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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit einem Solarmodul sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils mit einem Solarmodul.
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Solarmodule sollen zunehmend zur verbesserten Nutzung von auf ein Fahrzeug auftreffender Lichteinstrahlung auch in Fahrzeuginnenräumen eingesetzt werden. Aus der Druckschrift
WO 2010/009490 A1 ist beispielsweise eine photovoltaische Zeile bekannt, die in einem Fahrzeuginnenraum direkt an einem Fenster zur Energieerzeugung aus Sonnenlicht angeordnet ist. Diese Solarmodule müssen dort allerdings vor Staub, Feuchtigkeit oder anderen Partikeln aus der Umgebung geschützt werden, die das System beschädigen könnten. Hierzu wird typischerweise eine Schutzschicht auf das Solarmodul aufgebracht. Durch das Aufbringen der Schutzschicht wird jedoch eine photovoltaisch nutzbare Lichtmenge durch eine verstärkte Absorption vermindert.
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Nachteilig an derartigen Lösungen ist außerdem, dass die Solarzellen, die das Solarmodul bilden, nicht frei im Fahrzeuginnenraum positioniert werden können, um ausreichend Sonnenlicht in elektrische Energie transformieren zu können, sondern vielmehr auf vorgegebenen Flächen aufgebracht werden müssen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit einem Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils mit einem Solarmodul vorzuschlagen, die die genannten Nachteile überwinden, die also ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil ermöglichen, bei dem Solarzellen an beliebiger Stelle im Fahrzeuginnenraum angeordnet werden kann und mit hinreichend hoher Effizienz einfallendes Licht in elektrische Energie umwandeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil umfasst ein photovoltaisches Bauelement und eine lichtdurchlässige, das photovoltaische Bauelement bedeckende Abdecklage. Eine erste Oberfläche der Abdecklage, die von dem photovoltaischen Bauelement abgewandt ist, ist mit einer Struktur versehen, die mindestens zwei Linsen zum Fokussieren eines einfallenden Lichts auf das photovoltaische Bauelement bildet.
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Durch das Vorsehen eines photovoltaischen Bauelements in einem Fahrzeuginnenverkleidungsteil kann in ein Fahrzeuginneres einfallendes Licht zur Energiegewinnung durch das photovoltaische Bauelement, das auch als Solarzelle bezeichnet wird oder zumindest ein Teil einer solchen Solarzelle sein kann, in elektrische Energie umgewandelt und beispielsweise zum Kühlen eines Fahrzeuginnenraums eingesetzt werden. Das Solarmodul umfasst das photovoltaische Bauelement, typischerweise jedoch mehrere derartige Bauelemente bzw. Solarzellen, die untereinander elektrisch verschaltet sind. Dadurch, dass das photovoltaische Bauelement durch eine Abdecklage abgedeckt ist, ist es gegen mechanische Beschädigungen zuverlässig geschützt, d. h. die Abdecklage ist gerade eine Schutzschicht für das darunter liegende photovoltaische Bauelement. Da die Abdecklage andererseits lichtdurchlässig ist, kann das Licht bis zu dem photovoltaischen Bauelement gelangen und dort umgewandelt werden. Dies wird unterstützt durch das Fokussieren des einfallenden Lichts auf das photovoltaische Bauelement durch die mindestens zwei Linsen in der Abdecklage. Hierdurch wird die Effizienz der Energieerzeugung in dem Fahrzeuginnenverkleidungsteil erhöht und gleichzeitig kann eine ästhetisch ansprechende Oberflächengestaltung auf der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten und die mit den Linsen versehene strukturtragende Seite der Abdecklage gewährleistet werden.
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Unter einem photovoltaischen Bauelement soll hierbei jedes Bauelement bzw. Material verstanden werden, bei dem durch Lichteinstrahlung elektrische Energie erzeugt wird. Eine Lichtdurchlässigkeit der Abdecklage bezieht sich auf eine Durchlässigkeit von elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 300 nm bis 700 nm, vorzugsweise zusätzlich auch auf eine Lichtdurchlässigkeit im ultravioletten Bereich von 150 nm bis 300 nm und bzw. oder im infraroten Bereich von 700 nm bis 1000 nm.
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Materialbedingt kann die Abdecklage ein Teil des Lichts absorbieren, dieser Anteil sollte aber möglichst gering sein. Typischerweise absorbiert die Abdecklage maximal 75% des einfallenden Lichts, vorzugsweise maximal 50%, besonders bevorzugt maximal 25%, um eine ausreichende Menge des einfallenden Lichts zur Umwandlung in elektrische Energie zur Verfügung zu haben.
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Es kann vorgesehen sein, dass das photovoltaische Bauelement ein organisches Photovoltaikbauelement umfasst oder ein solches ist. Derartige Bauelemente, die auch als organische Solarzellen bezeichnet werden, umfassen Kohlenwasserstoffverbindungen, sind also typischerweise aus Kunststoffen aufgebaut. Diese organischen Bauelemente können einfach verarbeitet und preiswert hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das photovoltaische Bauelement jedoch auch ein anorganisches Material, typischerweise ein Halbleitermaterial umfassen.
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Sofern ein organisches Photovoltaikbauelement verwendet wird, kann dies auf die Abdecklage aufgedruckt sein, wobei die Struktur mit den mindestens zwei Linsen auf einer unbedruckten Seite der Abdecklage aufgebracht ist. Typischerweise ist die bedruckte Seite eine plane Oberfläche ohne Erhebung oder Vertiefung. Das Aufdrucken des organischen Photovoltaikbauelements erlaubt einerseits eine sichere Verbindung mit der Abdecklage sowie eine kostengünstige Herstellung und gleichzeitig, bedingt durch eine typischerweise erfolgende Anordnung einzelner Photovoltaikbauelemente den Linsen gegenüberliegend, andererseits aber auch eine genügend hohe Energieausbeute.
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Typischerweise umfasst die Abdecklage einen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis (TPO). Alternativ kann auch ein transparentes Polyurethan eingesetzt werden. Die genannten Materialien lassen sich leicht verarbeiten und sind thermoformbar und somit auch an sämtliche im Fahrzeuginnenraum benötigen Formen leicht anpassbar.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeuginnenverkleidungsteil mindestens einen gekrümmten Abschnitt und bzw. oder mindestens einen planen, also ebenen Abschnitten aufweist. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil, beispielsweise eine Instrumententafel, eine Armablage, eine Türverkleidung oder eine Mittelkonsole muss an die geometrischen Gegebenheiten des Fahrzeuginnenraums angepasst werden und weist hierfür typischerweise mehrere unterschiedlich geformte Abschnitte auf.
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Vorzugsweise weisen die mindestens zwei als Fokussierlinsen dienenden Linsen jeweils eine Brennweite auf, die gerade einer Dicke der Abdecklage entspricht. Hierdurch wird eine effiziente Bündelung des einfallenden Lichts auf das photovoltaische Bauelement gewährleistet. Es kann vorgesehen sein, dass für jede der Linsen die Brennweite gleich ist, allerdings können die Linsen natürlich auch teilweise unterschiedliche Brennweiten haben. Die Dicke der Abdecklage kann zwischen 0,5 mm und 4 mm liegen, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 2 mm.
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Ein Kühlsystem eines Fahrzeugs umfasst vorzugsweise das beschriebene Fahrzeuginnenverkleidungsteil, so dass die gewonnene Energie zum Kühlen eingesetzt wird. Ein derartiges ”Heating, Ventilation, Air Conditioning”-System (HVAC) kann autark sein.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils weist mehrere Schritte auf. In einem ersten Schritt erfolgt ein Formen eines lichtdurchlässigen Materials, das eine Abdecklage bildet, so dass eine erste Oberfläche des Materials eine Struktur mit mindestens zwei Linsen zum Fokussieren eines einfallenden Lichts aufweist. Nachfolgend wird ein photovoltaisches Bauelement auf eine der Struktur abgewandte Oberfläche der im vorherigen Schritt erzeugten Abdecklage aufgebracht. Das photovoltaische Bauelement ist somit typischerweise in direktem, unmittelbaren Kontakt mit der Abdecklage. Das beschriebene Verfahren kann dazu benutzt werden, das beschriebene Fahrzeuginnenverkleidungsteil herzustellen bzw. das beschriebene Fahrzeuginnenverkleidungsteil ist mit dem nun vorgestellten Verfahren herstellbar.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem abschließenden Verfahrensschritt das Fahrzeuginnenverkleidungsteil thermogeformt wird. Hierfür ist insbesondere die Abdecklage aus einem thermoformbaren Material. Unter einem Thermoformen soll hierbei eine Änderung der Form bzw. der Kontur bei einer Beaufschlagung mit Wärme verstanden werden. Typischerweise beträgt eine zum thermischen Formen benötigte Wärme zwischen 120°C und 150°C.
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Durch das abschließende Thermoformen kann das hergestellte Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit dem Solarmodul in eine zur Verwendung in einem Fahrzeuginnenraum passende Form gebracht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das photovoltaische Bauelement organische Photovoltaik umfasst, die durch ein Aufdrucken auf die Abdecklage aufgebracht wird. Das Aufdrucken, das vorzugsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgebracht wird, was eine kostengünstige und schnelle Herstellung ermöglicht. Optional kann das organische photovoltaische Material per Tintenstrahldruckverfahren aufgebracht werden.
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Typischerweise wird das lichtdurchlässige Material, das die Abdecklage bildet, durch Narbungsprägen geformt und ebenfalls durch das Narbungsprägen die Struktur mit den mindestens zwei Linsen aufgebracht. Narbungsprägen wird üblicherweise auch als „in-mould-graining” bezeichnet. Durch Anwendung dieses Verfahrens kann in kosteneffizienter Weise eine gewünschte Strukturierung und somit eine ansprechende, dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Oberfläche erzielt werden.
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Das photovoltaische Bauelement kann mindestens zwei Teile umfassen, die jeweils einer der mindestens zwei Linsen gegenüber aufgebracht werden, um das auf die jeweilige Linse einfallende Licht möglichst effizient auf eines der beiden Bauelemente zu fokussieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 und 2 erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine seitliche Ansicht eines Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit flächigem photovoltaischem Bauelement und
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2 eine seitliche Ansicht eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils mit punktförmig aufgebrachten photovoltaischen Bauelementen.
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In 1 ist in einer seitlichen Ansicht ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil dargestellt. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil weist eine Abdecklage 1 auf, die aus transparentem Polyvinylchlorid besteht und im Bereich von 300 nm bis 700 nm durchlässig für auf die Abdecklage 1 einfallendes Licht 2 ist.
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Die Abdecklage 1 ist eine geschlossene Schicht und weist eine erste Oberfläche 5 und eine zweite Oberfläche 3 auf, die einander gegenüberliegen. Die zweite Oberfläche 3 ist flach und in unmittelbarem, flächigem Kontakt mit einer flächigen photovoltaischen Schicht 4 steht. Eine der zweiten Oberfläche 3 gegenüberliegende erste Oberfläche 5 der Abdecklage 1 ist demgegenüber mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen. Diese Erhöhungen und Vertiefungen sind periodisch angeordnet und bilden eine Struktur mehrerer Linsen 6 als Narbung. Das auf eine dieser Linsen einfallende Licht 2 wird durch diese fokussiert und trifft auf eine der jeweiligen Linse gegenüberliegende photovoltaische Zelle 7. In dieser photovoltaischen Zelle 7 wird das darauf fokussierte Licht in elektrische Energie umgewandelt. Die hierdurch gewonnene elektrische Energie wird nachfolgend über eine Schaltung einer Lüftung des Fahrzeugs zugeführt und zum Kühlen verwendet. In 1 ist in der photovoltaischen Schicht 4 nur eine einzige photovoltaische Zelle 7, die auch als Solarzelle bezeichnet wird, eingezeichnet. Ein Solarmodul besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel somit nur aus einer einzelnen Solarzelle. In weiteren Ausführungsformen umfasst das Solarmodul jedoch mehrere Solarzellen, die miteinander elektrisch verschaltet sind.
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Eine Dicke der Abdecklage 1, die die photovoltaische Schicht 4 vor mechanischer Beschädigung schützt, beträgt 3 mm, so dass auch mindestens 50% des einfallenden Lichts 2 nicht absorbiert, sondern transmittiert werden und auf die photovoltaische Zelle 7 gelangen. Dementsprechend beträgt auch eine Fokuslänge der Linsen 6 genau 3 mm, kann in weiteren Ausführungsformen jedoch auch weniger oder mehr betragen. Die erste Oberfläche 5 der Abdecklage 1 ist nach einem Einbau des Fahrzeuginnenverkleidungsteils in einem Fahrzeuginnenraum diesem zugewandt.
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Das dargestellte Fahrzeuginnenverkleidungsteil ist eine Instrumententafel und weist mehrere, in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellte gekrümmte bzw. gewölbte Abschnitte auf, um an die geometrischen Gegebenheiten des Fahrzeuginnenraums angepasst zu sein. Die Krümmung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils wird durch eine thermische Formung desselben während des Herstellungsprozesses erreicht. Diese thermische Formung erfolgt bei einer Temperatur von 180°C, wobei die Strukturierung, die die Linsen 6 erzeugt, durch ”in-mould-graining” erfolgt. Bei der Herstellung wird zunächst die Abdecklage 1 gebildet und danach die Photovoltaikschicht 4 mit der photovoltaischen Zelle 7 auf die Abdecklage 1 aufgebracht. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil ist in eine Klimaanlage des Fahrzeugs integriert, so dass das Fahrzeug, wenn es Sonnenbestrahlung ausgesetzt ist, auf ein angenehmes Temperaturniveau im Innenraum durch die gewonnene Energie gebracht werden kann. Leitungen zum Transportieren der elektrischen Energie von der photovoltaischen Zelle 7 zu einem Fahrzeugstromkreis sind in der photovoltaischen Schicht 4 oder auf der der Abdecklage abgewandten Seite der photovoltaischen Schicht 4 angeordnet.
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In 2 ist ebenfalls in einer seitlichen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur mit identischen Bezugszeichen wie in 1 versehen. Die Abdecklage 1 umfasst nun ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis (TPO) und ist gegenüber dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gerade umgedreht dargestellt.
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Die zweite Oberfläche 3 ist wiederum plan, also eben, während die erste Oberfläche 5 die bekannte Strukturierung aufweist. Auf der zweiten Oberfläche 3 ist nun jedoch keine photovoltaische Schicht 4 aufgebracht, sondern lediglich einzelne photovoltaische Zellen 7 aus organischem photovoltaischen Material, das konjugierte Polymere umfasst, aufgedruckt. Das Aufdrucken erfolgt während des Herstellungsprozesses durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren, bei dem punktuell oder in Streifen einzelne Schichten organischer Solarzellen auf die zweite Oberfläche 3 der Abdecklage 1 aufgebracht werden. In weiteren Ausführungsformen kann jede der punktförmig aufgebrachten Schichten der organischen Solarzelle gegenüber genau einer der Linsen 6 angeordnet sein.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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