DE10164273A1

DE10164273A1 - Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform

Info

Publication number: DE10164273A1
Application number: DE10164273A
Authority: DE
Inventors: Lothar Schlegel
Original assignee: Solarwatt Solar Systeme AG
Current assignee: Solarwatt GmbH
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-10
Also published as: NL1022271C2; NL1022271A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Solarmodul in Plattenform insbesondere in Schichtbauweise für Anwendungen und deren Anordnung auf gekrümmten Oberflächen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein photovoltaisches Solarmodul in Plattenform zu schaffen, das trotz seiner mehrlagigen Schichtbauweise biegbar ist und eine hohe Lebensdauer hat. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht das photovoltaische Solarmodul in Plattenform aus mehreren Schichten. Die aktive Schicht besteht aus einer oder mehreren Solarzellen 1 üblicher Bauweise. Diese Solarzellen 1 sind mit ihrer lichtempfindlichen Schicht direkt auf einer dünnen Spezialglasscheibe 2 angeordnet und untereinander über Verbindungsbahnen 3 kontaktiert. Die Kontaktierung ist dabei nach außen bis zu den Anschlüssen ausgeführt, an denen die elektrische Leistung abgenommen wird. Diese Solarzellen 1 und die Verbindungsbahnen 3 sind rückseitig mit einer hinteren Kunststofffolie 4 kaschiert. Die hintere Kunststofffolie 4 ist vollflächig ausgeführt und durch einen Kaschierungsvorgang werden die Solarzellen 1 und die Verbindungsbahnen vollständig umhüllt und auf der Spezialglasscheibe 2 positioniert und befestigt. Die dünne Spezialglasscheibe 2 ist vorderseitig mit einer weiteren vorderen Kunststofffolie 5 so beklebt, dass die beiden Kunststofffolien (Kunststofffolie 4 und Kunststofffolie 5) über die Glaskante der Spezialglasscheibe 2 hinausragen und miteinander wasserdicht verbunden sind. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Anordnung ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform insbesondere in Schichtbauweise für Anwendungen und deren Anordnung auf gekrümmten Oberflächen.

Photovoltaische Solarmodule in Plattenform sind in vielfältigen Bauweisen bekannt. Aus der DE 198 46 160 A1 ist ein Solarmodul mit einem Flächig angeordneten flexiblen Solarzellenverbund bekannt welcher auf mindestens einer Seite in Haftverbund mit einer transparenten Schutzfolie aus Kunststoff steht, wobei die Schutzfolie mindestens eine Basislage aus Polycarbonat, Polymethacrylat oder einem Material mit ähnlicher Kratzfestigkeit, Schlagzähigkeit und Langlebigkeit enthält.

Diesel Lösung haftet der Nachteil an,

In der DE 44 13 215 A1 ist ein Solarmodul mit Dünnschichtaufbau und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben wobei das Solarmodul in Schichtaufbau aus mehreren dünnen Schichten bestehen, die aus Aluminiumsubstrat, einer elektrisch isolierenden Oxidschicht, einer Rückelektrodenschicht einer aktiven Halbleiterschicht mit Diodenstruktur und einer Frontelektrode aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO), wobei das Solarmodul in integriert serienverschalteten Einzelsolarzellen strukturiert ist und als Fassadenelement ausgebildet ist.

Die Solarenergievorrichtung gemäß DE 41 24 076 A1 besteht aus einer Anzahl von Solarmodulen wobei die Solarmodule unter verschiedenen Winkeln schräg zur Vertikalrichtung auf einem Kreisbogen angeordnet sind.

Die DE 41 22 721 C1 beschreibt ein Solarmodul, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seiner Verwendung bei dem auf der der Sonneneinstrahlung zugewandten Seite eine Außenscheibe aus klar transparentem Material und einer mit Abstand von der Außenscheibe angeordneten Trägerplatte aus zumindest teiltransparentem Material und einer im Scheibenzwischenraum zwischen der Außenscheibe und der Trägerplatte angeordneten Solarenergieumwandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außen- und/oder Innenseite der Solarenergieumwandlungseinrichtung eine Glasscheibe mit einer Vielzahl von im wesentlichen senkrecht zur Modulebene verlaufenden Bruchflächen vorgesehen ist.

Des weiteren sind flexible Solarmodule bekannt, die in gewissen Grenzen biegbar sind, dabei ist als Trägerplatte für die Solarzellen eine dünne Edelstahlplatte oder eine glasfaserverstärkte Kunststoffplatte vorgesehen. Diese Trägerplatten haben den Nachteil das sie ein anderes Ausdehnungsverhalten haben, als es die Solarzellen haben. Durch die großen Temperaturunterschiede z. B. zwischen maximaler Sonneneinstrahlung z. B. Mittags und keiner in der Nacht treten große Ausdehnungsunterschiede auf. Durch diese unterschiedlichen Ausdehnungen der einzelnen Solarzellen und der Trägerplatte werden die Solarzellen und deren Verbindungen untereinander stark auf Dehnung und Zug beansprucht. Dadurch treten Materialermüdungen auf die zu Rissen führen und damit lebensdauerverkürzend auf das Solarmodul wirken. Ein weiteres Problem ist die Feuchtigkeits- und Druckempfindlichkeit der Solarzellen. Durch die Abdeckung der Solarzellen mit einem klaren dünnen Kunststoffmaterial, das erforderlich ist um die Leistungsausbeute hoch zu halten, sind die Solarzellen gegen mechanische Belastungen sehr empfindlich. Ein weiterer Nachteil dieser Kunststofffolie ist ihre Wasserdampfdurchlässigkeit, wodurch die Solarzellen ebenfalls geschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein photovoltaisches Solarmodul in Plattenform zu schaffen, das trotzt seiner mehrlagigen Schichtbauweise biegbar ist und eine hohe Lebensdauer hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten. Patentanspruches gelöst. Dabei besteht das photovoltaisches Solarmodul in Plattenform aus mehreren Schichten. Die aktive Schicht besteht aus einer oder mehreren Solarzellen 1 üblicher Bauweise. Diese Solarzellen 1 sind mit ihrer lichtempfindlichen Schicht direkt auf einer dünnen Spezialglasscheibe 2 angeordnet und untereinander über Verbindungsbahnen 3 kontaktiert. Die Kontaktierung ist dabei nach außen bis zu den Anschlüssen ausgeführt, an denen die elektrische Leistung abgenommen wird. Diese Solarzellen 1 und die Verbindungsbahnen 3 sind rückseitig mit einer hinteren Kunststofffolie 4 kaschiert. Die hintere Kunststofffolie 4 ist vollflächig ausgeführt und durch den Kaschierungsvorgang, werden die Solarzellen 1 und die Verbindungsbahnen vollständig umhüllt und auf der Spezialglasscheibe 2 positioniert und befestigt. Die dünne Spezialglasscheibe 2 ist vorderseitig mit einer weiteren vorderen Kunststofffolie 5 so beklebt, dass die beiden Kunststofffolien (Kunststofffolie 4 und Kunststofffolie 5) über die Glaskante der Spezialglasscheibe 2 hinausragen und miteinander wasserdicht verbunden sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung entsteht ein flexibles Solarmodul, dass ohne Probleme auch von Hand biegbar ist und auf gewölbten Oberflächen, insbesondere auf konvex gewölbten Oberflächen, befestigbar ist. Das Solarmodul ist zum einen sehr leicht und durch die Spezialglasscheibe sind die empfindlichen Solarzellen 1 trotzdem mechanisch zuverlässig geschützt. Deshalb ist es z. B. durch Menschen betretbar. Durch die zusätzliche vordere Kunststofffolie 4 ist die dünne Spezialglasscheibe 2 auch bei unbeabsichtigter oder mutwilliger Zerstörung splitterfest, da die Glassplitter abgedeckt bleiben, nicht in die Umwelt gelangen können und keinerlei Verletzungen auftreten können. Die rückseitige hintere Kunststofffolie 4 ermöglicht eine vollflächige Befestigung des Solarmodul je nach Untergrund mit unterschiedlichen Klebstoffen auf jeder beliebigen Oberfläche. Durch diese Klebfähigkeit ist eine sehr schnelle und kostengünstige Montage möglich. Auch eine andere mechanische Befestigung auf geraden oder gekrümmten Oberflächen wie z. B. ein Verschrauben ist möglich. Da die Spezialglasscheibe 2 wasserdampfundurchlässig ist, sind die Solarzellen 1 dauerhaft gegen Feuchtigkeitsschäden geschützt wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Solarmoduls weiter erhöht wird.

Die dünne Spezialglasscheibe 2 besteht in einer bevorzugten Ausbildungsart aus einer chemisch gehärtete Spezialglasscheibe mit einer Dicke bis zu einem Millimeter. Das hat den Vorteil, dass sie besonders biegbar ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausbildung ist die vordere Kunststofffolie 5 kratzfest ausgebildet. Damit solcherart erfindungsgemäße Solarmodule auch ohne Rutschgefahr betretbar ist, kann die vordere Kunststofffolie 5 auf der äußeren Oberfläche rutschfest ausgebildet sein. Dies wird erreicht indem z. B. punkt- oder linienförmige Erhebungen auf der Kunststofffolie angeordnet sind, wobei die Kunststofffolie 5 solche Erhebungen bereits vor ihrer Anordnung auf der dünnen Spezialglasscheibe besitzt.

Auch die wasserabweisende Ausbildung der vordere Kunststofffolie 5 für spezielle Anwendungsfälle ist ausführbar. Gleichzeitig kann sie schmutzabweisend ausgebildet sein, indem sie des weiteren ein Muster aus zueinander beabstandeten Erhebungen und Vertiefungen im Mikrometerbereich besitzt, die der Oberfläche eines Lotusblattes nachgebildet sind.

Um die Montage auf glatten Untergründen zu beschleunigen, kann die hintere Kunststofffolie 4 vorteilhaft auf der den Solarzellen 1 abgewandten Seite selbstklebend ausgebildet sein.

Um das erfindungsgemäße flexible photovoltaische Solarmodul auch auf stark gekrümmten Oberflächen anzuordnen ist es vorteilhaft, wenn die dünne Spezialglasscheibe 2 gekrümmt ausgebildet, das bedeutet vorgebogen ist.

Für spezielle Anwendungsfälle kann die dünne Spezialglasscheibe 2 profiliert ausgebildet sein. Eine mögliche Profilierung kann sowohl der Querschnittsform und/oder auch der Oberflächenform von Dachziegeln folgen. Damit lässt sich optisch das Erscheinungsbild eines handelsüblichen Formdachziegels herstellen und das so geformte Solarmodul kann dann direkt in die Dacheindeckung nahtlos und einfach integriert werden ohne das zusätzliche Halterungen zur Befestigung eines Solarmoduls erforderlich sind. Optisch entsteht dann das Erscheinungsbild eines normal mit Formdachsteinen gedeckten Daches.

Für spezielle Anwendungsfälle kann die dünne Spezialglasscheibe 2 aus mehreren unterschiedlichen Glasschichten ausgebildet sein oder sie besteht aus vorgeformten Spezialglas gleicher oder unterschiedlicher Dicke.

Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Figur näher erläutert werden. Die Figur zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes photovoltaisches Solarmodul in Plattenform in Schichtbauweise. Dabei sind mehrere Solarzellen 1 auf einer dünnen Spezialglasscheibe 2 angeordnet und miteinander mittels Verbindungsbahnen 3 kontaktiert. Die Verbindungsbahnen 3, das heißt in der Regel zwei, die die beiden Pole bilden sind an einer Stelle nach außen geführt und an diesen Anschlüssen wird der mittels der Vielzahl von miteinander verschalteten Solarzellen erzeugte Strom abgeführt.
Rückseitig ist die dünne Spezialglasscheibe 2 mit den darauf angeordneten Solarzellen 1 und den Verbindungsbahnen 3 mit einer hinteren Kunststofffolie 4 kaschiert. Das Kaschieren erfolgt vorzugsweise thermisch, sodass die Solarzellen 1 und die Verbindungsbahnen 3 vollständig dicht eingehüllt und auf der dünnen Spezialglasscheibe fest fixiert sind. Es erfolgt ein Verkleben der rückseitigen hinteren Kunststofffolie 4 mit der dünnen Spezialglasscheibe 2. Die dünne Spezialglasscheibe 2 ist eine chemisch gehärtete Spezialglasscheibe mit einer Dicke von ca. einem Millimeter. Die dünne Spezialglasscheibe 2 ist vorderseitig, d. h. die Seite die der Lichtquelle zugewandt ist, mit einer weiteren vorderen Kunststofffolie 5 beklebt. Dabei ragen die beiden Kunststofffolien 4 und 5 über die Glaskante hinaus und sind miteinander wasserdicht verbunden. Dies erfolgt mittels eines Kunststoffspezialklebers oder mittels thermischen Kaschieren. An den Kanten kann noch zusätzlich eine Kunststoffverschweißung erfolgen. Die vordere Kunststofffolie 5 ist kratzfest und wasserabweisend ausgebildet. Das erfindungsgemäße photovoltaische Solarmodul ist trotzt seiner Plattenform flexibel und lässt sich bis zu einem Winkel von ca. 15 Grad konvex biegen. Beim konvexen Biegen werden die auf der dünnen Spezialglasscheibe 2 angeordneten Solarzellen und Verbindungsbahnen auf Druck beansprucht. Silizium ist gegen Druckspannungen unempfindlich, während es auf Zugspannung sehr empfindlich reagiert. Die Solarzellen bestehen aus Silizium genau wie die Spezialglasscheibe 2. Dadurch besitzen beide bei Erwärmung bzw. Abkühlung das gleiche Dehnungsverhalten, so dass die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bisher bekannten biegbaren Anordnungen, rein auf Kunststoffbasis ohne Spezialglasscheibe, viel länger haltbar sind.
Außerdem werden Kunststofffolien schnell spröde und wasserdampfdurchlässig was die Lebensdauer der Solarzellen ebenfalls beträchtlich verringert. Durch die dünne Spezialglasscheibe 2 erfolgt des weiteren ein zuverlässiger mechanischer Schutz des erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarmoduls, sodass sich Menschen darauf stellen können, ohne das die empfindlichen Solarzellen 1 beschädigt werden können. So lässt sich das erfindungsgemäße photovoltaische Solarmodul z. B. auf gekrümmten Bootsdecks anordnen und kann betreten werden. Sinnvoll ist in diesem Anwendungsfall die vordere Kunststofffolie 5 auf der äußeren Oberfläche zusätzlich rutschfest auszubilden.
Für eine schnelle Montage ist es vorteilhaft, die hintere Kunststofffolie 4 auf der den Solarzellen 1 abgewandten Seite selbstklebend auszubilden. Dadurch ist z. B. das feste Anordnen auf gekrümmten Fahrzeugoberseiten schnell und dauerhaft möglich.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarmodule ist die Möglichkeit, auch großflächige Anordnungen in Leichtbauweise herzustellen zu können und zudem durch die konvexe Krümmung der Oberfläche jeweils einen optimalen Einstrahlungswinkel der Sonnenstrahlen bei fester Anordnung zu erzielen.
Das erfindungsgemäße photovoltaische Solarmodul ist insbesondere auf konvex gekrümmten Oberflächen anordenbar. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Solarzelle
2 dünne Spezialglasscheibe
3 Verbindungsbahnen
4 hintere Kunststofffolie
5 vordere Kunststofffolie

Claims

1. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform insbesondere in Schichtbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Solarzellen (1) auf einer dünnen Spezialglasscheibe (2) angeordnet und kontaktiert sind, diese Solarzellen (1) und die Verbindungsbahnen (3) rückseitig mit einer hinteren Kunststofffolie (4) kaschiert sind, und die dünne Spezialglasscheibe (2) vorderseitig mit einer vorderen Kunststofffolie (5) beklebt ist, wobei die beiden Kunststofffolien (4 und 5) über die Glaskante hinausragen und miteinander wasserdicht verbunden sind.

2. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe (2) eine chemisch gehärtete Spezialglasscheibe mit einer Dicke bis zu einem Millimeter ist.

3. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Kunststofffolie (5) kratzfest ausgebildet ist.

4. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Kunststofffolie (5) auf der äußeren Oberfläche rutschfest ausgebildet ist.

5. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Kunststofffolie (5) wasserabweisend ausgebildet ist.

6. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Kunststofffolie (5) schmutzabweisend ausgebildet ist.

7. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Kunststofffolie (4) auf der den Solarzellen abgewandten Seite selbstklebend ausgebildet ist.

8. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe 2 gekrümmt ausgebildet ist.

9. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe 2 profiliert ausgebildet ist.

10. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe 2 in der Form der Oberflächenform und/oder Querschnittsform von Dachziegeln ausgebildet ist.

11. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2, 9, oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe 2 aus mehreren unterschiedlichen Glasschichten ausgebildet ist.

12. Photovoltaisches Solarmodul in Plattenform nach Anspruch 1, 2, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Spezialglasscheibe 2 aus vorgeformten Spezialglas gleicher oder unterschiedlicher Dicke ausgebildet ist.