DE102007052554A1

DE102007052554A1 - Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007052554A1
Application number: DE102007052554A
Authority: DE
Inventors: Joachim Schurig; Uwe Wendlandt; Hans-Georg Lerche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem aus Serienverschalteten Solarzellen bestehenden Photovoltaikmodul als Generator zur Gewinnung von Energie und wobei diese Energie über ein Steuerteil an einzelne Verbraucher oder Speicherelemente im Kraftfahrzeug weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) des Photovoltaikmoduls (1) als Dünnschichtsolarzellen ausgebildet sind und eine Deckelektrode (3) und eine Rückelektrode (4) und eine zwischen den Elektroden (3, 4) angeordnete Absorberschicht (5) aufweisen und, dass die Schichtdicke der Dünnschichtsolarzellen (2) eine Gesamtdicke von maximal 100 μm aufweist und, dass die elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen an ihrer der Sonne zugewandten Oberseite (6) und an einer dieser Seite gegenüberliegenden Unterseite (7) zur Bildung einer Solarfolie (10) in flexiblen Kunststoff (8) eingebettet sind und, dass die Solarfolie (10) auf der Karosserie eines Dach (9) des Kraftfahrzeuges (11) angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem aus Serienverschalteten Solarzellen bestehenden Photovoltaikmodul als Generator zur Gewinnung von Energie und wobei diese Energie über ein Steuerteil an einzelne Verbraucher oder Speicherelemente im Kraftfahrzeug weitergeleitet wird.
Gemäß dem Stand der Technik ist aus der DE 40 17 670 A1 eine Schaltung bekannt, bei der ein Solargenerator beispielsweise im Schiebedach eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und die von diesem Generator erzeugten Energie dann über einen zum Solargenerator parallel geschalteten Kondensator dem Motor eines Serienfahrzeuglüfters zugeführt wird. Über die Bauweise des Solargenerators und dessen Unterbringung im Schiebedach sind dieser Schrift keine Hinweise zu entnehmen.
Einer weiteren Schrift, der P 44 19 177 C1, ist ein komplettes Solardach für Kraftfahrzeuge mit einem aus Solarzellen aufgebauten Solargenerator zu entnehmen. Das Solardach, das in dieser Schrift mit den Bezugsziffern 10 und 30 versehen ist, nimmt den gesamten Dachbereich des Kraftfahrzeugs ein und wird als Solardeckel bezeichnet. Daraus resultiert, dass für das Fahrzeug gemäß dieser Schrift nur die üblichen traditionellen Dickschichtsolarzellen oder, wenn Dünnschichtzellen verwendet werden, oder nur solche, bei denen eine direkte Abscheidung auf einem fest Trägermaterial, beispielsweise Glas oder Metall zur Anwendung kommt.
Gemäß einer anderen Schrift, der PS-DE 41 05 389 C1 , ist eine lichtdurchlässige Scheibe für Fahrzeuge, insbesondere ein lichtdurchlässiger Deckel für Schiebedächer, Hebedächer und dergleichen zur Erzeugung von elektrischer Energie offenbart, wobei der Außenbereich der Scheibe Solarzellen aus kristallinem Halbleiterwerkstoff aufweist und der mittlere Teil der Scheibe wegen der Transparenz derselben aus amorphem Halbleiterstoff besteht.
Unter umwelttechnischen Aspekten und infolge der globalen Erderwärmung wird heutezutage immer verstärkter auf erneuerbare Energien zurückgegriffen.
Die beim Stand der Technik verwendeten Konstruktionen für Kraftfahrzeuge aus Solarzellen zur umweltfreundlichen Erzeugung von Energie sind sehr kompakte Konstruktionen, die einen stabilen Rahmen zur Unterbringung der Solarzellen erfordern und daher deutlich zur Gewichtserhöhung des Fahrzeugs beitragen und weiterhin auch die Aerodynamik des Fahrzeugs negativ beeinflussen und infolgedessen den Kraftstoffverbrauch nur geringfügig senken.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die auf einfache Weise am Kraftfahrzeug anbringbar ist und mit Hilfe derer eine effektivere Verringerung des Kraftstoffverbrauchs als bisher möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem aus Serienverschalteten Solarzellen bestehenden Photovoltaikmodul als Generator zur Gewinnung von Energie und wobei diese Energie über ein Steuerteil an einzelne Verbraucher oder Speicherelemente im Kraftfahrzeug weitergeleitet wird, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Solarzellen des Photovoltaikmoduls als Dünnschichtsolarzellen ausgebildet sind und eine Deckelektrode und eine Rückelektroden und eine zwischen den Elektroden angeordnete Absorberschicht aufweisen und, dass die Schichtdicke der Dünnschichtsolarzellen eine Gesamtdicke von maximal 100 μm aufweist und, dass die elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen an ihrer der Sonne zugewandten Oberseite und an einer dieser Seite gegenüberliegenden Unterseite zur Bildung einer Solarfolie in flexiblen Kunststoff eingebettet sind und, dass die Solarfolie auf der Karosserie eines Daches des Kraftfahrzeugs angebracht ist.
Zur Erhöhung der Leistung der Solarzellen werden diese nicht nur serien- sondern zusätzlich auch noch parallelverschaltet. Diese Parallelverschaltung erfolgt vorzugsweise auf der Rückseite, d. h. auf der der Sonne abgewandten Seite der Solarzelle.
Und die einzelnen benachbarten Solarzellen des Photovoltaikmoduls können sich zusätzlich noch derart überlappen, dass die Rückelektrode der einen Solarzellen die Deckelektrode der benachbarten Solarzelle überlappt.
Diese Überlappung ist derartig vorgesehen, dass möglichst nur eine geringe Abschattungsfläche vorgesehen ist.
Weiterhin sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Solarzellen im Wesentlichen ebenmäßig ausgebildet und derart im flexiblen Kunststoff positioniert, dass sie jeweils zu einer horizontalen Ebene geneigt angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht eine größtmögliche Biegung und Elastizität der Folie.
Die Absorberschicht zwischen der Deck- und zwischen der Rückelektrode ist vorzugsweise eine CIS-Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2) oder Kupfer-Indium-Disulfid (CuInS2) oder aus Gemischen dieser Elemente (Cu(In,Ga,)(Se,S)2).
Die Solarfolie, die vorzugsweise auf dem Autodach mittels eines Kunststoffklebers befestigt ist, kann entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform auch in einer im Autodach ausgebildeten Minimalauskerbung untergebracht sein. Um die Solardachkonstruktion gegen Umwelteinflüsse zu schützen, kann noch eine zusätzliche Kunststoffschicht zum Schutz der Solarzellen auf die Folie aufgebracht sein.
Zu diesem Zweck, wenn entsprechend der Ausführungsform eine Minimalauskerbung vorgesehen ist, weist diese einen umlaufenden Rand auf, für den unterschiedliche Ausgestaltungen vorgesehen sind.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1: eine Ausführungsform zweier Photovoltaikmodule mit jeweils drei Solarzellen, welche für die erfindungsgemäße Solardach-Konstruktion verwendet werden,
2: das Dach eines Kraftfahrzeuges, auf welchem eine Solarfolie und eine Schutzfolie angebracht sind.
3: das Fahrzeugdach mit entsprechender Minimalauskerbung,
4: die erfindungsgemäße Solardach-Konstruktion mit Minimalauskerbung und Solarfolie,
5: eine Solardachkonstruktion mit einer Solarfolie und einer darüber liegenden Schutzschicht aus elastischem Kunststoff,
6: eine Ausführungsform entsprechend der 5, wobei zur Abdichtung zwischen Karosserie und Folie ein umlaufendes Profilgummi vorgesehen ist.
7: das Kraftfahrzeug in seiner Gesamtheit mit der erfindungsgemäßen Solardach-Konstruktion.
Es wird derzeit auch infolge der globalen Erderwärmung verstärkt angestrebt, den Energiebedarf von Kraftfahrzeugen, zumindest zu einen Teil, durch den Einsatz erneuerbarer Energien zu decken.
Bei der erfindungsgemäßen Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge werden Solarzellen mit einer entsprechenden Bauweise zur maximalen Energieerzeugung vorgesehen und diese Solarzellen werden dann so angeordnet, dass diese die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs nicht beeinflussen.
Entsprechend der 1 sind zwei miteinander serienverschaltete Photovoltaikmodule 1 gezeigt, die beispielsweise jeweils aus drei Solarzellen 2 bestehen. Die Solarzellen sind bandartig angeordnet und weisen jeweils eine Deckelektrode 3 und eine Rückelektrode 4 auf. Die beiden Elektroden überlappen sich derartig, dass die Rückelektrode 4 der einen Solarzellen 2 die Deckelektrode 3 der benachbarten Solarzelle überlappt. Zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 befindet sich eine Absorberschicht 5, beispielsweise aus CuInS2. Die Solarzellen sind flächenmäßig eben ausgebildet und in der Weise in einem geeigneten Kunststoff 8 angeordnete, dass sie jeweils zu einer horizontalen Ebene 13 geneigt sind. Durch die Einbettung im Kunststoff wird ein Umknicken, Abbrechen oder Zerbrechen der Solarzellen verhindert.
Die Parallelverschaltung der Solarzellen ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt, erfolgt aber auf der der Sonne abgewandten Seite 7, d. h. der Unterseite der Solarzelle. Da die Solarzellen sowohl in Serie als auch parallel geschaltet sind, können alle gewünschten Strom/Spannungsverhältnisse eingestellt werden ohne, dass zusätzliche Schaltungen und Bauteile vorgesehen werden müssen.
Der Kunststoff auf der der Sonne zugewandten Seite 6 der Solarfolie 10 ist vorzugsweise durchsichtig.
Die Solarzellen 2 weisen eine Dicke von maximal 100 μm, so dass die Folie 10 an sich auch nur eine ganz geringe Dicke aufweist.
Entsprechend der 2 ist das Dach eines herkömmlichen Kraftfahrzeuges dargestellt, auf dem eine Solarfolie 10 und eine darüberliegende Kunststoffschutzschicht 16 dargestellt sind.
In der 3 ist das Dach eines Kraftfahrzeuges gezeigt, in welches eine Auskerbung 12 zur Unterbringung der Solarfolie eingearbeitet wurde, beispielsweise durch Minimal-Stanzen oder -Abschleifen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die vorgesehene Auskerbung 12 einen umlaufenden Rand 14 bzw. eine umlaufende Profilkante auf, der integriert im Fahrzeugdach ausgebildet ist.
Andere Bauweisen sind auch möglich.
Die 4 zeigt das Fahrzeugdach mit eingelegter Solarfolie wobei durch einen Kleber zwischen Auskerbung 12 und Solarfolie 10 ein Rutschen der Folie verhindert werden kann. Der Kabelbaum, der die erzeugte Energie von den Solarelementen zum Steuerelement leitet ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Entsprechend der 5 ist der umlaufende Rand 14 zweistufig ausgebildet. Dieser umlaufende Rand 14 der Karosserie besitzt eine erste Stufe 17 zum Einlegen der Solarfolie 10 und eine zweite, nach innen, zur Mitte des Fahrzeugdaches gerichtete zweite Stufe 18. Diese zweite Stufe 18 dient zur Aufnahme beispielsweise einer weiteren lichtdurchlässigen und elastischen Kunststoffschicht 16, beispielsweise einer Folie oder einer entsprechenden Kunststoffschicht.
Diese Schicht 16 dient zum Schutz der Solarfolie 10 vor äußeren Einflüssen wie beispielsweise Hagel, Steinschlag oder Astwerk. Zwischen der elastischen Schicht 16 und der Karosseriestufe 18 ist vorzugsweise eine Klebeschicht vorgesehenen, die zum einen der Verbindung von Karosserie und elastischer Schicht 16 dient und die aber ebenso eine wasserdichte und feste Isolierung im Übergangsbereich darstellt.
Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Klebeschicht durch beispielsweise ein Profilgummi 19 ersetzt wird, das zum Abdichten des Übergangbereichs zwischen Karosserie und elastischer Schicht 16 dient.
Erfindungsgemäß wird eine Solardach- Konstruktion für Kraftfahrzeuge geschaffen, bei der trotz eines hohen Wirkungsgrads der Solarzellen die Aerodynamik des Fahrzeuges nicht beeinträchtigt wird.
Die erfindungsgemäßen Solardach- Konstruktion ist an die Fahrzeugkarosserie angepasst bzw. in diese integriert und sie ist auch vor Umwelteinflüssen sicher, so dass zum Beispiel das Durchfahren einer Waschstraße kein Problem darstellt.
Die 7 zeigt ein Kraftfahrzeug, das mit der erfindungsgemäßen Solardach-Konstruktion ausgerüstet ist. Mit 20 ist der Masseanschluss der Solarelemente 2 angegeben, der zur Herstellung eines geschlossenen Stromkreislaufs dient. Die Kabelbäume 21 leiten die von den Solarzellen erzeugte Energie in das Fahrzeuginnere zu einem Steuerelement, welches die weitere Verwendung oder Speicherung der erzeugten Energie regelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4017670 A1 [0002]
- DE 4105389 C1 [0004]

Claims

Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem aus Serienverschalteten Solarzellen bestehenden Photovoltaikmodul als Generator zur Gewinnung von Energie und wobei diese Energie über ein Steuerteil an einzelne Verbraucher oder Speicherelemente im Kraftfahrzeug weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) des Photovoltaikmoduls (1) als Dünnschichtsolarzellen ausgebildet sind und eine Deckelektrode (3) und eine Rückelektrode (4) und eine zwischen den Elektroden (3, 4) angeordnete Absorberschicht (5) aufweisen und, dass die Schichtdicke der Dünnschichtsolarzellen (2) eine Gesamtdicke von maximal 100 μm aufweist und, dass die elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen an ihrer der Sonne zugewandten Oberseite (6) und an einer dieser Seite gegenüberliegenden Unterseite (7) zur Bildung einer Solarfolie (10) in flexiblen Kunststoff (8) eingebettet sind und, dass die Solarfolie (10) auf der Karosserie eines Dach (9) des Kraftfahrzeuges (11) angebracht ist.
Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die serienverschalteten Solarzellen (2) zueinander bandförmig parallel angeordnet und zur Erhöhung der zu erzeugenden Energie entsprechend parallelverschaltet sind.
Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen benachbarten Solarzellen (2) des Photovoltaikmoduls (1) zur Vermeidung von Abschattungen sich derart überlappen, dass die Rückelektrode (4) der einen Solarzellen die Deckelektrode (3) der benachbarten Solarzelle überlappt.
Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) im Wesentlichen ebenmäßig ausgebildet sind und, dass diese derart in dem flexiblen Kunststoff (8) positioniert sind, dass sie jeweils zu einer horizontalen Ebene (13) geneigt angeordnet sind.
Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht vorzugsweise eine CIS-Schicht aus Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2) oder Kupfer-Indium-Disulfid (CuInS2) oder aus Gemischen dieser Elemente (Cu(In,Ga,)(Se,S)2).
Solardachkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine in ihren Abmessungen der Solarfolie (10) entsprechende Minimalauskerbung (12) zur formschlüssigen Unterbringung der Folie (10) auf der Karosserie des Daches (9) des Kraftfahrzeuges in Anpassung an die ursprünglichen äußeren Karosseriemaße vorgesehen ist.
Solardach-Konstruktion für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskerbung (12) einen umlaufenden Rand (14) aufweist.
Solardach-Konstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (14) der Auskerbung (12) einen zur Fahrzeugmitte überstehenden umlaufenden Flansch (15) zur Aufnahme der Solarfolie (10) aufweist.
Solardach-Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Solarfolie (10) eine elastische oder biegsame Kunststoffschicht (16) zum Schutz derselben vorgesehen ist.
Solardach-Konstruktion nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskerbung (12) in ihren Abmessungen derart ausgebildet ist, dass eine zusätzliche elastische oder biegsame Kunststoffschicht (16) zum Schutz der Solarzellen auf die Folie (10) formschlüssig entsprechend der Fahrzeugkarosserie aufbringbar ist.
Solardach-Konstruktion nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (14) der Auskerbung (12) innerhalb der Fahrzeugkarosserie zur Unterbringung der Solarfolie und einer Kunststoffschicht (16) umlaufend zweistufig ausgebildet ist, mit einer ersten Stufe (17) zum Einlegen der Solarfolie (10) und einer zweiten, näher zur Mitte des Fahrzeugdaches gerichteten Stufe (18), zum Unterbringen der Kunststoffschicht (16).
Solardach-Konstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen Karosserie und Kunststoffschicht (16) mittels eines Klebstoffes oder mittels umlaufender Profilleisten (19) abgedichtet ist.