb¬licherweise etwa 2 cm breiten Rand, welcher elektrisch nicht aktiv ist und derzeit auch nichtnutzbar ist, beeinträchtigt, so dass insgesamt nur etwa 90 % der Modulfläche mit Solarzellenbedeckt sind und für die Umwandlung des Sonnenlichts in Energie zur Verfügung stehen, wasinsgesamt eine nicht unbeträchtliche ungenutzte Fläche bedeutet. Um einen derartigen Verlustan umwandelbarer Sonnenenergie zu minimieren, wurden in letzter Zeit verschiedenste Lösun¬gen vorgeschlagen, in welchen strukturierte Folien zum Einsatz gebracht werden, mit welchendie Reflexion des Sonnenlichts von jenen Bereichen, in welchen Solarzellen nicht vorliegen, zuBereichen, in welchen Solarzellen vorhanden sind, unterstützt werden soll, um die Energieaus¬beute zu maximieren.
So ist beispielsweise in der US 5,994,641 A ein Photovoltaikmodul beschrieben, in wel¬chem eine Rückseitenfolie zum Einsatz gelangt, welche mit Licht reflektierenden Mitteln, insbe¬sondere einem symmetrischen, V-förmigen Sägezahnprofil versehen ist, an dessen geneigtenFlächen das einfallende Licht zu den mit Solarzellen versehenen Bereichen reflektiert werdensoll. Nachteilig an einer derartigen Lösung ist, dass die V-förmigen Sägezahnprofile symme¬trisch ausgebildet sind und dass Licht sowohl zum Zentrum des Photovoltaikmoduls als auch zuseinem Äußeren reflektiert wird, so dass wiederum nur ein geringer Teil des Lichts, welchesnicht unmittelbar auf die Solarzellen auftrifft, auf diese reflektiert werden kann und zur weiterenEnergiegewinnung zur Verfügung steht.
Eine weitere derartige Lösung ist in der WO 2010/096700 beschrieben, in welcher einmikro-geprägter, reflektierender, optischer Film in jenen Bereichen des Photovoltaikmoduls an¬geordnet ist, welche nicht durch die Solarzellen bedeckt sind. Auch bei dieser Lösung werdenFolien bzw. Filme zum Einsatz gebracht, in welche im Wesentlichen regelmäßige prismenförmi¬ge Strukturen geprägt sind und mit welchen versucht wird, mittels Reflexion das auf die nichtmit Solarzellen bedeckten Bereiche des Photovoltaikmoduls einfallende Licht für eine Umwand¬lung in elektrische Energie zu gewinnen, indem versucht wird es auf die in dem Photovoltaikmo¬dul vorhandenen Solarzellen zu reflektieren. Auch die in diesem Dokument zum Einsatz gelan¬ genden Strukturen weisen im Wesentlichen die Form von symmetrischen Prismen auf und esist somit nicht gewährleistet, dass Licht ausschließlich in eine gewünschte Richtung zu den So¬larzellen reflektiert wird. Allerdings ist es bei sämtlichen derzeit bekannten Systemen erforder¬lich, dass die strukturierten Folien mit einer reflektierenden Beschichtung, insbesondere Metall¬beschichtung versehen sind.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Photovoltaikmodul zur Verfügung zustellen, mit welchem es nicht nur gelingt, das zwischen den einzelnen Solarzellen auftreffendeLicht für eine Umwandlung in Energie zu nutzen, sondern insbesondere dasjenige Licht, wel¬ches auf die freien Randbereiche des Photovoltaikmoduls auftrifft, derart zu reflektieren, dasses im Inneren des Moduls auf eine Solarzelle auftrifft und zur Umwandlung in elektrische Ener¬gie genutzt werden kann und somit die Energieausbeute des Photovoltaikmoduls gegenüberherkömmlichen Photovoltaikmodulen deutlich erhöht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul im Wesentli¬chen dadurch gekennzeichnet, dass in von Solarzellen freien Bereichen des Photovoltaikmo¬duls lichtleitende, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folien integriert sind, dass die pris¬menähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folien derart angeordnet sind, dass alternierend dieprismenähnlichen Strukturen und komplementären Luft- und Gaseinschüsse angeordnet sind,dass auf die lichtleitenden prismenähnlichen Strukturen treffendes Licht in Richtung der Solar¬zellen geleitet wird, und dass die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen ausbildenden Fo¬lien gegebenenfalls durch eine transparente Polymerfolie abgedeckt sind. Indem in das Photo¬voltaikmodul in von Solarzellen freien Bereichen lichtleitende, prismenähnliche Strukturen aus¬bildende Folien integriert sind, werden Elemente zur Verfügung gestellt, welche einfallendesLicht reflektieren können. Durch die Ausbildung als prismenähnliche Strukturen wird weiterhineine gezielte Reflexion durch Ausbildung von ganz spezifisch geformten Reflexionsflächen er¬möglicht. Indem weiterhin die prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folien derartig an¬geordnet sind, auf die lichtleitenden prismenähnlichen Strukturen treffendes Licht in Richtungder Solarzellen geleitet wird, wird sichergestellt, dass auch Licht, welches auf die Randbereichedes Photovoltaikmoduls auftrifft, nicht ungenutzt bleibt, sondern in Richtung zum Zentrum desPhotovoltaikmoduls reflektiert wird, wo es auf eine Solarzelle trifft, in welcher die Lichtenergie inelektrische Energie umgewandelt wird, wodurch insgesamt die Energieausbeute des Photovol¬taikmoduls auf nahezu 100 % der möglichen Energieausbeute erhöht ist. Hierbei sind insbeson¬dere in jenen Bereichen, wo die prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folien angeord¬net sind, alternierend Bereiche mit Luft- bzw. Gaseinschlüssen ausgebildet, welche eine zu denprismenähnlichen Strukturen der Folie komplementäre Geometrie aufweisen. Durch dieseebenfalls prismenähnlichen Strukturen gelingt eine Lichtleitung, ohne dass es erforderlich wäre,auf prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folie eine reflektierende Beschichtung, wieeine Metallschicht, aufzubringen. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Photovoltaik- moduls liegt darin, dass eine reflektierende Beschichtung, welche auf die prismenähnlichenStrukturen aufgebracht werden muss, um die Reflexion des einfallenden Lichts zu gewährlei¬sten, nicht erforderlich ist, wodurch das Modul bedeutend einfacher und kostengünstiger gestal¬tet werden kann.
Indem weiterhin gegebenenfalls die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen ausbil¬denden Folien durch eine transparente Polymerfolie abgedeckt sind, wird sichergestellt, dassdie feinen Strukturen in der lichtleitenden Folie nicht durch mechanische Einflüsse beschädigtwerden und weiterhin sichergestellt, dass insbesondere bei einem Aufbau eines Photovoltaik-moduls in Schicht- bzw. Sandwichbauweise die luftgefüllten Hohlräume, insbesondere prismen¬förmigen Hohlräume verfüllt und somit unbrauchbar gemacht werden.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, das Photo-voltaikmodul so ausgebildet ist, dass die prismenähnlichen Strukturen als schiefe, einen im We¬sentlichen rechten Winkel aufweisende Dreieckprismen ähnliche Strukturen ausgebildet sind,wird eine Art Sägezahnprofil zur Verfügung gestellt, in welcher diejenigen Seiten, welche demim Wesentlichen rechten Winkel benachbart sind, zu einer Reflexion nicht beitragen, da die einedieser Flächen als Grundfläche dient und die andere aufgrund des üblicherweise im Wesentli¬chen senkrechten Einfalls von Licht nur sehr wenig einfallendes Licht reflektieren wird. DieHauptrefiexion des Lichts findet hierbei an der dritten zu einer Basisfläche bzw. einer Rücksei¬tenplatte des Photovoltaikmoduls geneigten Fläche der schiefen, prismenähnlichen Strukturenstatt, bei welchen Flächen aufgrund der physiko-chemischen Eigenschaften des Materials, wel¬ches für derartige Einsatzzwecke zur Verfügung steht, sichergestellt wird, dass im Wesentlichensämtliches auf diese zur Waagrechten und Senkrechten geneigte Fläche eines Photovoltaikmo¬duls einfallende Licht zum Zentrum des Moduls und somit zu den Solarzellen reflektiert wird.Durch eine derartige Konstruktion gelingt es, im Wesentlichen das gesamte Licht in elektrischeEnergie umzuwandeln und die aus dem Stand der Technik bekannten Verluste von etwa 10 %können drastisch auf maximal 1,5 % des einfallenden Lichts reduziert werden.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul soausgebildet ist, dass eine dem im Wesentlichen rechten Winkel gegenüberliegende Fläche derprismenähnlichen Struktur als ebene Fläche, eine konvexe, konkave oder konvex/konkaveKrümmung aufweisende Fläche ausgebildet ist. Dadurch, dass durch eine derartige konstrukti¬ve Ausbildung der schiefen Prismen, insbesondere jene der dem rechten Winkel gegenüberlie¬genden Fläche als ebene Fläche, konvexe Krümmung aufweisende Fläche, eine konkaveKrümmung aufweisende Fläche oder eine konvex/konkave Krümmung aufweisende Flächeausgebildet ist und durch spezifische Anordnung dieser schiefen Prismen derart, dass die je¬weils derartig geneigte ebene Fläche, konvexe, konkave oder konvex/konkave Krümmung auf¬weisende Fläche jeweils in Richtung zu einem Zentrum des Photovoltaikmoduls gerichtet ange¬ordnet sind, gelingt es, an Bereichen, welche nicht durch Solarzellen abgedeckt sind, einfallen¬ des Licht zuverlässig zu dem Zentrum des Photovoltaikmoduls zu reflektieren und dadurch ins¬gesamt die Lichtausbeute zu verbessern.
Eine besonders effiziente Reflexion und insbesondere ein besonders geringer Verlust aneinfallendem Licht und somit eine hohe Energieausbeute wird mit dem erfindungsgemäßenPhotovoltaikmodul dadurch erreicht, dass ein Flankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwi¬schen 25° und 65° gewählt ist und ein Störflankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwi¬schen 80° und 90° gewählt ist. Durch die Wahl eines derartigen Flankenwinkels der prismen¬ähnlichen Struktur und eines Störflankenwinkels derselben wird die Licht- und Energieausbeutevon senkrecht einfallendem Licht maximiert, da dieses asymmetrisch nur in Richtung zum Zen¬trum des Photovoltaikmoduls gelenkt bzw. reflektiert wird.
Indem das Photovoltaikmodul so weitergebildet ist, dass die prismenähnlichen Struktu¬ren mit einer Folie zwischen 100 nm und 100 mm, insbesondere 10 pm bis 300 pm ausgebildetsind, werden Strukturen zur Verfügung gestellt, die einen universellen Einsatz der Photovoltaik-module gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung von einer eine Strukturierung aufweisen¬den Folie, welche einem schiefen Prisma ähnelnde Strukturen aufweist, liegt darin, dass auf¬grund der in der Folie stattfindenden, internen Totalreflexion das Licht in der gewünschten Rich¬tung zum Zentrum gelenkt wird, so dass eine zusätzliche reflektierende Beschichtung unnötigwird. Durch eine derartige Ausbildung wird das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nicht nurkostengünstiger, sondern insbesondere sicherer, da elektrischer Strom von den Zellen übereine reflektierende, insbesondere metallische Beschichtung nicht mehr zum Rand des Photo¬voltaikmoduls geleitet werden kann und somit jegliche Sicherheitsrisiken, welche beispielsweiseStromschläge oder dgl. bedeuten können, ausgeräumt sind.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul soausgebildet ist, dass die Solarzellen wenigstens an einer Seite auf einer Verkapselungsfolie an¬geordnet sind, wird die Sicherheit des Moduls weiter erhöht, da insbesondere die für die elektri¬sche Leitung erforderlichen Verschaltungen oder Leiter durch die Verkapselungsfolie abgedecktund isoliert werden. Weiterhin wird mit einer derartigen Verkapselungsfolie gewährleistet, dassmechanische Beschädigungen an dem Photovoltaikmodul hintangehalten werden können.
Selbstverständlich kann, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Ver¬kapselungsmaterial auch beidseits der Solarzelle angeordnet sein und überdies kann, wobeidies jedoch nicht zwingend erforderlich ist, auch die lichtleitende, prismenähnliche Strukturenausbildende Folie im Inneren der Verkapselungsfolie vorgesehen sein, um mechanische Be¬schädigungen sämtlicher Elemente zu vermeiden und insbesondere die elektrische Verschal¬tung oder die Leiter gegenüber sowohl einem unbeabsichtigten Berühren als auch gegenüberBeschädigung so weit als möglich zu schützen.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Rückseitenfolie dielichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen an ihrer den Solarzellen zugewandten Seite in¬tegriert aufweist, wird eine weitere Vereinfachung des Photovoltaikmoduls erzielt, insbesonderegelingt es, in einer einzigen Schicht jene lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen auszubil¬den, welche gewährleisten, dass darauf auftreffendes Licht in Richtung zu den Solarzellen gel¬enkt wird, wodurch die Lichtausbeute wesentlich verbessert werden kann.
Um die Vorrichtung hierbei möglichst einfach zu gestalten, ist, wie dies einer Weiterbil¬dung der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul so weitergebildet, dass die die lichtleiten¬den, prismenähnlichen Strukturen ausbildende Folie und die diese Strukturen abdichtende bzw.abdeckende Polymerfolie aus demselben Material, gewählt aus Polyethylenterephthalat (PET),Polyurethan (PU), Polyethylen (PE), Polyurethanacrylat (PUA), Polyamid, Polytetrafluorethylen(PTFE), Polystyrid (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylennaphthalat (PEN), Polymethylmethacry-lat (PMMA) oder Silikon ausgebildet sind. Mit einer derartigen Ausbildung können möglichstähnliche Materialien gewählt werden, welche sich lediglich durch ihren Brechungsindex oderihre geometrische Struktur, mit welcher die Reflexionsfähigkeit erzielt wird, unterschieden, ein¬gesetzt werden, so dass mit möglichst wenigen voneinander verschiedenen Materialien dasAuslangen gefunden werden kann und gleichzeitig jedoch sichergestellt wird, dass eine voll¬ständige Reflexion an der Oberfläche der lichtleitenden, Strukturen nach Art schiefen Prismasaufweisenden Folie stattfindet. Um jegliche Verluste in der Lichtausbeute so weit als möglich zuvermeiden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Photovoltaikmodul so ausgebildet,dass als Verkapselungsfolie eine im Bereich zwischen 300 nm und 2500 nm, insbesondere 350nm bis 1200 nm transparente Polymerfolie aus einem Material gewählt aus Ethylenvinylacetat(EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Silikon, thermoplastische Polymere (TPE) oder Polyethylen (PE)eingesetzt ist.
Dadurch, dass weiterhin als Deckplatte des Photovoltaikmoduls eine Platte aus eisenar¬men Glas eingesetzt wird, wird die Transmission verbessert. Eine weitere Verbesserung derTransmission wird gewährleistet, indem dieses eisenarme Glas vollständig glatt, ohne jede Tex¬tur ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke zwischen 1 nm und 60 mm aufweist, in welchemBereich der Dicke das Glas eine ausreichende Festigkeit zur Verfügung stellt, ohne die opti¬schen und lichtleitenden Eigenschaften der Gesamtstruktur in nachteilig zu beeinflussen. Es er¬übrigt sich festzuhalten, dass selbstverständlich auch jedes gefärbte Glas zum Einsatz gelan¬gen kann oder bestimmte Oberflächentexturen angewandt werden können, wobei jedoch in die¬sem Fall eine etwas verringerte Transmission akzeptiert werden muss.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, als Rückseitenfolie eineelektrische Isolationsfolie, insbesondere eine einen Reflexionsgrad von R > 90 % in einem Wel¬lenlängenbereich von 350 nm bis 1200 nm aufweisenden Isolationsfolie eingesetzt ist, wird si¬chergestellt, dass keinerlei Licht das Photovoltaikmodul durchdringt und insbesondere sämtli¬ ches einfallende Licht von der Rückseitenfolie in das Photovoltaikmodul rückreflektiert wird, umdie Energieausbeute weiter zu verbessern.
Dadurch, dass, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Verkapse¬lungsfolie als reflektierende Barriereschicht, insbesondere elektrische Isolationsfolie ausgebildetist, wird sichergestellt, dass die Solarzelle ebenso wie die lichtleitenden, prismenähnlichenStrukturen gegenüber anderen Schichten isoliert, insbesondere elektrisch isoliert sind, was dieBetriebssicherheit deutlich erhöht. Für einen materiell besonders einfachen Aufbau des Photovoltaikmoduls ist dieses imWesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsfolie, die Rückseitenfolie unddie lichtleitende prismenähnliche Strukturen ausbildende Folie als reflektierende, elektrischeIsolationsfolien ausgebildet sind, die mehr als 90 % des Lichts in einen Wellenlängenbereichzwischen 350 nm und 1200 nm reflektieren. Durch einen derartigen Aufbau wird sichergestellt,dass einerseits so viel wie möglich Licht in dem wesentlichen Bereich von 350 nm bis 1200 nmreflektiert wird und andererseits gewährleistet, dass nur jenes Licht reflektiert wird, welches fürein fehlerfreies Funktionieren des Photovoltaikmoduls erforderlich ist. Eine Adsorption von Lichtwird jedenfalls mit Sicherheit hintangehalten.
Indem weiterhin nicht nur eine Abdeckplatte als Glas ausgebildet ist, sondern auch dieRückseitenfolie als Glasplatte ausgebildet ist, wird der apparative Aufbau weiter vereinfacht undinsbesondere die Standfestigkeit des Photovoltaikmoduls gegenüber mechanischen Beschädi¬gungen weiter erhöht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh¬rungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Aufbau eines Photovoltaikmoduls gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Elemente nachein¬ander anzuordnen,
Fig. 3 eine Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Elemente nachein¬ander anzuordnen,
Fig. 4 noch eine weitere Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Ele¬mente nacheinander anzuordnen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturengemäß der Erfindung,
Fig. 6 drei weitere mögliche Formen der lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen,welche in einem Photovoltaikmodul gemäß der Erfindung zum Einsatz gelangen können, und
Fig. 7 den linken äußeren Randbereich des Photovoltaikmoduls von Fig. 1, in welchemzusätzlich zu dem Schichtaufbau der Weg eines einfallenden Lichtstrahls dargestellt ist.
Im Einzelnen ist in Fig. 1 mit 1 ein Photovoltaikmodul gemäß der Erfindung bezeichnet.In diesem Photovoltaikmodul 1 sind schematisch zwei von in Abstand voneinander angeordnete
Solarzellen 2 dargestellt. Bei der Ausbildung des Photovoltaikmoduls 1 gemäß Fig. 1 ist hierbeiersichtlich, dass ein Randbereich 3 des Photovoltaikmoduls 1 nicht mit Solarzellen 2 besetzt istund dieser Randbereich 3 zu einer Umwandlung von Sonnenlicht in Energie nicht beitragenkann. Um das auf diesen Randbereich 3 auftreffende Sonnenlicht soweit als möglich für eineUmwandlung in Energie nutzen zu können, ist bei der Darstellung von Fig. 1 in beiden Randbe¬reichen 3 des Photovoltaikmoduls 1 jeweils eine Mehrzahl von lichtleitenden Strukturen 4 vorge¬sehen, welche die Form eines schiefen Prismas aufweisen. Wenn Licht senkrecht auf diese imWesentlichen prismenartigen Strukturen 4 der lichtleitenden Elemente auftrifft, wird dieses in¬tern total in Richtung zu einem Inneren des Photovoltaikmoduls 1 reflektiert, an einem der be¬nachbarten Prismen gebrochen und schließlich an der Grenzfläche der als Abdeckplatte fungie¬renden Glasplatte 7 mit der der umgebenden Luft wiederum total reflektiert, so dass diesesLicht für eine weitere Umwandlung in Energie zur Verfügung steht, und nicht wie Photovoltaik-modulen gemäß dem Stand der Technik für eine Umwandlung in Energie nicht zur Verfügungsteht. Um die Solarzellen 2 des Photovoltaikmoduls 1 gemäß Fig. 1 vor jeglicher Zerstörung zuschützen, sind diese, wie dies in Fig. 1 ersichtlich ist, in eine Verkapselungsfolie 5 eingebettet.Zur Vervollständigung des Photovoltaikmoduls 1 ist dieses weiterhin durch eine Rückseitenplat¬te 6 gehalten, sowie mit einer Glasplatte 7 abgedeckt. Schließlich ist zwischen der Mehrzahlvon schiefen Prismen jeweils Luft 8 eingelagert, um eine Lichtlenkung ohne das Vorsehen einerreflektierenden Beschichtung möglich zu machen.
Die Rückseitenplatte bzw. Rückseitenfolie 6 ist hierbei eine elektrische Isolationsfolie,die einen relativ hohen Reflexionsgrad für Sonnenlicht aufweist, um bis zur Rückseitenplatte 6durchgedrungenes Sonnenlicht gegebenenfalls wiederum zu reflektieren und für eine weitereUmwandlung in Energie im Inneren des Photovoltaikmoduls 1 zur Verfügung zu haben.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 2, in welcher die Bezugszeichen von Fig. 1 im Wesentli¬chen beibehalten sind, ist eine Möglichkeit dargestellt, wie ein Photovoltaikmodul 1 gemäß derErfindung aufgebaut bzw. hergestellt werden kann.
Hierbei wird auf einer Glasplatte 7 zuerst eine Verkapselungsfolie 5 vollflächig aufge¬bracht, auf welcher Verkapselungsfolie 5 in einem nächsten Schritt die Photovoltaikmodule 1sowie die Folien mit prismenähnlichen Strukturen 4 aufgebracht werden. Wie in Fig. 2 klar er¬sichtlich, werden hierbei die Folien mit den prismenähnlichen Strukturen 4 in jenen Bereich desPhotovoltaikmoduls aufgebracht, die nicht mit Solarzellen 2 bedeckt sind sowie ein Schritt, dassdie prismenähnlichen Strukturen 4 durch eine Schutzfolie 12 abgedeckt werden. In einem weite¬ren Schritt wird auf diese Schicht eine weitere Verkapselungsfolie 5 sowie eine Rückseitenfolie6 aufgebracht. Es erübrigt sich hierbei festzuhalten, dass, um beispielsweise zu einem Photo¬voltaikmodul zu gelangen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, lediglich im Bereich zwischen denSolarzellen 2, welcher frei von Solarzellen ist, eine Folie mit prismenähnlichen Struktureneingelagert werden muss, um zu der Ausbildung von Fig. 1 zu gelangen.
Sowohl bei der Darstellung gemäß Fig. 1 als auch bei jener von Fig. 2 kann die Rücksei¬tenplatte 6 als plattenförmiges Element oder folienförmiges Element ausgebildet sein, wobei dieRückseitenfolie auch mit der die prismenähnlichen Strukturen 4 aufweisenden Folie einstückigausgebildet sein kann oder unmittelbar die prismenähnlichen Strukturen an ihrer den Solarzel¬len 2 zugewandten Seite aufweisen kann.
In Fig. 3 eine weitere Möglichkeit, ein Photovoltaikmodul gemäß der vorliegenden Erfin¬dung aufzubauen bzw. herzustellen, gezeigt.
Auch bei dieser Darstellung wird in einem ersten Schritt auf eine Glasplatte 7 eine Ver¬kapselungsfolie 5 aufgebracht, auf welcher Verkapselungsfolie 5 in einem weiteren Schritt dieSolarzellen 2 aufgebracht werden, welche in der Folge wiederum von einer Verkapselungsfolie5 abgedeckt werden. In dem nächsten Schritt wird in jenen Bereichen, welche nicht durch So¬larzellen 2 bedeckt sind die Folie mit prismenähnlichen Strukturen 4 aufgebracht, wobei beieiner derartigen Herstellungsweise die Schutzfolie 12, welche bei dem Aufbau in Fig. 2 zumSchutz der prismenähnlichen Strukturen 4 zwingend erforderlich ist, weggelassen werden kann.Abschließend ist das Photovoltaikmodul 1 wiederum durch eine Rückseitenfolie bzw. Rücksei¬tenplatte abgedeckt.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 wird im Wesentlichen der Aufbau, wie in Fig. 3 be¬schrieben, vorgenommen, mit der Ausnahme, dass nach Aufbringen der zweiten Verkapse¬lungsfolie 5 die Rückseitenfolie 6 aufgebracht wird, an welcher Rückseitenfolie 6 bereits dieprismenähnlichen Strukturen 4 ausgebildet sind, so dass ein Arbeitsschritt eingespart werdenkann.
Die prismenähnlichen Strukturen 4 weisen bei sämtlichen Ausbildungen gemäß der Er¬findung eine Höhe zwischen 100 nm und 100 mm auf, wobei sie in den gängigsten Einsatzbe¬reichen meist eine Höhe von 10 pm bis 300 pm aufweisen.
Bei der Darstellung von Fig. 5 ist eine Ausbildung der lichtleitenden, prismenähnlichenStrukturen 4 gezeigt, aus welchen erkenntlich ist, dass dieses Strukturen 4 im Wesentlichen dieForm eines schiefen Prismas aufweisen, mit einem im Wesentlichen rechten Winkel, welcherdem Störflankenwinkel entspricht und welcher üblicherweise zwischen 80° und 90° beträgt. Ingleicher Weise ist daher folgend der Flankenwinkel in der Größe zwischen 25° und 65° gewähltund die dem Licht zugewandte Flanke 9 ist im Wesentlichen so gerichtet, dass auf sie senk¬recht einfallendes Licht in Richtung zum Zentrum reflektiert wird.
In Fig. 6 sind verschiedene Formen der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Strukturen4 gezeigt, wobei 6a eine Struktur zeigt, welche eine konkave gekrümmte Flanke aufweist, mitderen Hilfe Licht in Richtung zum Zentrum eines Photovoltaikmoduls 1 reflektiert wird. In Fig. 6bist eine andere Ausbildung der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Strukturen 4 gezeigt, inwelchen die dem Licht zugewandte Flanke 9 des Prismas eine konvexe und konkave Krüm¬mung aufweist, wobei die konkave Krümmung im Bereich des Fußes des Zylinders vorgesehen ist. Fig. 6c zeigt schließlich eine Ausbildung der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Struk¬turen 4, welche eine konkav/konvex gekrümmte Flanke 9 aufweisen und welche ebenfalls Lichtin Richtung zu einem Zentrum eines Photovoltaikmoduls 1 reflektieren.
In Fig. 7, in welcher die Bezugszeichen von Fig. 1 beibehalten sind, ist zusätzlich derWeg eines senkrecht auf das Photovoltaikmodul 1 auftreffenden Lichtstrahls 10 dargestellt. Dersenkrecht einfallende Lichtstrahl wird an der Grenzfläche der strukturierten Folie 4 mit dem pris¬menförmig ausgebildeten Lufteinschluss 8 reflektiert und eines oder mehrere Nachbarprismengelenkt, wo es durch Brechung, insbesondere bei Auftreffen auf eine geneigte Fläche eines derNachbarprismen 11 in Richtung zur Glasplatte 7 gelenkt wird, wo das Licht durch Totalreflexionwiederum in Richtung zum Inneren des Photovoltaikmoduls 1 reflektiert wird und auf eine Solar¬zelle 2 auftrifft und so für eine Umwandlung in Energie zur Verfügung steht.

Claims (15)

  1. Patentansprüche: 1. Photovoltaikmodul (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten wenig¬stens auf einer Seite in einer Verkapselungsfolie (5) eingebetteten in Abstand voneinander an¬geordnete Solarzellen (2) sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie (6) und eine lichtdurchläs¬sigen Deckplatte, dadurch gekennzeichnet, dass in von Solarzellen (2) freien Bereichen desPhotovoltaikmoduls (1) lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folien inte¬griert sind, dass alternierend die prismenähnlichen Strukturen (4) und komplementären Luft-und Gaseinschlüsse (8) angeordnet sind, dass die prismenähnlichen Strukturen (4) der lichtlei¬tenden Folien derart angeordnet sind, dass auf die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen(4) treffendes Licht in Richtung der Solarzellen (2) geleitet wird, und dass die lichtleitenden,prismenähnliche Strukturen (4) ausbildenden Folien gegebenenfalls durch eine transparentePolymerfolie (6, 12) abgedeckt sind.
  2. 2. Photovoltaikmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die prismen¬ähnlichen Strukturen (4) als schiefe, einen im Wesentlichen rechten Winkel aufweisende Drei¬eckprismen ähnliche Strukturen ausgebildet sind.
  3. 3. Photovoltaikmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einedem im Wesentlichen rechten Winkel gegenüberliegende Fläche der prismenähnlichen Struktur(4) als ebene Fläche, eine konvexe, konkave oder konvex/konkave Krümmung aufweisendeFläche ausgebildet ist.
  4. 4. Photovoltaikmodul (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass einFlankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 25° und 65° gewählt ist und ein Störflan¬kenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 80° und 90° gewählt ist.
  5. 5. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die prismenähnlichen Strukturen (4) mit einer Höhe zwischen 100 nm und 100 mm, insbe¬sondere 10 pm bis 300 pm ausgebildet sind.
  6. 6. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Solarzellen (2) wenigstens an einer Seite auf einer Verkapselungsfolie (5) angeordnetsind.
  7. 7. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Verkapselungsfolie (5) beidseits der Solarzelle (2) angeordnet ist und gegebenenfallsdie lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folie im Inneren der Verkapse¬lungsfolie (5) angeordnet sind.
  8. 8. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Rückseitenfolie (6) die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) an ihrer den So¬larzellen (2) zugewandten Seite integriert aufweist.
  9. 9. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) ausbildende Folie und die dieseStrukturen (4) abdichtende Polymerfolie aus demselben Material, gewählt aus Polyethylen-terephthalat (PET), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE), Polyurethanacrylat (PUA), Polyamid,Polytetrafluorethylen (PTFE), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylennaphthalat (PEN),Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Silikon ausgebildet sind.
  10. 10. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass als Verkapselungsfolie eine im Bereich zwischen 300 nm und 2500 nm, insbesondere 350nm bis 1200 nm transparente Polymerfolie aus einem Material gewählt aus Ethylenvinylacetat(EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Silikon oder Polyethylen (PE) eingesetzt ist.
  11. 11. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass als Deckplatte (7) eine Platte aus eisenarmem Glas mit einer Dicke zwischen 1 nm und 60mm eingesetzt ist.
  12. 12. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass als Rückseitenfolie (6) eine elektrische Isolationsfolie, insbesondere eine einen Refle¬xionsgrad von R > 90 % in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 1200 nm aufweisendenIsolationsfolie eingesetzt ist.
  13. 13. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Verkapselungsfolie (5) als reflektierende Barriereschicht, insbesondere elektrische Iso¬lationsfolie ausgebildet ist.
  14. 14. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Verkapselungsfolie (5), die Rückseitenfolie (6) und die lichtleitende prismenähnlicheStrukturen (4) ausbildende Folie als reflektierende, elektrische Isolationsfolien ausgebildet sind,die mehr als 90 % des Lichts in einen Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 1200 nm re¬flektieren.
  15. 15. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Rückseitenfolie (6) als Glasplatte (7) ausgebildet ist.
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