DE102011052702A1

DE102011052702A1 - Solarmodul

Info

Publication number: DE102011052702A1
Application number: DE102011052702A
Authority: DE
Inventors: Hans Thoma; Patrick Thoma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-13
Filing date: 2011-08-13
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft Solarmodul (1) mit: – einer Deckschicht (2) aus Glas; – einer Mehrzahl von in Reihen angeordneten Solarzellen (6), wobei die einzelnen Solarzellen (6) durch Zellenlücken (A) räumlich voneinander getrennt sind; und – mindestens einer optischen Linse (9), die im Bereich mindestens einer der Zellenlücken (A) zwischen der Deckschicht (2) und den Solarzellen (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul.
Solarmodule, auch Photovoltaikmodule oder im Folgenden kurz „Module“ genannt, dienen zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Herkömmliche Solarmodule weisen hierbei folgenden Schichtaufbau auf, beginnend mit der der Sonne zugewandten Seite: eine Deckschicht aus Glas, eine Schmelzfolie, Solarzellen, eine weitere Schmelzfolie, eine Rückseitenfolie. Zur Fixierung der einzelnen Bestandteile und zur Befestigung an einer Stützkonstruktion kann ein das Solarmodul umfassender Rahmen, der aus Profilelementen besteht, vorgesehen sein.
Zwischen dem Rahmen und den Solarzellen sowie zwischen den einzelnen Solarzellen sind jeweils Zwischenräume vorhanden, da ansonsten keine Anschlusselektrik Platz finden würde und der Kontakt einzelner Zellen zu einem Kurzschluss führen würde. Die im Bereich dieser Zwischenräume einfallende Sonnenstrahlung kann in herkömmlichen Solarmodulen nicht zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Die Energieeffizienz der Solarmodule ist entsprechend gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarmodul mit gesteigerter Energieeffizienz anzubieten.
Diese Aufgabe durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im Weiteren wird die während des Betriebs der Sonne zugewandte Seite des Solarmoduls auch als „Vorderseite“ bzw. „vorderseitig“ und die der Sonne abgewandte Seite des Solarmoduls als „Rückseite“ bzw. „rückseitig“ bezeichnet.
Erfindungsgemäß besitzt das Solarmodul eine Deckschicht aus Glas, eine Mehrzahl von in Reihen angeordneten Solarzellen, wobei die einzelnen Solarzellen durch Zellenlücken räumlich voneinander getrennt sind, und mindestens eine optische Linse, die im Bereich mindestens einer der Zellenlücken zwischen der Deckschicht und den Solarzellen angeordnet ist.
Die Zellenlücken stellen dabei die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Solarzellen dar.
Durch die optische Linse können Sonnenstrahlen, die durch die Deckschicht einstrahlen, abgelenkt werden. Insbesondere ist es durch entsprechende Einstellung der Linsenparametern (Brennweite, Linsenradius, Mittendicke, Brechungsindex, Abstand der Linse zu den Solarzellen) möglich, Sonnenstrahlen, die im Bereich von Zellenlücken auf die Deckschicht treffen und die daher in herkömmlichen Solarmodulen nicht zur Energiegewinnung genutzt werden können, in Richtung hin zu Solarzellen abzulenken. Treffen diese Sonnenstrahlen durch die Ablenkung auf eine Solarzelle auf, erhöht sich der Betrag der Energieerzeugung dieser Solarzelle entsprechend. Damit steigt die Energieeffizienz des Solarmoduls.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul ferner einen aus Profilelementen bestehenden Rahmen, der die Solarzellen und die Deckschicht seitlich umgibt, auf, wobei die Profilelemente und die Solarzellen durch Randlücken räumlich voneinander getrennt sind. Mindestens eine weitere optische Linse ist hierbei im Bereich mindestens einer der Randlücken zwischen der Deckschicht und den Solarzellen angeordnet. Auf diese Weise können Sonnstrahlen, die im Bereich der Randlücke – d.h. im Zwischenraum zwischen Rahmen und dem seitlichen Ende der Solarzellen – auftreffende Sonnenstrahlen in Richtung Solarzellen abgelenkt werden. Treffen diese Sonnenstrahlen durch die Ablenkung auf eine Solarzelle auf, erhöht sich die Energieeffizienz des Solarmoduls weiter.
In vorteilhafter Weise besitzen die optische Linse und/oder die weitere optische Linse eine derartige Brennweite, dass aus Richtung der Deckschicht einfallende Lichtstrahlen in Richtung benachbart zur optischen Linse gelegener Solarzellen bzw. benachbart zur weiteren optischen Linse gelegener Solarzellen abgelenkt werden. Als vorteilhaft hat sich hierbei die Ausgestaltung der optische Linse und/oder der weiteren optischen Linse, als konkave Linse herausgestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die optische Linse einen achsensymmetrischen Querschnitt auf. Dadurch werden einstrahlende Sonnenstrahlen zu gleichen Teilen auf die benachbart liegenden Solarzellen abgelenkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die weitere optische Linse einen asymmetrischen Querschnitt aufweist. Insbesondere kann der Querschnitt der weiteren optischen Linse derart gestaltet sein, dass eine Ablenkung eines Großteils der eintreffenden Sonnenstrahlen weg vom Rahmen hin zur angrenzenden Solarzelle erfolgt.
In vorteilhafter Weise erstrecken sich langgestreckte optische Linsen über sämtliche Bereiche der Zellenlücken und langgestreckte weitere optische Linsen über sämtliche Bereiche der Randlücken. Dadurch werden Sonnenstrahlen, die in diesen Zwischenräumen auftreffen, großflächig in Richtung von Solarzellen abgelenkt. Entsprechend groß ist der Anstieg der Energieeffizienz im Vergleich zu Solarmodulen, in denen keine Ablenkung der in den Zwischenräumen einfallenden Sonnenstrahlen erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die optische Linse und/oder die weitere optische Linse in eine Folie integriert, welche vollflächig zwischen der Deckschicht und den Solarzellen angeordnet ist. In besonders vorteilhafter Weise sind die optische Linse und/oder die weitere optische Linse hierbei einstückig mit der Folie ausgebildet und/oder bilden einen integralen Bestandteil der Folie. Insbesondere können die optische Linse und/oder die weitere optische Linse laserstrukturierte Bereiche der Folie sein. Dadurch ist das Solarmodul einfach und kostengünstig herstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Folie in eine Schmelzfolie, insbesondere zwischen einer ersten, vorderseitigen Schmelzfolie und einer zweiten, rückseitigen Schmelzfolie eingebettet. Dadurch wird ein kompaktes und robustes Solarmodul bereitgestellt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch und ausschnittsweise,
1 eine erste Ausführungsform des Solarmoduls;
2 einen vergrößerten Detailausschnitt aus 1 mit schematisch eingezeichneten Sonnenstrahlen;
3 einen weiteren vergrößerten Detailausschnitt aus 1 mit schematisch eingezeichneten Sonnenstrahlen;
4 eine Draufsicht auf das Solarmodul aus 1. Die Dicke der einzelnen Schichten ist in den Zeichnungsfiguren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstabsgetreu abgebildet.
1 zeigt eine erste Ausführungsform des Solarmoduls 1. Das Solarmodul 1 weist eine Deckschicht 2, eine erste Schmelzfolie 3, eine lasertrukturierbare Folie 4, eine zweite Schmelzfolie 5, Solarzellen 6 sowie eine Rückseitenkaschierung 7 auf.
Während des Betriebes des Solarmoduls 1 ist die Deckschicht 2 der Sonne zugewandt. Die an die Decksicht anschließende erste Schmelzfolie 3 und die zweite Schmelzfolie 5 können Folien aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder eine Silikonfolie sein. Zwischen der ersten Schmelzfolie 3 und der zweiten Schmelzfolie 5 ist die laserstrukturierbare Folie 4 eingebettet. Die zweite Schmelzfolie 5 bedeckt eine Schicht von Solarzellen 6. Auf der der Deckschicht 2 abgewandten Seite der Solarzellen 6 ist die Rückseitenkaschierung 7 angebracht. Am seitlichen Rand des Solarmoduls 1 ist ein Profilelement 8 angebracht. Das Profilelement 8 ist Teil des Rahmens und dient zur Stabilisierung und zur Befestigung des Solarmoduls 1 an einer Tragkonstruktion.
Zwischen zwei benachbarten Solarzellen 6 befindet sich jeweils eine Zellenlücke A. Zwischen dem Profilelement 8 und der Solarzelle 6 befindet sich die Randlücke B. Mit anderen Worten sind die Solarzellen durch die Zellenlücke A räumlich voneinander getrennt und die Randlücke B trennt das Profilelement 8 räumlich von der Solarzelle 6. Die Zellenlücke A sowie die Randlücke B sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Rückseitenkaschierung 7 gefüllt. Die laserstrukturierbare Folie 4 weist in Bereichen der Zellenlücken A jeweils eine optische Linse 9 auf. Die optische Linse 9 ist als achssymmetrische, bikonkave Linse ausgebildet. Des Weiteren weist die laserstrukturierbare Folie 4 im Bereich der Randlücke B eine weitere optische Linse 10 auf. Die weitere optische Linse 10 ist ebenfalls als bikonkave Linse ausgebildet, weist jedoch einen asymmetrischen Querschnitt auf. Ihre Form erhielten die optische Linse 9 und die weitere optische Linse 10 durch eine Laserstrukturierung der Folie 4.
2 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt aus 1 mit schematisch eingezeichneten Sonnenstrahlen S1 und S2. Die Sonnenstrahlen S1, S2 treffen im Bereich einer Zellenlücke A auf der Vorderseite der Deckschicht 2 auf und durchqueren die Deckschicht 2 ohne wesentlich Ablenkung. Die optische Linse 9 besitzt eine Brennweite, sodass die Sonnenstrahlen S1, S2 in Richtung benachbart zur optischen Linse 9 gelegener Solarzellen 6 abgelenkt werden. Insbesondere wird der Sonnenstrahl S1 in Richtung der in 2 links dargestellten Solarzelle 6 abgelenkt und der Sonnenstrahl S2 in Richtung der in 2 rechts dargestellten Solarzelle 6 abgelenkt.
3 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt aus 1 mit schematisch eingezeichneten Sonnenstrahlen S3 bis S5. Die Sonnenstrahlen S3, S4 und S5 treffen im Bereich einer Randlücke B auf der Vorderseite der Deckschicht 2 auf und durchqueren die Deckschicht 2 ohne wesentlich Ablenkung. Die weitere optische Linse 10 beisitzt eine Brennweite, sodass die Sonnenstrahlen S3, S4, S5 in Richtung der benachbart zur weiteren optischen Linse 10 gelegenen Solarzellen 6 abgelenkt werden.
4 zeigt eine Draufsicht auf das Solarmodul 1, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen die Deckschicht 2 sowie die erste Schmelzschicht 3 und zweite Schmelzschicht 5 nicht dargestellt sind.
Die Solarzellen 6 sind insgesamt in drei Reihen zu je fünf Stück angeordnet. Im Allgemeinen sind die Anzahl der Reihen und die Stückzahl pro Reihe jedoch beliebig. Ein aus Profilelementen 8 bestehender Rahmen umgibt die Solarzellen 6. Die Solarzellen 6 sind räumlich voneinander durch die Zellenlücken A (in 4 nicht mit Bezugszeichen versehen) getrennt. Ferner ist das Profilelement 8 durch die Randlücke B (in 4 nicht mit Bezugszeichen versehen) räumlich von den Solarzellen 6 getrennt. Im Bereich der Zellenlücken A befinden sich die optischen Linsen 9 und im Bereich der Randlücken B befinden sich die weiteren optischen Linsen 10. Die optischen Linsen 9 sind dabei als langgestreckte optische Linsen ausgebildet und erstrecken sich über sämtliche Bereiche der Zellenlücken A. Die weiteren optischen Linsen 10 sind ebenfalls als langgestreckte Linsen ausgebildet und erstrecken sich über sämtliche Bereiche der Randlücken B.
Bezugszeichenliste

1: Solarmodul
2: Deckschicht
3: erste Schmelzfolie
4: laserstrukturierbare Folie
5: zweite Schmelzfolie
6: Solarzellen
7: Rückseitenkaschierung
8: Profilelement
9: optische Linse
10: weitere optische Linse
A: Zellenlücke
B: Randlücke
S1-S5: Sonnenstrahlen

Claims

Solarmodul (1) mit: – einer Deckschicht (2) aus Glas; – einer Mehrzahl von in Reihen angeordneten Solarzellen (6), wobei die einzelnen Solarzellen (6) durch Zellenlücken (A) räumlich voneinander getrennt sind; und – mindestens einer optischen Linse (9), die im Bereich mindestens einer der Zellenlücken (A) zwischen der Deckschicht (2) und den Solarzellen (6) angeordnet ist.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem aus Profilelementen (8) bestehenden Rahmen, der die Solarzellen (6) und die Deckschicht (2) seitlich umgibt, wobei die Profilelemente (8) und die Solarzellen (6) durch Randlücken (B) räumlich voneinander getrennt sind, und wobei mindestens eine weitere optischen Linse (10) im Bereich mindestens einer der Randlücken (B) zwischen der Deckschicht (2) und den Solarzellen (6) angeordnet ist.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Linse (9) und/oder die weitere optische Linse (10) eine derartige Brennweite besitzen, dass aus Richtung der Deckschicht einfallende Lichtstrahlen (S1, S2, S3, S4, S5) in Richtung benachbart zur optischen Linse (9) bzw. zur weiteren optischen Linse (10) gelegener Solarzellen (6) abgelenkt werden.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Linse (9) einen achsensymmetrischen Querschnitt aufweist.
Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die weitere optische Linse (10) einen asymmetrischen Querschnitt aufweist.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Linse (9) und falls zurückbezogen auf Anspruch 2, ebenfalls die weitere optische Linse (10), als konkave Linse ausgebildet sind.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich langgestreckte optische Linsen (9) über sämtliche Bereiche der Zellenlücken (A) erstrecken und wobei, falls rückbezogen auf Anspruch 2, sich langgestreckte weitere optische Linsen (10) über sämtliche Bereiche der Randlücken (B) erstrecken.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Linse (9) und falls zurückbezogen auf Anspruch 2 die weitere optische Linse (10), in eine Folie (4) integriert sind, welche vollflächig zwischen der Deckschicht (2) und den Solarzellen (6) angeordnet ist.
Solarmodul (1) nach Anspruch 8, wobei die optische Linse (9) und falls zurückbezogen auf Anspruch 2 die weitere optische Linse (10), laserstrukturierte Bereiche der Folie (4) sind.
Solarmodul (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Folie (4) in eine Schmelzfolie (3, 5), insbesondere zwischen einer ersten Schmelzfolie (3) und einer zweiten Schmelzfolie (5), eingebettet ist.