DE102008049890A1 - Photovoltaische Anordnung und Verfahren zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung - Google Patents

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Abstract

Photovoltaische Anordnung (10), mit einer transparenten Kunststoffschicht (20) und einem auf einer Seite der transparenten Kunststoffschicht (20) angeordneten Photovoltaik-Modul (22). Das Photovoltaik-Modul (22) weist mindestens eine Photovoltaikzelle (28) auf, die zwischen einer der transparenten Kunststoffschicht (20) zugewandten transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht (26) und einer der Kunststoffschicht (20) abgewandten Rückseiten-Abdeckschicht (30) angeordnet ist. Die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht (26), die Photovoltaikzelle (28) und die Rückseiten-Abdeckschicht (30) sind zusammen als Schichtverbund ausgebildet und das Photovoltaik-Modul (22) ist fest mit der transparenten Kunststoffschicht (20) gekoppelt. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Anordnung (10), bei dem zuerst durch ein Laminieren einer Photovoltaikzelle (28), einer transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht (26) und einer Rückseiten-Abdeckschicht (30) ein Photovoltaik-Modul (22) als Schichtverbund ausgebildet wird und anschließend das Photovoltaik-Modul (22) mit einer transparenten Kunststoffschicht (20) fest verbunden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung.
  • Die DE 101 01 770 A1 offenbart ein Solarmodul, bei dem die Frontseite aus einem transparenten Polyurethan und die Rückseite aus einem Formteil aus Kunststoff, Glas oder Keramik besteht.
  • Die DE 20 220 444 U1 offenbart ein Photovoltaikmodul mit mindestens einer vorderseitigen, der Energiequelle zugewandten, äußeren Abdeckschicht aus Glas oder einem schlagzähen, UV-stabilen, witterungsstabilen, transparenten Kunststoff mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit, mindestens einer zwischen der Abdeckschicht und einer rückseitigen Schicht befindlichen Kunststoffklebeschicht, in die mindestens eine oder mehrere Solarzellen, die untereinander elektrisch verbunden sind, eingebettet sind, und mindestens der rückseitigen, der Energiequelle abgewandten äußeren Schicht aus Glas oder einem witterungsstabilen Kunststoff mit niedriger Wasserdampfdurchlässigkeit.
  • Photovoltaische Anordnungen haben meist eine Vielzahl verschiedener Bauteile, die entweder einen relativ hohen Platzbedarf oder ein relativ hohes Gewicht aufweisen. Möchte man eine photovoltaische Anordnung insbesondere in einem Fahrzeugdach integrieren, so ist es erwünscht, dass die photovoltaische Anordnung sowohl ein geringes Gewicht und eine geringe Dicke, dabei aber auch eine hohe mechanische Stabilität insbesondere gegenüber Schwingungen, Vibrationen, Stößen und Schlägen aufweist. Photovoltaik-Module auf der Basis von Kunststoffen haben das Problem der hohen Differenz in den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Siliziumzellen und Solarzellenverbindern aus verzinnten Kupferbändern. Nachteilig bei der Verwendung von Polycarbonat ist deshalb die Wirkung des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Polycabonat auf die mit elektrischen Leitern verbundenen Solarzellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine photovoltaische Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung zu schaffen, die eine einfache, raumsparende Bauweise der photovoltaischen Anordnung bei einem niedrigen Gewicht und einer hohen Lebensdauer ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine photovoltaische Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die eine transparente Kunststoffschicht und ein auf einer Seite der transparenten Kunststoffschicht angeordnetes Photovoltaik-Modul aufweist, wobei das Photovoltaik-Modul mindestens eine Photovoltaikzelle aufweist, die zwischen einer der transparenten Kunststoffschicht zugewandten transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht und einer der Kunststoffschicht abgewandten Rückseiten-Abdeckschicht angeordnet ist, wobei die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht, die Photovoltaikzelle und die Rückseiten-Abdeckschicht zusammen als Schichtverbund ausgebildet sind und das Photovoltaik-Modul fest mit der transparenten Kunststoffschicht gekoppelt ist.
  • Im Kontext der Erfindung umfasst der Begriff Kunststoffschicht sowohl Kunststoffscheiben, die eine tragende Funktion erfüllen können, als auch solche Kunststoffschichten, die ein zusätzliches Substrat erfordern. Die Begriffe werden im Folgenden insoweit synonym verwendet.
  • Dies hat den Vorteil, dass eine weitere Scheibe zur rückseitigen Abdeckung des Photovoltaikmoduls entfallen kann. Damit sind dünne und dennoch mechanisch stabile photovoltaische Anordnungen beispielsweise auch in Öffnungen von Fahrzeugkarosserien möglich. Des Weiteren sind mit der Kunststoffscheibe ein geringes Gewicht der photovoltaischen Anordnung und bei einem Einbau der photovoltaischen Anordnung in einer Öffnung eines Fahrzeugdachs eines Kraftfahrzeugs eine hohe Sicherheit der Fahrzeuginsassen möglich. Durch diesen Aufbau der Photovoltaikanordnung ist außerdem ein guter Schutz des Photovoltaikmoduls bzw. Solargenerators möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Kunststoffscheibe ein Polycarbonat oder ein Polymethylmethacrylat auf oder besteht aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat oder Polyurethan.
  • Dabei können die Vorteile von Polycarbonaten und Polymethylmethacrylaten wie ein geringes spezifisches Gewicht, eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine hohe Schlagfestigkeit für photovoltaische Anordnungen genutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Photovoltaik-Modul mittels einer Schmelzklebstoffschicht mit der transparenten Kunststoffscheibe gekoppelt. Damit ist eine langzeitstabile Verbindung zwischen dem Photovoltaik-Modul und der Kunststoffscheibe möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Schmelzklebstoffschicht aus einem Material, das aus einer Gruppe aus Ethyl-Vinylacetat und thermoplastischen Polyurethanen ausgewählt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein sicheres Vernetzen der Schmelzklebstoffschicht und eine langzeitstabile Verbindung zwischen dem Photovoltaik-Modul und der Kunststoffscheibe möglich ist, insbesondere auch in Fahrzeugen unter Einwirken von mechanischen Schwingungen auf die photovoltaische Anordnung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Photovoltaik-Modul formschlüssig in die transparente Kunststoffscheibe eingebettet. Damit ist eine langzeitstabile sichere Verbindung zwischen dem Photovoltaik-Modul und der Kunststoffscheibe möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorderseiten-Abdeckschicht eine Dünnglas-Platte auf oder besteht aus einer Dünnglas-Platte. Dies hat den Vorteil, dass durch die geringe Wärmeausdehnung von Dünnglas mechanische Spannungen zwischen der Vorderseiten-Abdeckschicht bzw. Kunststoffscheibe und der Photovoltaikzelle gering gehalten werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorderseiten-Abdeckschicht eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte auf oder besteht aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Dünnglas-Platte auf oder besteht aus einer Dünnglas-Platte. Durch die geringe Wärmeausdehnung von Dünnglas können mechanische Spannungen zwischen der Rückseiten-Abdeckschicht bzw. Kunststoffscheibe und der Photovoltaikzelle gering gehalten werden. Außerdem kann die photovoltaische Anordnung teilweise transparent ausgebildet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte auf oder besteht aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Metallfolie auf oder besteht aus einer Metallfolie. Damit ist durch die hohe mechanische Stabilität von Metallfolien eine sichere äußere Hülle für das Photovoltaik-Modul erreichbar. Des Weiteren ist eine gute Ableitung der Wärme über die Rückseiten-Abdeckschicht von der Solarzelle möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Schicht mit einer Honeycomb-Struktur aufweist oder besteht aus einer Schicht mit einer Honeycomb-Struktur. Durch die sehr hohe mechanische Stabilität von Honeycomb-Strukturen bei niedrigem Gewicht ist ein leichter und dennoch stabiler Aufbau des Photovoltaikmoduls möglich. Gleichzeitig wird die Wärmeausdehungsbewegung der Kunststoffscheibe reduziert zum Schutze der Solarzellen und elektrischen Verbindungen der Solarzellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Photovoltaikzelle und der Rückseiten-Abdeckschicht eine Glasfaserschicht angeordnet. Damit ist eine hohe mechanische Stabilität des Photovoltaik-Moduls und eine Behinderung der Wärmeausdehnung möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Photovoltaik-Modul mehrere Photovoltaikzellen auf, und zwischen den Photovoltaikzellen sind elektrische Verbindungsleitungen angeordnet, und die elektrischen Verbindungsleitungen sind als Litzen, als Flachbandleitungen und/oder in einer Schleifenform ausgebildet. Litzen und/oder Schleifen sind eine weitere Maßnahme, um die Wirkung der Wärmeausdehnung des Polycarbonats zu reduzieren.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst diese eine photovoltaische Anordnung, mit einer transparenten Kunststoffscheibe, und einem auf einer Seite der transparenten Kunststoffscheibe angeordneten Photovoltaik-Modul, wobei das Photovoltaik-Modul eine als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht und eine als Dünnschichtsolarzelle ausgebildete Photovoltaikzelle aufweist, und die Photovoltaikzelle in die als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht eingebracht oder auf die als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht aufgebracht ist, und eine der Kunststoffscheibe abgewandte Rückseiten-Abdeckschicht aufweist, wobei die Vorderseiten-Abdeckschicht, die Photovoltaikzelle und die Rückseiten-Abdeckschicht zusammen als Schichtverbund ausgebildet sind und das Photovoltaik-Modul fest mit der transparenten Kunststoffscheibe gekoppelt ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Kunststofffolie auf oder besteht aus einer Kunststofffolie. Damit ist eine einfache Abdichtung des Photovoltaikmoduls zur Rückseite hin möglich. Des Weiteren ist ein Splitterschutz durch die Rückseiten-Abdeckschicht möglich.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst diese ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Anordnung, bei dem zuerst durch ein Laminieren einer transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht, einer Photovoltaikzelle und einer Rückseiten-Abdeckschicht ein Photovoltaik-Modul als Schichtverbund ausgebildet wird, und anschließend das Photovoltaik-Modul mit einer transparenten Kunststoffscheibe fest verbunden wird. Dies hat den Vorteil, dass der Schichtverbund vorab einheitlich ausgebildet werden kann, und dann auf eine abhängig vom Anwendungsfall geeignete transparente Kunststoffscheibe aufgebracht werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung wird das Photovoltaik-Modul mittels einer Schmelzklebstoffschicht mit der transparenten Kunststoffscheibe fest verbunden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung wird das Photovoltaik-Modul mittels eines Spritzverfahrens formschlüssig in die transparente Kunststoffscheibe eingebettet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine Schnittansicht einer photovoltaischen Anordnung in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine Schnittansicht einer photovoltaischen Anordnung in einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine Schnittansicht einer photovoltaischen Anordnung in einer dritten Ausführungsform,
  • 4 eine Schnittansicht einer photovoltaischen Anordnung in einer vierten Ausführungsform und
  • 5 eine Schnittansicht einer photovoltaischen Anordnung in einer fünften Ausführungsform.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder gleicher Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer photovoltaischen Anordnung 10 mit einer transparenten Kunststoffscheibe 20 und einem Photovoltaikmodul 22. Das Photovoltaikmodul 22 ist auf einer Seite der transparenten Kunststoffscheibe angeordnet. Zwischen der Kunststoffscheibe 20 und den Photovoltaikmodul 22 ist eine Schmelzklebstoffschicht 24 angeordnet. Mittels der Schmelzklebstoffschicht 24 wird das Photovoltaikmodul 22 durch Andrücken fest mit der transparenten Kunststoffscheibe 20 verbunden.
  • Das Photovoltaikmodul 22 hat eine transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26 und eine Rückseiten-Abdeckschicht 30. Die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26 ist der transparenten Kunststoffscheibe 20 zugewandt. Die Rückseiten-Abdeckschicht 30 ist auf einer der Kunststoffscheibe 20 abgewandten Seite der Photovoltaikzellen 28 angeordnet und kann entweder transparent oder opak ausgebildet sein. Zwischen der transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht 26 und den Photovoltaikzellen 28 einerseits sowie zwischen den Photovoltaikzellen 28 und der Rückseiten-Abdeckschicht 30 andererseits sind weitere Schmelzklebstoffschichten 27 angeordnet. Mittels der weiteren Schmelzklebstoffschichten 27 sind die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26, die Photovoltaikzelle 28 und die Rückseiten-Abdeckschicht 30 zusammen als Schichtverbund oder Laminat ausgebildet.
  • Die Schmelzklebstoffschichten 24, 27 bestehen bevorzugt aus Ethyl-Vinylacetat, einem thermoplastischen Polyurethan oder einem thermoplastischen Elastomer auf Urethanbasis
  • Die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 weist vorzugsweise eine Dünnglasscheibe auf oder besteht aus einer Dünnglasscheibe (Dicke bis maximal 1,2 mm). Die mechanischen Spannungen zwischen der Vorderseiten-Abdeckschicht 26 und der Photovoltaikzelle 28 können so gering gehalten werden, da die Photovoltaikzelle 28 und die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 aus Dünnglas annähernd den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und die Dünnglasscheibe eine Festigkeit besitzt, die die Wirkung der Wärmeausdehnung des Polycarbonats auf den Solarzellenverbund reduziert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte auf. Des Weiteren kann die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 auch aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte bestehen. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass durch die hohe Elastizität von Kunststofffolien oder -platten eine gute Elastizität des Photovoltaikmoduls 22 erreicht werden kann. Des Weiteren ist es möglich, einen gu ten Splitterschutz bezüglich der photovoltaischen Anordnung 10 bereitzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die photovoltaische Anordnung 10 in einer Öffnung eines Fahrzeugdachs eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist. Die Insassen im Innenraum des Kraftfahrzeugs können so besonders gut gegenüber Splittern geschützt werden.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 aus einem Polycarbonat oder einem Polyethylenterephthalat aufgebaut. Polycarbonate, welche besonders schlagzähe Materialen sind, und Polyethylenterephthalate, die besonders reißfeste Materialien sind, haben ein geringes spezifisches Gewicht, eine hohe Lichtdurchlässigkeit und sind darüber hinaus besonders schlagfest bzw. reißfest. Diese Eigenschaften sind insbesondere von Bedeutung, wenn die photovoltaische Anordnung 10 in einer Öffnung eines Fahrzeugdachs eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist.
  • Die Rückseiten-Abdeckschicht 30 weist bevorzugt eine Dünnglasplatte auf oder besteht aus einer Dünnglasplatte. Damit kann durch die geringe Wärmeausdehnung von Dünnglas, die vergleichbar mit der Wärmeausdehnung der Photovoltaikzellen 28 ist, erreicht werden, dass die mechanischen Spannungen zwischen der Photovoltaikzelle 28 und der Rückseiten-Abdeckschicht 30 gering sind. Darüber hinaus hat die Ausbildung der Rückseiten-Abdeckschicht 30 mit den Dünnglasplatten den Vorteil, dass die photovoltaische Anordnung 10 insgesamt teilweise transparent ausgebildet sein kann. Dies ist wiederum besonders vorteilhaft, wenn die photovoltaische Anordnung 10 in einer Öffnung eines Fahrzeugdachs eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der photovoltaischen Anordnung 10 weist die Rückseiten-Abdeckschicht eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte auf oder besteht aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte. Bevorzugte Kunststoffe sind insbesondere Polyvinylfluoride, Polyethylenterephthalate, Polycarbonate oder PTFE.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der photovoltaischen Anordnung 10 besteht die Rückseiten-Abdeckschicht 30 aus einer Metallfolie oder weist eine Metallfolie auf. Besonders bevorzugt besteht die Rückseiten-Abdeckschicht 30 aus einer Stahlfolie oder weist eine Stahlfolie auf. Des Weiteren ist besonders bevorzugt, wenn die Rückseiten-Abdeckschicht 30 aus einer Aluminiumfolie besteht oder eine Aluminiumfolie aufweist. Diese besitzen eine Barriereeigenschaft. Damit kann eine hohe mechanische Stabilität der Rückseiten-Abdeckschicht 30 erreicht werden. Darüber hinaus ist eine gute Ableitung der Wärme von den Photovoltaikzellen 28 sowie eine gute Wärmeabgabe möglich, so dass eine Überhitzung der photovoltaischen Anordnung 10 vermieden werden kann.
  • In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen weist die Rückseiten-Abdeckschicht 30 eine Schicht mit einer Honeycomb-Struktur auf oder besteht aus einer Schicht mit einer Honeycomb-Struktur. Honeycomb-Strukturen ermöglichen eine hohe mechanische Stabilität bei einem niedrigen Gewicht. Besonders bevorzugt ist, wenn die Honeycomb-Strukturen aus einem Metall wie Aluminium bestehen. Mit Aluminium kann eine weitere Gewichtsreduzierung und eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit der Rückseiten-Abdeckschicht 30 erreicht werden. Die Wärme kann so besonders gut von den Photovoltaikzellen 28 abgeführt werden.
  • Die Kunststoffscheibe 20 ist bevorzugt aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat aufgebaut oder weist ein Polycarbonat oder ein Polymethylmethacrylat zumindest auf. Polycarbonate und Polymethylmethacrylate haben den Vorteil, dass sie ein geringes spezifisches Gewicht, eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine hohe Schlagfestigkeit und hohe Zähigkeit aufweisen. Damit kann die photovoltaische Anordnung 10 besonders leicht aufgebaut werden, eine besonders hohe Lichtdurchlässigkeit auf ihrer Vorderseite aufweisen und insgesamt eine besonders hohe Schlagfestigkeit aufweisen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die photovoltaische Anordnung 10 in einer Öffnung in einem Fahrzeugdach eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist.
  • Zwischen den Photovoltaikzellen 28 und der Rückseiten-Abdeckschicht 30 ist ein Glasvlies 32 angeordnet. Das Glasvlies 32 soll verhindern, dass die weitere Schmelzklebstoffschicht 27, die auf den Photovoltaikzellen 28 angeordnet und der Vorderseiten-Abdeckschicht 26 zugewandt ist und weiteren Schmelzklebstoffschichten 27, die zwischen der Photovoltaikzelle 28 und der Rückseiten-Abdeckschicht 30 angeordnet ist, zu trennen.
  • Zwischen den Photovoltaikzellen 28 und der Rückseiten-Abdeckschicht 30 ist eine Glasfaserschicht 34 angeordnet. Die Glasfaserschicht 34 hat den Vorteil, dass sie eine weitere mechanische Stabilisierung des Photovoltaik-Moduls 22 ermöglichen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Abdeckschichten 26, 30 als Folien ausgebildet sind.
  • Zwischen den Photovoltaikzellen 28 sind elektrische Verbindungsleitungen 36 angeordnet, mittels denen die Photovoltaikzellen 28 elektrisch miteinander verschaltet werden können.
  • Besonders bevorzugt sind die elektrischen Verbindungsleitungen 36 als Litzen oder als Flachbandleitungen ausgebildet. Besonders bevorzugt ist auch, wenn die elektrischen Verbindungsleitungen 36 in einer Schleifenform ausgebildet sind. Derartige Ausführungen der Verbindungsleitung 36 ermöglichen eine besonders gute Biegsamkeit des Photovoltaikmoduls 22 und können so ein Brechen der elektrischen Verbindungsleitung 36 zwischen den Photovoltaikzellen 28 und damit den Funktionsausfall von Teilen des Photovoltaikmoduls 22 oder des gesamten Photovoltaikmoduls 22 verhindern.
  • In 2 ist eine weitere Ausführungsform der photovoltaischen Anordnung 10 gezeigt.
  • Diese umfasst die Kunststoffscheibe 20 und das Photovoltaikmodul 22. Das Photovoltaikmodul 22 ist im Wesentlichen so wie das unter 1 beschriebene Photovoltaikmodul aufgebaut. Das Photovoltaikmodul 22 ist in dieser Ausführungsform formschlüssig in die transparente Kunststoffscheibe 20 eingebettet. Es ist so eine besonders gute langzeitstabile Verbindung zwischen dem Photovoltaikmodul 22 und der Kunststoffscheibe 20 möglich.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der photovoltaischen Anordnung 10 mit der Kunststoffscheibe 20 und dem Photovoltaikmodul 22.
  • Das Photovoltaikmodul 22 ist hierbei mit der aus einer Dünnglasplatte ausgebildeten Vorderseiten-Abdeckschicht 26, einer als Dünnschichtsolarzelle ausgebildeten Photovoltaikzelle 128 und der der Kunststoffscheibe 20 abgewandten Rückseiten-Abdeckschicht 30 ausgebildet. Die Vorderseiten-Abdeckschicht 26, die Photovoltaikzelle 128 und die Rückseiten- Abdeckschicht 30 bilden zusammen einen Schichtverbund oder ein Laminat aus. Das Photovoltaikmodul 22 ist mittels der Schmelzklebstoffschicht 24 fest mit der transparenten Kunststoffscheibe 20 gekoppelt. Die Photovoltaikzellen 128 sind in die als Dünnglasplatte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht 26 eingebracht. In einer alternativen Ausführungsform sind die Photovoltaikzellen 128 auf die Vorderseiten-Abdeckschicht 26 aufgebracht.
  • Eine Ausbildung der photovoltaischen Anordnung 10 wie in 2 dargestellt hat den Vorteil, dass eine weitere Scheibe zur rückseitigen Abdeckung des Photovoltaikmoduls 22 entfallen kann. Damit können besonders dünne und mechanisch dennoch sehr stabile photovoltaische Anordnungen 10 ausgebildet werden, die insbesondere auch in Öffnungen von Fahrzeugdächern von Kraftfahrzeugen eingebaut werden können. Dieser Aufbau ermöglicht ein besonders geringes Gewicht der photovoltaischen Anordnung 10. Darüber hinaus ist so eine besonders hohe Sicherheit für die Fahrzeuginsassen erreichbar. Die Rückseiten-Abdeckschicht 30 kann insbesondere eine Kunststofffolie aufweisen oder aus einer Kunststofffolie bestehen, so dass eine gute Abdichtung des Photovoltaikmoduls 22 zur Rückseite hin möglich ist. Mittels einer derartigen Kunststofffolie lässt sich insbesondere auch ein guter Splitterschutz erreichen. Die Kunststofffolie besteht insbesondere aus einem Polyethylenterephthalat oder einem Polyvinylfluorid oder weist ein Polyethylenterephthalat oder ein Polyvinylfluorid auf. Ist die Kunststofffolie aus Polyvinylfluorid ausgebildet oder weist diese Polyvinylfluorid auf, so kann ein besonders guter Splitterschutz für die photovoltaische Anordnung 10 erreicht werden.
  • Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die dargestellten Ausführungsformen der photovoltaischen Anordnung 10 ein besonders geringes Gesamtgewicht der photovoltaischen Anordnung 10 erreicht werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die beschriebene photovoltaischen Anordnung 10 eine sehr hohe Sicherheit für Insassen eines Kraftfahrzeugs, wenn die photovoltaische Anordnung 10 in Öffnungen von Fahrzeugdächern von Kraftfahrzeugen eingebaut ist. Dies gilt insbesondere beim Einsatz von Kunststoffen für die Abdeckschicht 30, da so eine besonders hohe Splittersicherheit erreicht werden kann. Durch die Verwendung einer Dünnglasscheibe oder mehrerer Dünnglasscheiben in dem Photovoltaikmodul 22 kann darüber hinaus erreicht werden, dass die Unterschiede der Wärmeausdehnung der Photovoltaikzellen 28 und der Abdeckschichten 26, 30 gering sind, so dass eine Lebensdauer der photovoltaischen Anordnung 10 erreicht werden kann, die mindestens der Lebensdauer des Fahrzeugs entspricht. Durch den Einsatz von Metallfolien oder Metallplatten für die Rückseiten-Abdeckschicht 30, insbesondere wenn das Metall ein Stahl oder Aluminium ist, kann darüber hinaus erreicht werden, dass die in den Photovoltaikzellen 28 entstehende Wärme gut nach außen abgeleitet werden kann.
  • Im Folgenden soll das Verfahren zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung 10 dargestellt werden.
  • Zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung 10 der 1 werden in einem ersten Schritt die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26, die Photovoltaikzellen 28 mit den Verbindungsleitungen 36, das Glasvlies 32, die Glasfaserschicht 34 und die Rückseiten-Abdeckschicht 30 mittels der Schmelzklebstoffschichten 27 miteinander laminiert. Dabei wird das Photovoltaik-Modul 22 als Schichtverbund ausgebildet. Das Lami nieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 150°C und einem Druck von 1 bis 15 bar durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird das Photovoltaik-Modul 22 mittels der Schmelzklebstoffschicht 24 und Andrücken an die Kunststoffscheibe 20 in einer Pfeilrichtung R mit der transparenten Kunststoffscheibe 20 fest verbunden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der das Photovoltaik-Modul 22 vorab einheitlich als Schichtverbund ausgebildet werden kann, und dann auf die abhängig vom Anwendungsfall geeignete transparente Kunststoffscheibe 20 aufgebracht werden kann.
  • Zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung 10 der 2 werden in einem ersten Schritt die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26, die Photovoltaikzellen 28 mit den elektrischen Verbindungsleitungen 36, das Glasvlies 32, die Glasfaserschicht 34 und die Rückseiten-Abdeckschicht 30 mittels der Schmelzklebstoffschichten 27 miteinander laminiert. Das Laminieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 150°C und einem Druck von 1 bis 15 bar durchgeführt. Dabei wird das Photovoltaik-Modul 22 als Schichtverbund ausgebildet. In einem zweiten Schritt wird das Photovoltaik-Modul 22 mittels eines Spritzverfahrens mit einem geeigneten Kunststoff wie einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat umspritzt und so unter Ausbildung der transparenten Kunststoffscheibe 20 formschlüssig in diese eingebettet.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann auch nur eine Teilmenge der angegebenen Komponenten miteinander zu dem Schichtverbund laminiert werden. Insbesondere kann in bevorzugten Ausführungsformen das Photovoltaik-Modul 22 ohne das Glasvlies 32, die Glasfaserschicht 34 und die diesen zugeordneten Schmelzklebstoffschichten 27 ausgebildet werden.
  • Zur Herstellung der photovoltaischen Anordnung 10 der 3 werden entsprechend der Herstellung der photovoltaischen Anordnung 10 der 1 in einem ersten Schritt die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht 26 mit den als Dünnschichtsolarzellen ausgebildeten Photovoltaikzellen 128 und den Verbindungsleitungen 36 und die Rückseiten-Abdeckschicht 30 mittels der Schmelzklebstoffschicht 27 miteinander laminiert und so das Photovoltaik-Modul 22 als Schichtverbund ausgebildet. Das Laminieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 150°C und einem Druck von 1 bis 15 bar durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird das Photovoltaik-Modul 22 mittels der Schmelzklebstoffschicht 24 mit der transparenten Kunststoffscheibe 20 fest verbunden.
  • Bei der Anordnung gemäß der 4 ist eine Kunststoffschicht, insbesondere Polycarbonatschicht vorgesehen, die gleichzeitig eine tragende Funktion aufweist. Ein Solarverbund 42 wird dabei auf die Polycarbonatscheibe 41 oder eine andere Kunststoffscheibe aufgebracht. Die Polycarbonatscheibe 41 dient dadurch als transparenter Träger und wird in dieser Funktion auch Superstrat genannt.
  • Bei der Ausführung gemäß 5 ist die Polycarbonatschicht 41 wesentlich dünner ausgeführt, so dass eine zusätzliche Trägerschicht 43 verwendet werden muss. Diese ist auf der Unterseite der Anordnung angeordnet, so dass der Solarverbund 42 zwischen der Polycarbonatschicht 41 und der Trägerschicht 43 angeordnet ist. Als Trägerschicht 43 kann ein so genanntes Compound-Spray-Moulding, kurz CSM verwendet werden, oder auch eine Honey-Comb-Struktur, zu deutsch Honigwabenstruktur. Die Trägerschicht wird in dieser Funktion, in der sie nicht transparent sein muss, Substrat genannt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es insbesondere möglich, die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, so dass auch derartige Anordnungen von der Erfindung umfasst sind.
    • 10
    Photovoltaische Anordnung
    20
    Kunststoffscheibe
    22
    Photovoltaik-Modul
    24
    Schmelzklebstoffschicht
    26
    Vorderseiten-Abdeckschicht
    27
    weitere Schmelzklebstoffschichten
    28, 128
    Photovoltaikzelle
    30
    Rückseiten-Abdeckschicht
    32
    Glasvlies
    34
    Glasfaserschicht
    36
    elektrische Verbindungsleitungen
    41
    Kunststoffschicht
    42
    Solarverbund
    43
    Träger
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10101770 A1 [0002]
    • - DE 20220444 U1 [0003]

Claims (19)

  1. Photovoltaische Anordnung (10), mit – einer transparenten Kunststoffschicht (20), und – einem auf einer Seite der transparenten Kunststoffschicht (20) angeordneten Photovoltaik-Modul (22), wobei das Photovoltaik-Modul (22) mindestens eine Photovoltaikzelle (28) aufweist, die zwischen einer der transparenten Kunststoffschicht (20) zugewandten transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht (26) und einer der Kunststoffschicht (20) abgewandten Rückseiten-Abdeckschicht (30) angeordnet ist, wobei die transparente Vorderseiten-Abdeckschicht (26), die Photovoltaikzelle (28) und die Rückseiten-Abdeckschicht (30) zusammen als Schichtverbund ausgebildet sind und das Photovoltaik-Modul (22) fest mit der transparenten Kunststoffschicht (20) gekoppelt ist.
  2. Photovoltaische Anordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (20) ein Polycarbonat oder ein Polymethylmethacrylat aufweist oder aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat besteht.
  3. Photovoltaische Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaik-Modul (22) mittels einer Schmelzklebstoffschicht (24) oder eines anderen transparenten Kunststoffs mit der transparenten Kunststoffschicht (20) gekoppelt ist.
  4. Photovoltaische Anordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzklebstoffschicht (24) aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe aus Ethyl-Vinylacetat und thermoplastischen Polyurethanen ausgewählt ist.
  5. Photovoltaische Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaik-Modul (22) formschlüssig in die transparente Kunststoffschicht (20) eingebettet ist.
  6. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseiten-Abdeckschicht (26) eine Dünnglas-Platte aufweist oder aus einer Dünnglas-Platte besteht.
  7. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseiten-Abdeckschicht (26) eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte aufweist oder aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte besteht.
  8. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten-Abdeckschicht (30) eine Dünnglas-Platte aufweist oder aus einer Dünnglas-Platte besteht.
  9. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten-Abdeckschicht (30) eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte aufweist oder aus einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffplatte besteht.
  10. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rück seiten-Abdeckschicht (30) eine Metallfolie aufweist oder aus einer Metallfolie besteht.
  11. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten-Abdeckschicht (30) eine Schicht mit einer Honeycomb-Struktur aufweist oder aus einer Schicht mit einer Honeycomb-Struktur besteht.
  12. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Photovoltaikzelle (28) und der Rückseiten-Abdeckschicht (30) eine Glasfaserschicht (34) angeordnet ist.
  13. Photovoltaische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaik-Modul (22) mehrere Photovoltaikzellen (28) aufweist, und zwischen den Photovoltaikzellen (28) elektrische Verbindungsleitungen (36) angeordnet sind, und die elektrischen Verbindungsleitungen (36) als Litzen, als Flachbandleitungen und/oder in einer Schleifenform ausgebildet sind.
  14. Photovoltaische Anordnung (10), mit – einer transparenten Kunststoffschicht (20), und – einem auf einer Seite der transparenten Kunststoffschicht (20) angeordneten Photovoltaik-Modul (22), wobei das Photovoltaik-Modul (22) eine als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht (26) und eine als Dünnschichtsolarzelle ausgebildete Photovoltaikzelle (128) aufweist, und die Photovoltaikzelle (128) in die als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht (26) Vorderseiten-Abdeckschicht (26) eingebracht oder auf die als Dünnglas-Platte ausgebildete Vorderseiten-Abdeckschicht (26) aufgebracht ist, und eine der Kunststoffschicht (20) abgewandte Rückseiten-Abdeckschicht (30) aufweist, wobei die Vorderseiten-Abdeckschicht (26), die Photovoltaikzelle (128) und die Rückseiten-Abdeckschicht (30) zusammen als Schichtverbund ausgebildet sind und das Photovoltaik-Modul (22) fest mit der transparenten Kunststoffschicht (20) gekoppelt ist.
  15. Photovoltaische Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite ein Substrat angeordnet ist oder die transparente Schicht als Substrat ausgebildet ist.
  16. Photovoltaische Anordnung (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten-Abdeckschicht (30) eine Kunststofffolie aufweist oder aus einer Kunststofffolie besteht.
  17. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Anordnung (10), bei dem – zuerst durch ein Laminieren einer transparenten Vorderseiten-Abdeckschicht (26), einer Photovoltaikzelle (28) und einer Rückseiten-Abdeckschicht (30) ein Photovoltaik-Modul (22) als Schichtverbund ausgebildet wird, und – anschließend das Photovoltaik-Modul (22) mit einer transparenten Kunststoffschicht (20) fest verbunden wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Photovoltaik-Modul (22) mittels einer Schmelzklebstoffschicht (24) mit der transparenten Kunststoffschicht (20) fest verbunden wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Photovoltaik-Modul (22) mittels eines Spritzverfahrens formschlüssig in die transparente Kunststoffschicht (20) eingebettet wird.
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