-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul zur Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenenergie, auch photovoltaisches Modul oder photovoltaisches Solarmodul genannt, das ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässiges Bauteil aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässiges Bauteil des Solarmoduls sowie ein Herstellungsverfahren desselben.
-
Sonnenenergie beziehungsweise Sonnenlicht ist eine erneuerbare, natürliche und prinzipiell überall verfügbare Energiequelle, deren Nutzung in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen hat. Die photovoltaische Energieumwandlung findet mit Hilfe von Solarzellen statt, die in so genannten Solarmodulen verbaut werden, also in anschlussfähige Montageeinheiten aus einer Mehrzahl miteinander verschalteter photovoltaischer Solarzellen. Die Solarmodule wiederum können zusammengesetzt in Photovoltaikanlagen verwendet werden, die ihren Einsatz auf verschiedenste Weise finden, so zum Beispiel auf Gebäudedächern, als Fassaden oder als Freilandanlagen. Die dabei erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort direkt genutzt, vorübergehend in Akkumulatoren gespeichert oder auch in Stromnetze eingespeist werden. Derartige Anlagen zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie sind unter anderem mit Unterstützung durch staatliche Subventionen in vielen europäischen Ländern binnen weniger Jahre in nennenswertem Umfang zu Stromproduzenten geworden, und zugleich hat sich mit ihnen ein wichtiger Hochtechnologie-Markt etabliert. Infolge des Entstehens von Fertigungsstätten in Niedriglohnländern sowie der Zurückführung der staatlichen Förderung unterliegt der gesamte Markt und somit auch die Herstellung von Solarmodulen jedoch einem zunehmendem Effizienz- und Preisdruck.
-
Um die Effizienz beziehungsweise die Wirtschaftlichkeit von Solarmodulen zu erhöhen, erfahren Solarmodule eine dauerhafte Weiterentwicklung. Im Zuge dieser Weiterentwicklung wird beispielsweise gemäß dem Stand der Technik in der
US 2011/0155213 A1 ein Solarmodul vorgeschlagen, mit dem es möglich ist, eine Umwandlung des einfallenden Wellenlängenspektrums durchzuführen, so dass bisher nicht nutzbare Teile des Wellenlängenspektrums in nutzbare Wellenlängen umgewandelt und diese von dem Solarmodul in Elektrizität umgewandelt werden. Ein derartiges Solarmodul umfasst unter anderem eine Schicht, die die Wellenlänge von einfallender Strahlung mit einer nicht nutzbaren Wellenlänge, also einer Wellenlänge im nicht sichtbaren Bereich, in Strahlen mit einer von Solarzellen umsetzbaren Wellenlänge umwandelt, also in Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich. Um die umgewandelten Lichtstrahlen zuverlässig auf Solarzellen des Solarmoduls lenken zu können, kann bei dem vorgeschlagenen Solarmodul eine reflektierende Schicht vorgesehen sein, die verhindern soll, dass das umgewandelte Licht das Solarmodul ungenutzt wieder verlässt.
-
Trotz der bereits bekannten Weiterentwicklungen ist es nach wie vor notwendig, die Wirtschaftlichkeit von Solarmodulen, insbesondere die Strahlungsausbeute von Solarmodulen weiter zu erhöhen, um eine vernünftige Alternative zu bisher bekannten Stromquellen zu liefern.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Solarmodul bereitgestellt, das eine Lösung für die vorhergehend diskutierten Probleme bietet. Das erfindungsgemäße Solarmodul hat ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässiges Bauteil, vorzugsweise an dessen Oberfläche, und zumindest eine erste Solarzelle und eine zweite Solarzelle mit photoaktiven Solarzellenflächen, die dem zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteil zugewandt angeordnet sind, das heißt dass deren Oberflächen also einander zugewandt sind. Die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils, auch als der Sonne abgewandte Bauteilrückseite bezeichnet, ist dabei zumindest teilweise strukturiert beziehungsweise mit einer Oberflächenstrukturierung versehen, wie zum Beispiel einer abwechselnden Anordnung von Vertiefungen und Erhöhungen. Ferner ist zumindest ein Bereich der Rückseite des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils, der keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegt, und/oder zumindest ein Bereich der der Rückseite des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils, der keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegt, mit einer Beschichtung versehen, die in das Bauteil einfallende Strahlung reflektiert.
-
Als Solarzellen sind aus der Praxis unter anderem mono- und polykristalline Siliziumzellen, amorphe Siliziumzellen und Dünnschichtsolarzellen aus Cadmiumtellurid sowie Kupfer-Iridum-(Gallium)-Diselenid bekannt. Aufgrund der höheren Ausbeute gegenüber den anderen Solarzellen-Typen dominieren in diesem Markt nach wie vor mono- oder polykristalline Solarzellen auf Silizium-Basis, wie sie auch bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt zum Einsatz kommen.
-
Unter einer sogenannten photoaktiven Solarzellenfläche einer derartigen Solarzelle ist eine Oberfläche der photoaktiven Schicht der Solarzelle zu verstehen, auf der die in Elektrizität umzuwandelnde Strahlen, üblicherweise Sonnenlichtstrahlen, auftreffen und von der Solarzelle absorbiert werden. Die photoaktive Schicht einer beispielsweise mono- oder polykristallinen Silizium-Solarzelle besteht aus einem Silizium-Halbleitermaterial, bei dem die Elektronenpaarbindungen des Silizium-Halbleiterkristalls bei höheren Temperaturen, beispielsweise durch Sonnenlichtbestrahlung aufgebrochen werden können, wodurch Elektronen freigesetzt werden, die die Grundlage der Eigenleitung des Silizium-Halbleiters bilden. Die photoaktive Solarzellenfläche einer Solarzelle muss demnach vom Sonnenlicht ungehindert beziehungsweise ohne strahlungsabsorbierende Abdeckung bestrahlt werden können, um dessen elektrizitätsgenerierenden Effekt zu erzielen.
-
Die in das zumindest teilweise strahlungsdurchlässige Bauteil einfallende Strahlung ist demnach eine die Eigenleitung der photoaktiven Schicht der Solarzelle auslösende Strahlung, also eine die photoaktive Schicht erwärmende Strahlung. Vorzugsweise wird dazu Sonnenstrahlung verwendet, weiter vorzugsweise kurzwellige Sonnenstrahlung im optisch erfassbaren Wellenlängenspektrum, sogenanntes Sonnenlicht. Jede andere Art von die photoaktive Schicht erwärmender Strahlung ist jedoch ebenso nutzbar.
-
Das zumindest teilweise strahlungsdurchlässige Bauteil ist vorzugsweise eine Platte oder eine Scheibe, die zumindest teilweise, vorzugsweise größtenteils, weiter vorzugsweise vollständig aus für Solarmodule verwendbarem Deckglas besteht, wie zum Beispiel Solarglas oder dergleichen, das unter anderem die günstige Eigenschaft hat, viel energiereiche Strahlung in das Solarmodul einfallen zu lassen. Eine weitere günstige Eigenschaft von Solarglas ist die Bruchfestigkeit gegenüber Hagel und Schneelast, die bei möglichst geringer Scheibendicke erreicht wird, was beim Einsatz in Photovoltaikanlagen einen entscheidenden Vorteil darstellt.
-
Unter dem Begriff „einfallende Strahlung” ist dabei jede Strahlung gemeint, die mit einem Einfallwinkel zwischen 0° und 90° auf die Glasoberfläche auftrifft, vorzugsweise unter einem Einfallwinkel zwischen 60° und 90°. Mit einem Reflektieren der einfallenden Strahlung, was erfindungsgemäß bedingt durch die reflektierende Beschichtung innerhalb des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils auftritt, ist ein Zurückwerfen der einfallenden Strahlungswellen gemeint. Damit wird ein Hindurchtreten der einfallenden Strahlung durch das Bauteil an Bereichen verhindert, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegen, die also ungenützt an den Solarzellen vorbeitritt, beispielsweise durch einen Spalt zwischen den angeordneten Solarzellen in dem Solarmodul hindurch, und anschließend von anderen Bauteilen absorbiert werden kann, ohne einen Nutzen für die Elektrizitätsgewinnung zu haben. Zudem wird damit ein Hindurchtreten der einfallenden Strahlung durch das Bauteil an Bereichen verhindert, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegen, also vor einem Auftreffen der einfallenden Strahlung auf eine photoaktive Solarzellenfläche durch ein anderes Bauteil oder dergleichen absorbiert wird, beispielsweise durch einen Solarzellenverbinder, auch Zellverbinder genannt, oder durch üblicherweise im Siebdruckverfahren aufgetragene Sammler für die Stromabführung, sogenannte Grid-Finger oder Bus-Bars. Um dies zu erreichen ist die Innenseite des Deckglases des Solarmoduls an allen Bereichen, unter denen keine photoaktive Solarzellenfläche liegt, mit einem internen Reflektor beziehungsweise einem innen vorgesehenen Rückreflektor ausgestattet, wodurch der Herstellungsprozess als auch das Moduldesign des Solarmoduls beeinflusst werden. Folglich kann ein in der Herstellung deutlich günstigeres Solarmodul als bei bisher zur Anwendung kommenden Solarmodul-Designs mit internen Reflektoren erreicht werden.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegeben Solarmoduls möglich.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Solarmoduls ist die Strukturierung der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils durchgehend, also auf der gesamten, den Solarzellen zugewandten Oberfläche des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils aufzufinden. Eine Fertigung des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils wird dadurch erleichtert. Die Strukturierung des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils ist vorzugsweise eine Grabenstruktur, die in das Deckglas eingearbeitet ist, das heißt eine Struktur, bei der Gräben beziehungsweise kanalartige Vertiefungen, vorzugsweise in Form von Dreiecken oder U-förmigen Einbuchtungen, und Dämme beziehungsweise buckelartige Erhöhungen parallel zueinander in der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils angeordnet sind und sich abwechseln. Die Grabenstruktur kann dabei in einer horizontalen Ebene linear, in Wellenform, in Zick-Zack-Form oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner zeigt die Grabenstruktur in einer vertikalen Erstreckung vorzugsweise die Form von pyramidenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen, also Vertiefungen beziehungsweise Erhöhungen, die in Form eines gleichschenkligen Dreiecks in der Rückseite des Bauteils vorgesehen sind. Die Strukturierung des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils ist weiter vorzugsweise eine Mikrostrukturierung mit einer bevorzugten Strukturtiefe von 10–100 μm, weiter bevorzugt 10–50 μm. Eine optimale Strukturtiefe sowie ein optimaler Winkel am Fuß des Grabens beziehungsweise ein optimaler Dachwinkel können beispielweise durch ein Raytracing-Programm oder dergleichen ermittelt und später umgesetzt werden, wobei auch die Lage der Gräben zu den Zellen unter Berücksichtigung des Modulwinkels beziehungsweise der Modulmontage etc. optimiert werden kann. Bei der Optimierung spielt unter anderem auch die Lichtbrechung an der Glas-Luft-Grenzfläche eine Rolle, und es kann bei größeren Einfallswinkeln des Lichts auch zu Mehrfachreflexionen in der Struktur kommen. Die Strukturierung in der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Bauteils wird vorzugsweise durch zumindest eine Formgebungswalze bei der Glasherstellung des Deckglases in dieses eingebracht.
-
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Solarmoduls kann die Beschichtung der keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegenden Bereiche beziehungsweise der keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegenden Bereiche der den Solarzellen zugewandten Bauteiloberfläche eine Farbbeschichtung oder eine metallische Beschichtung sein, durch die eine Reflexion der einfallenden Strahlung ermöglicht wird. Eine Farbbeschichtung wird vorzugsweise durch ein Tintenstrahldruck- oder Farbdispenseverfahren oder ein dazu ähnliches Verfahren auf die Bauteiloberfläche aufgebracht, vorzugsweise eine weiße Farbbeschichtung. Je nach gewünschtem Design sind auch andere Farben denkbar, wobei dabei eventuell eine schlechtere Leistung durch verschlechterte Reflexionseigenschaften in Kauf zu nehmen ist. Eine metallische Beschichtung im Sinne der Erfindung ist eine Metallisierung, mit der die Bauteiloberfläche beschichtet ist, vorzugsweise eine Beschichtung aus Aluminium. Neben den gewünschten Reflexionseffekten dienen die beschichteten Bereiche, sofern sie innenliegende Bauteile überdecken, auch der Verbesserung der visuellen Erscheinung des Solarmoduls. Ablagetoleranzen der innenliegenden Bauteile können auf diese Weise ebenfalls bis zu einem gewissen Maß kaschiert werden.
-
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Solarmoduls sind die Solarzellen in einer Einbettung angeordnet, die an der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Bauteils angrenzt ist und vorzugsweise mit dieser verbunden ist. Durch diese möglichst stoffschlüssige Verbindung der Einbettung mit der Bauteiloberfläche, die unter anderem durch Schmelzen der Einbettung um die Solarzellen und an der Bauteiloberfläche erzielt werden kann, wird vorzugsweise erreicht, dass keine Luft oder dergleichen zwischen der Einbettung und der Bauteiloberfläche verbleibt. Die Solarzellen sind durch die Einbettung in einem vorbestimmten Abstand von der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteils angeordnet, wobei die Einbettung beziehungsweise das Einbettungsmaterial die Solarzellen fest an Ort und Stelle hält. Die Einbettung besteht vorzugsweise aus einem strahlungsdurchlässigen Puffermaterial, insbesondere einem lichtdurchlässigen Material, wie zum Beispiel Ethylenvinylacetat (EVA) in Folienform mit einer Multi-Folien-Anordnung, vorzugsweise mit zwei EVA-Folien, oder dergleichen. Dabei ist darauf zu achten, dass eine grundsätzliche Verträglichkeit zwischen dem Einbettungsmaterial und dem Material der Beschichtung besteht. Weiter vorzugsweise sind der Brechungsindex des Bauteils und der Brechungsindex der Einbettung identisch. Das bedeutet, dass bei Verwendung eines Solarglases als Bauteil und von EVA als Einbettungsmasse der Brechungsindex beider Komponenten gleich ist, beispielsweise mit dem Brechungsindexwert n = 1,53.
-
Das erfindungsgemäße Solarmodul kann ein bifaciales Solarmodul sein, also ein Solarmodul, das auf beiden großflächigen Oberflächenseiten eine photoaktive Wirkung zeigt und demnach Strahlung sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite aufnehmen kann, bei dem also die Solarzellen zwischen zwei zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Bauteilen so angeordnet sind, dass deren photoaktive Flächen von beiden Seiten bestrahlt werden können. Alternativ dazu kann das Solarmodul ein monofaciales Solarmodul sein, also ein Solarmodul, das ferner ein strahlungsundurchlässiges Trägerelement aufweist und bei dem die Solarzellen zwischen dem Trägerelement und dem strahlungsdurchlässigen Bauteil angeordnet sind.
-
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren eines zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Deckglases als Bauteil eines Solarmoduls bereitgestellt, mit dem Schritt des Bereitstellens eines Deckglassubstrats, des anschließenden Schmelzen des Deckglassubstrats, des darauffolgenden Formgebens des geschmolzenen Deckglassubstrats durch Formgebungswalzen, wobei eine Strukturierung in eine Oberfläche des Deckglases, genauer gesagt in die Deckglasrückseite, mittels zumindest einer oberflächenstrukturierten Formgebungswalze, vorzugsweise eine gerillte oder gekerbte Walze, zumindest teilweise eingebracht wird, des nachfolgenden Kühlens des Deckglases, des Waschens des Deckglases und des anschließenden Aufbringens einer Beschichtung. Die Beschichtung, bei der eine optimale Balance zwischen technischem Aufwand und (Leistungs-)Nutzen umzusetzen ist, wird dabei auf zumindest einen Bereich der im eingebauten Zustand den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Deckglases, der keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegt, und/oder zumindest einen Bereich der im eingebauten Zustand den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Deckglases aufgebracht, der keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegt. Damit wird ein Hindurchtreten der einfallenden Strahlung durch das zumindest teilweise strahlungsdurchlässige Deckglas an Bereichen verhindert, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegen, die also ungenützt an den Solarzellen vorbeitreten, beispielsweise durch einen Spalt zwischen den angeordneten Solarzellen in dem Solarmodul hindurch, und anschließend von anderen Bauteilen absorbiert werden können, ohne einen Nutzen für die Elektrizitätsgewinnung zu haben. Zudem wird damit ein Hindurchtreten der einfallenden Strahlung durch das Deckglas an Bereichen verhindert, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegen, also vor einem Auftreffen der einfallenden Strahlung auf eine photoaktive Solarzellenfläche durch ein anderes Bauteil oder dergleichen absorbiert wird, beispielsweise durch einen Solarzellenverbinder, auch Zellverbinder genannt, oder durch üblicherweise im Siebdruckverfahren aufgetragene Sammler für die Stromabführung, sogenannte Grid-Finger oder Bus-Bars. Um dies zu erreichen ist die Innenseite des Deckglases des Solarmoduls an allen Bereichen, unter denen keine photoaktive Solarzellenfläche liegt, mit einer Art internem Reflektor beziehungsweise Rückreflektor ausgestattet, wodurch der Herstellungsprozess als auch das Moduldesign des Solarmoduls beeinflusst werden. In Konsequenz kann ein in der Herstellung deutlich günstigeres Solarmodul als bei bisher zur Anwendung kommenden Solarmodul-Designs mit internen Reflektoren erreicht werden.
-
Die prinzipielle Deckglasherstellung, also die Schritte des Bereitstellens eines Deckglassubstrats und des anschließenden Schmelzen des Deckglassubstrats können in einer für Solarglas üblichen Weise erfolgen. In Bezug auf den erfindungsgemäßen Herstellungsprozess sind die geometrischen Abmessungen der durch die Beschichtung entstehenden Maskierung bezüglich der String- und Ablagetoleranzen der Solarzellen in dem Solarmodul relevant. Bei einer entsprechend hohen Rückreflexion kann die Maskierung auch zum Ausgleich von Ablagetoleranzen der Solarzellen dienen.
-
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des Deckglases als Bauteil eines Solarmoduls kann ferner eine durchgehende Strukturierung aufweisen, ist also auf der gesamten, den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Deckglases aufzufinden. Eine Fertigung des Deckglases als Bauteil des Solarmoduls wird dadurch erleichtert. Die Strukturierung des Deckglases ist vorzugsweise eine Grabenstruktur, die in das Deckglas eingearbeitet ist, das heißt eine Struktur, bei der Gräben beziehungsweise kanalartige Vertiefungen, vorzugsweise in Form von rechtwinkligen Dreiecken oder U-förmigen Einbuchtungen, und Dämme beziehungsweise buckelartige Erhöhungen parallel zueinander in der den Solarzellen zugewandten Oberfläche des Deckglases angeordnet sind und sich abwechseln. Die Grabenstruktur kann dabei in horizontaler Ebene linear, in Wellenform, in Zick-Zack-Form oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner zeigt die Grabenstruktur in einer vertikalen Erstreckung vorzugsweise die Form von pyramidenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen, also Vertiefungen beziehungsweise Erhöhungen, die in Form eines gleichschenkligen Dreiecks in der Rückseite des Bauteils vorgesehen sind. Die Deckglasstrukturierung ist weiter vorzugsweise eine Mikrostrukturierung mit einer bevorzugten Strukturtiefe von 10–100 μm, weiter bevorzugt 10–50 μm. Die Beschichtung des Deckglases auf den keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegenden Bereichen beziehungsweise auf den keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegenden Bereichen der den Solarzellen zugewandten Deckglasoberfläche ist vorzugsweise eine Farbbeschichtung oder eine metallische Beschichtung, durch die eine Reflexion der einfallenden Strahlung ermöglicht wird. Eine Farbbeschichtung wird vorzugsweise durch ein Tintenstrahldruckverfahren oder durch ein dazu ähnliches Verfahren auf die Deckglasoberfläche aufgebracht, vorzugsweise eine weiße Farbbeschichtung. Je nach gewünschtem Design sind auch andere Farben denkbar, wobei dabei eventuell eine schlechtere Leistung durch verschlechterte Reflexionseigenschaften in Kauf zu nehmen ist. Eine metallische Beschichtung im Sinne der Erfindung ist eine Metallisierung, mit der die Bauteiloberfläche beschichtet ist, vorzugsweise eine Beschichtung aus Aluminium. Neben den gewünschten Reflexionseffekten dienen die beschichteten Bereiche, sofern sie innenliegende Bauteile überdecken, auch der Verbesserung der visuellen Erscheinung des Solarmoduls. Ablagetoleranzen der innenliegenden Bauteile können auf diese Weise ebenfalls bis zu einem gewissen Maß kaschiert werden.
-
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird letztendlich ein vorhergehend beschriebenes Bauteil für ein Solarmodul bereitgestellt, wobei das Bauteil zumindest teilweise strahlungsdurchlässig ist und vorzugsweise durch ein vorhergehend beschriebenes Herstellungsverfahren hergestellt ist, also einem Deckglas des Solarmoduls entspricht.
-
Vorteile der Erfindung
-
Mit einem Solarmodul gemäß der Erfindung kann verhindert werden, dass Teile der Strahlung, die durch das Solarmodul in Elektrizität umgewandelt werden sollen, ungenutzt bleiben. Dadurch wird die Ausbeute des Solarmoduls erhöht und die Solarmoduleffizienz verbessert, verbunden mit einer günstigeren Herstellung als bei alternativen Verfahren. Es können mit einem Solarmodul gemäß der Erfindung, das ein wie oben beschriebenes Deckglas verwendet, die Flächen der Zellzwischenräume sowie die Zellverbinderflächen mit bis zu 65–75% Gesamtreflexionsgrad genutzt werden, wobei durch eine eventuell verwendete metallische Beschichtung dieser Wert sogar noch gesteigert werden kann.
-
Darüber hinaus wird es mit einem erfindungsgemäßen Solarmodul möglich, das Solarmoduldesign sehr gleichmäßig herzustellen und dabei Fertigungstoleranzen abzufangen. Ferner wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Solarmoduls ein Einsatz von weißer EVA nicht notwendig, führt also zu einer Vereinfachung beziehungsweise Standardisierung der Solarmodulherstellung. Weiterhin wird bei Verwendung einer schwarzen beziehungsweise anthrazitfarbenen Beschichtung zur Herstellung schwarzer Module ein schwarzes Backsheet für das Solarmodul überflüssig, wodurch wiederum eine Vereinfachung beziehungsweise Standardisierung der Solarmodulherstellung erreicht werden kann.
-
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Solarmoduls beziehungsweise dessen Herstellung ist zu beachten, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau keine Herstellungsprozessschritte zum Vorsehen von Light Harvesting Strings (LHS) oder von beschichteten Zellverbindern eingeplant werden müssen, da diese nicht mehr notwendig sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Solarmoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
-
2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Solarmoduls gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht.
-
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
-
1 zeigt einen Ausschnitt eines Solarmoduls 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht, wobei zu beachten ist, dass die Zeichnung nicht maßstabsgetreu ist, insbesondere in Bezug auf die Bauteilstrukturierung, die vergrößert dargestellt ist, um eine vereinfachte Darstellung zu ermöglichen. Das in 1 gezeigte Solarmodul 1 hat ein Bauteil 2 in Form eines Deckglases, vorzugsweise aus Solarglas, Solarzellen 31 und 32, die in einer Einbettung 5 gehalten sind, so dass diese zu dem Bauteil 2 beabstandet sind, sowie ein Trägerelement 6, wobei die Einbettung 5 zwischen dem Bauteil 2 und dem Trägerelement 6 angeordnet ist. Genauer gesagt befindet sich die Einbettung 5 mit den darin vorgesehenen Solarzellen 31, 32 zwischen einer Oberfläche 61 des Trägerelements 6 und einer Oberfläche 22 des Bauteils 2, der sogenannten Rückseite 22 des Bauteils 2. Die Solarzelle 31 weist an einer oberen Seite eine photoaktive Solarzellenfläche 311 auf, und die Solarzelle 32 weist an einer oberen Seite eine photoaktive Solarzellenfläche 321 auf. Mit dem Begriff „obere Seite” ist hier eine Seite der Solarzellen 31, 32 gemeint, die dem Bauteil 2 zugewandt ist. Die Solarzellen 31, 32 können in einer alternativen Ausführungsform ohne Trägerelement 6 auch auf ihrer Rückseite, also auf der von dem Bauteil 2 abgewandten Seite photoaktive Solarzellenflächen aufweisen.
-
Die Einbettung 5 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Vielzahl von EVA-Folien, in der Regel zwei EVA-Folien, die miteinander verschmolzen sind, wobei die Solarzellen 31, 32 sowie die elektrischen Anbindungen an diese (nicht gezeigt) zwischen den Folien eingelegt und, nach dem Verschmelzen, in der Einbettung 5 eingelagert sind. Die Einbettung 5 ist derart zwischen dem Bauteil 2 und dem Trägerelement 6 angeordnet, dass die Einbettung 5 mit diesen, sowie mit den Solarzellen 31, 32 in stoffschlüssiger Verbindung steht. Die Rückseite 22 des Bauteils 2 weist eine Grabenstruktur mit Vertiefungen und Erhöhungen in Pyramidenform auf. Zwischen der Grabenstruktur an der Bauteilrückseite 22 und der Einbettung 5 sind Beschichtungen 41, 42 vorgesehen, die auf die Rückseite 22 des Bauteils 2, genauer gesagt auf die Grabenstruktur und damit auf deren Vertiefungen und Erhöhungen vor Zusammenbau des Solarmoduls 1 aufgebracht wurden. Die Beschichtungen 41, 42 befinden sich in dieser Ausführungsform ausschließlich in einem Bereich 221 sowie in einem Bereich 222 der strukturierten Rückseite 22 des Bauteils 2. Der Bereich 221 stellt hier einen Bereich dar, der bezüglich der Anordnung der Solarzellen 31 und 32 einen Abschnitt überdeckt, an dem sich auf Höhe der Solarzellen 31, 32 ein anordnungsbedingter Spalt 51 zwischen diesen befindet. Der Bereich 221 und damit die dort vorgesehene Beschichtung 41 liegen demnach einem Bereich auf Höhe der Solarzellen 31, 32 gegenüber, und deckt diesen ab, an dem sich keine photovoltaische Solarzellenfläche 311, 321 befindet. Demgegenüber stellt der Bereich 222 hier einen Bereich dar, der bezüglich der Anordnung der Solarzelle 32 einen Abschnitt überdeckt, an dem sich auf Höhe der Solarzelle 32 ein Zellverbinder 7 befindet. Der Zellverbinder 7 deckt seinerseits einen Teil der photoaktiven Solarzellenfläche 321 der Solarzelle 32 ab, so dass an den von dem Zellverbinder 7 abgedeckten Bereich keine Strahlung auf die Solarzelle 32 treffen kann, dieser Solarzellenbereich also in dem Schatten des Zellverbinders 7 liegt. Die Beschichtung 42, die in dem Bereich 222 der Oberfläche 22 des Bauteils 2 aufgebracht ist, überdeckt demnach den Zellverbinder 7, der ein Hindernis für auf die Solarzellenoberfläche 321 einfallende Lichtstrahlen bildet, und dient dazu, die dorthin einfallen Lichtstrahlen zu reflektieren. Beide Beschichtungen 41, 42 nehmen die Form der Grabenstruktur der Oberfläche 22 an.
-
Mit der hier vorliegenden vertikalen Erstreckung der Grabenstruktur die Form von pyramidenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen, also Vertiefungen beziehungsweise Erhöhungen, die in Form eines gleichschenkligen Dreiecks in der Rückseite 22 des Bauteils 2 vorgesehen sind, nehmen demnach die Beschichtungen 41, 42 in der in 1 gezeigten Schnittdarstellung eine Form mit Winkeln α von beispielsweise 30° ein, wodurch die senkrecht einfallenden Lichtstrahlen in einem Winkel von beispielsweise 60° zur Normalen der Oberfläche des Bauteils 2 reflektiert werden. Als Beispiel für die Reflexionswirkung der Beschichtungen 41, 42 ist in 1 schematisch ein Weg SLicht eines einzelnen beispielhaften Lichtstrahls dargestellt, der senkrecht in das Bauteil 2 eintritt, dieses in Richtung auf den Spalt 51 zwischen den Solarzellen 31, 32 hin, also auf den Bereich 221 hin durchwandert, und an der strukturierten Oberfläche 22 durch die Beschichtung 41 in einem durch die Pyramidenform bedingten Winkel β von 60° zurückgeworfen wird, um zu verhindern, dass der Lichtstrahl ungenutzt zwischen den Solarzellen 31, 32 hindurchtritt und auf das Trägerelement 6 auftrifft und von diesem absorbiert wird. Der Lichtstrahl durchwandert anschließend einen abgelenkten Weg zurück Richtung Vorderseite 21 des Bauteils 2, wird dort an der Innenseite der Oberseite 21 erneut reflektiert und nimmt einen neuen Weg in Richtung hin zu den Solarzellen 31, 32, genauer gesagt hin zu der photoaktiven Oberfläche 321 der Solarzelle 32, so dass der Lichtstrahl von dieser empfangen wird und dadurch zur Energieerzeugung durch die Solarzelle 32 genutzt werden kann.
-
2 zeigt ein Solarmoduldesign in einer Draufsicht auf ein Solarmodul 1 gemäß der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Solarmodul 1 weist hier eine Vielzahl von Solarzellen 31, 32, 33, 34 auf, wobei die Bereiche der den Solarzellen 31, 32, 33, 34 zugewandten Oberfläche 22 des Bauteils 2 beziehungsweise des Deckglases 2, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche gegenüberliegen, und die Bereiche der den Solarzellen 21, 32, 33, 34 zugewandten Oberfläche 22 des Deckglases 2, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegen, mit einer Beschichtung versehen sind. Beispielhaft sind hier der Bereich 221 mit der Beschichtung 41 und der Bereich 222 mit der Beschichtung 42 gekennzeichnet. In 2 ist jedoch jeder schwarz hinterlegte Bereich als Beschichtung auf der strukturierten Rückseite des Deckglases 2 zu verstehen. Wenn bei einem bifacialen Solarmodul Transparenz gewünscht ist, können auch nur die Bereiche der den Solarzellen 21, 32, 33, 34 zugewandten Oberfläche 22 des Deckglases 2 beschichtet werden, die keiner photoaktiven Solarzellenfläche hindernisfrei gegenüberliegen, also die Bereiche, die den Zellverbindern 7 gegenüberliegen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2011/0155213 A1 [0003]
