DE102018216768A1

DE102018216768A1 - Erweiterte PV-Anlage mit verbesserter Effizienz

Info

Publication number: DE102018216768A1
Application number: DE102018216768.0A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Fleischer; Roland Pohle; Jürgen Schönhut; Elfriede Simon; Ulrich Wöhrl; Oliver Von Sicard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02
Also published as: WO2020065060A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das Verbessern einer Effizienz einer bereits bestehenden, installierten PV-Anlage. Dabei wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage eine folienartige, laminierte Perowskit-PV-Zelle ggf. nebst zugehöriger Leistungselektronik hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die bestehende PV-Zelle fällt. Es wird also eine laminierte Perowskit-PV-Zelle derart verwendet, dass eine bestehende PV-Anlage dahingehend aufgewertet wird, dass ihre Effizienz ohne einen Austausch von Komponente verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikeinrichtung und insbesondere das Nachrüsten einer solchen PV-Einrichtung.
Solare Stromerzeugung mit den Mitteln der Photovoltaik (PV) trägt aus umweltpolitischen und zunehmend auch wirtschaftlichen Gründen bspw. in Mitteleuropa einen stark steigenden Anteil zur Elektrizitätsproduktion bei. Weltweit ist bereits eine große Anzahl von PV-Anlagen installiert, die vorwiegend auf konventionellen Ansätzen mit siliziumbasiert PV-Zellen aufbauen. Seit einigen Jahren werden sog. perowskitische Materialien wie z.B. CH3NH3PbI3 (oder allgemeiner (CH3NH3)MX3-xYx (mit M=Pb oder Sn sowie X,Y=I, Br oder Cl)) hinsichtlich des Einsatzes in PV-Zellen untersucht, die aufgrund ihrer optoelektronischen Eigenschaften eine hocheffiziente Umwandlung von elektromagnetischer Strahlungsenergie in elektrische Energie erlauben.
Die weit verbreiteten siliziumbasierten PV-Zellen weisen typischerweise Effizienzen in Größenordnungen von 15-20% auf, wobei jedoch mit typischen altersbedingten Leistungsminderungen in Höhe von ca. 0,5% pro Jahr zu rechnen ist. Dementsprechend ist für derartige installierte herkömmliche, d.h. siliziumbasierte PV-Anlagen vorherzusehen, dass die Effizienz in absehbarer Zeit derart gering sein wird, dass ein wirtschaftlicher Einsatz kaum mehr möglich ist.
Die derzeit mit perowskitbasierten PV-Zellen erreichbaren Effizienzen liegen bei >22%. Dieser vergleichsweise hohe Wert gilt zwar derzeit noch für Laborbedingungen, weitere Verbesserungen der Stabilität des Materials und eine Hochskalierung von der jeweiligen Zelle auf Modulgröße sind jedoch sehr bald zu erwarten, so dass derartige perowskitbasierte PV-Zellen konkurrenzfähig zu den herkömmlichen siliziumbasierten Zellen werden.
Es ist demnach zu erwarten, dass bei Neuinstallationen perowskitbasierte PV-Anlagen gewählt werden. Der wirtschaftlichste Einsatz der Perowskit-PV-Technologie ist wie bspw. in WO 2018162496 A1 beschrieben mit einem Tandem-PV-Modul aus einer konventionellen Silizium-PV-Zelle und einer Perowskit-PV-Zelle erreichbar. Dieses Tandem-PV-Modul weist zwei aufeinander angeordnete PV-Zellen unterschiedlichen Typs auf, d.h. eine der PV-Zellen ist eine siliziumbasierte Zelle, während die andere PV-Zelle perowskitbasiert ist. Die verschiedenen Zelltypen, d.h. siliziumbasiert bzw. perowskitbasiert, unterscheiden sich dabei zunächst in dem jeweils zu Grunde liegenden Material und konsequenterweise in ihrer spektralen Empfindlichkeit, d.h. unterschiedliche Zelltypen weisen ihre jeweilige Maximaleffizienz für unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts auf. Die oben, der Sonne zugewandt angeordnete Perowskit-PV-Zelle nutzt dabei den höherenergetischen Anteil des Lichts optimal aus, die darunterliegende Silizium-Zelle nutzt den verbleibenden, vergleichsweise niederenergetischen Anteil des Lichts, welcher die Perowskit-Zelle weitestgehend ungehindert passiert. Dies bewirkt, dass die Tandem-Zellgruppe als Ganzes eine hohe Effizienz für einen breiteren Spektralbereich bietet. Damit sind für die beschriebene Silizium-Perowskit-Tandem-PV-Zelle Effizienzen in Größenordnungen >30% möglich, während herkömmliche Silizium-PV-Zellen heutzutage typischerweise Effizienzen in Größenordnungen von -20% bieten.
Bei einer Neuinstallation einer PV-Anlage kann ohne besondere Aufwände auf die Perowskit-Technologie zurück gegriffen und damit der oben genannte Vorteil der hohen Effizienz erzielt werden. Betrachtet man jedoch die Vielzahl von bereits installierten, herkömmlichen und nach wie vor funktionsfähigen PV-Anlagen, so ist festzustellen, dass trotz der erreichbaren Effizienzverbesserung ein vollständiger Austausch der installierten PV-Anlage durch eine perowskitbasierte PV-Anlage in der Regel wenig wirtschaftlich ist, solange diese herkömmliche Anlage mit zumindest ausreichender Effizienz arbeitet. Da mit der Perowskit-PV-Technologie jedoch eine Technologie mit höherer Effizienz zur Verfügung steht, ist es insbesondere für die Anwendung an bereits installierten, herkömmlichen PV-Anlagen wünschenswert, die vorteilhafte Technologie auch hier einzusetzen und die Effizienz der bestehenden Anlagen zu verbessern.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, die Effizienz einer bestehenden, herkömmlichen PV-Anlage zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebenen Ergänzungseinrichtung und deren Verwendung gemäß Anspruch 5 sowie durch die erweiterte PV-Anlage gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage gemäß Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
Es wird eine PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung zum Ergänzen zu einer bestehenden PV-Anlage vorgeschlagen, wobei die PV-Anlage eine bestehende PV-Zelle eines ersten Zelltyps umfasst. Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung umfasst eine Perowskit-PV-Zelle mit einer flächigen, perowskitbasierten lichtsensitiven Komponente auf, wobei die lichtsensitive Komponente eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüber liegende zweite Oberfläche aufweist, wobei auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche jeweils eine Laminierung aufgebracht ist, so dass die lichtsensitive Komponente durch die Laminierungen vollständig eingeschlossen ist, so dass die lichtsensitive Komponente gegen Verschmutzung sowie gegen Feuchtigkeit geschützt ist. Die Perowskit-PV-Zelle ist derart dimensioniert, dass sie auf einer Oberfläche der bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage befestigbar ist.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung stellt demnach ein Upgrade für die bestehende PV-Anlage dar. Unter einer „bestehenden“ PV-Anlage wird hier eine PV-Anlage verstanden, welche zum Zeitpunkt der Ergänzung durch die Ergänzungseinrichtung bereits an ihrem Einsatzort installiert ist. Eine weitere Einschränkung kann insbesondere sein, dass diese bestehende PV-Anlage bereits ihrem vorgesehenen Zweck nachgekommen ist, also bereits in regulärem Betrieb war. Dabei soll sich der „reguläre“ Betrieb insbesondere von einem Testbetrieb unterscheiden, welcher bspw. unternommen wird, wenn die PV-Anlage installiert und ggf. getestet wird, bevor der reguläre Betrieb zum ersten Mal aufgenommen wird.
Der Begriff „flächig“ meint, dass die Dimensionierung der flächigen Komponente in den kartesischen x-, y- und z-Koordinaten derart gewählt ist, dass Erstreckungen in vertikaler z-Richtung gegenüber den horizontalen Erstreckungen in x- und y-Richtung vernachlässigbar ist.
Die Erfindung geht von der Annahme aus, dass zur Erreichung einer hohen Effizienz einer jeweiligen PV-Anlage Tandem-PV-Module eingesetzt werden sollen, bei denen typischerweise zwei oder sogar mehr lichtsensitive PV-Zellen bzw. Schichten übereinander angeordnet sind. Desweiteren wird davon ausgegangen, dass anzustreben ist, dass bestehende, d.h. bereits installierte PV-Anlagen weiter genutzt werden sollen, dass also ein Austausch alter, bereits installierter PV-Anlagen weitestgehend vermieden werden soll. Es wird daher vorgeschlagen, bereits installierte PV-Anlagen unter weitestgehender Weiterverwendung der bereits installierten Komponenten in Tandem-PV-Zellen aufzurüsten. Für den entsprechenden Umbau wird ein Upgrade vorgeschlagen, welches insbesondere eine Perowskit-PV-Zelle umfasst, die auf die bereits vorhandene herkömmliche PV-Zelle aufbringbar ist. Es wird demnach möglich, sowohl die bereits genutzte Fläche, bspw. Dächer oder Land, als auch viele Teile der bereits installierten Anlage, bspw. Netzanbindungen, Stromzähler, Montagehalterungen sowie behördliche Genehmigungen, mit höherer Effizienz zu nutzen. Die Laminierung bewirkt, dass die Perowskit-PV-Zelle gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist und dass die damit folienartig ausgebildete Perowskit-PV-Zelle leicht handhabbar ist.
Die Perowskit-PV-Zelle der PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung weist eine Halterung auf, mit der die Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle derart befestigbar ist, dass sie raumfest zur bestehenden PV-Zelle angeordnet ist und dass Licht L von einer Lichtquelle zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle fällt, diese durchquert und anschließend auf die bestehende PV-Zelle fällt.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung kann zusätzlich eine Leistungselektronikeinheit umfassen, die der Perowskit-PV-Zelle zugeordnet ist, die eine von der Perowskit-PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der zusätzlichen Leistungselektronikeinheit bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt und die einen Anschluss aufweist, mit dem sie mit einer bestehenden Leistungselektronik und/oder einer bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung kann desweiteren eine separate Kontrolleinheit umfassen, mit der die zusätzliche Leistungselektronikeinheit regelbar ist und die mit der bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist, so dass ein Datenaustausch zwischen der separaten Kontrolleinheit und der bestehenden Kontrolleinheit möglich ist. Der Datenaustausch kann dabei bspw. auch Regel-/Steuersignale umfassen, mit denen die bestehende Kontrolleinheit die separate Kontrolleinheit regeln bzw. steuern kann.
Es wird hier demnach die besondere Verwendung einer Perowskit-PV-Zelle, welche eine perowskitbasierte lichtsensitive Komponente aufweist, die mittels einer Laminierung eingeschlossen ist, so dass die lichtsensitive Komponente sie vor Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist, zur Verbesserung der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage mittels der oben beschriebenen PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung vorgeschlagen. Die Verwendung dieser PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung besteht im Wesentlichen darin, die Perowskit-PV-Zelle der Ergänzungseinrichtung einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage hinzuzufügen, so dass die Perowskit-PV-Zelle zusätzlich zur bestehenden PPV-Zelle in die PV-Anlage integriert ist und eine mit der Perowskit-PV-Zelle generierte elektrische Spannung der bestehenden PV-Anlage zugeführt wird. Ein wesentlicher Punkt hierbei ist, dass die Perowskit-PV-Zelle zur bestehenden PV-Zelle hinzugefügt bzw. ergänzt wird, was sich ausdrücklich davon unterscheidet, dass die bestehende PV-Zelle durch eine Perowskit-PV-Zelle ersetzt wird.
Eine somit erweiterte PV-Anlage zum Bereitstellen von elektrischer Spannung bei Beleuchtung der erweiterten PV-Anlage mit Licht L von einer Lichtquelle, umfasst demnach eine bestehende PV-Anlage, welche zumindest eine bestehende PV-Zelle eines ersten Zelltyps umfasst, bspw. eine siliziumbasierte PV-Zelle, eine nachträglich installierte PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung mit einer laminierten Perowskit-PV-Zelle. Der Begriff „nachträglich“ zielt wie bereits der Begriff „bestehend“ darauf ab, dass bereits eine PV-Anlage besteht und betrieben wird und die Ergänzungseinrichtung erst später, also nachträglich, ergänzt wird.
Die erweiterte PV-Anlage umfasst letztlich die bestehende PV-Zelle und die hinzugefügte Perowskit-PV-Zelle, welche mit einer geeigneten Halterung derart auf der bestehenden PV-Zelle befestigt ist, dass das Licht L zunächst auf die lichtsensitive Komponente der Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle fällt. Da die Effizienzmaxima der beiden PV-Zellen typischerweise in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen, kann durch diese Anordnung sichergestellt werden, dass trotz des absorbierenden Einflusses der oben angeordneten PV-Zelle eine insgesamt erhöhte Effizienz erreicht wird, wenn die obere Zelle für den Wellenlängenbereich transparent ist, in dem das Effizienzmaximum der unteren Zelle liegt.
Die Halterung zur Befestigung der Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle kann ein zumindest teiltransparenter Kleber sein, wobei die Perowskit-PV-Zelle mittels des Klebers auf diejenige Oberfläche der bestehenden PV-Zelle geklebt ist, durch die das Licht L von der Lichtquelle auf eine lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle fällt. Der Kleber ist zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die untere, erste PV-Zelle bzw. deren lichtsensitive Komponente ihre Maximaleffizienz aufweist. Wie bereits angedeutet resultiert dies darin, dass die PV-Anlage insgesamt eine höhere Effizienz aufweist, da beide Einzelzellen der so gebildeten Tandem-PV-Zelle bei ihrer jeweiligen maximalen Effizienz arbeiten können.
Alternativ kann die Halterung zur Befestigung der Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle eine Klammer umfassen, mit der die Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle befestigbar ist. Dies erlaubt eine sehr einfache und leicht auszuführende Befestigung.
Die erweiterte PV-Anlage und insbesondere ihre PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung umfasst eine separate Leistungselektronikeinheit, die der Perowskit-PV-Zelle zugeordnet ist und die eine von der Perowskit-PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der separaten Leistungselektronikeinheit bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt. Vorteilhafterweise weist die separate Leistungselektronikeinheit zudem einen Anschluss auf, mit dem sie mit einer bestehenden Leistungselektronik und/oder einer bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist.
Es wird demnach in dieser Ausführung nicht die Leistungselektronikeinheit der bestehenden PV-Anlage für die neu installierte Perowskit-PV-Zelle verwendet. Die Verwendung einer separaten Leistungselektronikeinheit für die Perowskit-PV-Zelle erlaubt es, die Perowskit-PV-Zelle an ihrem optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Gleiches gilt dementsprechend für die bestehende PV-Zelle.
Die bestehende PV-Anlage der erweiterten PV-Anlage weist eine bestehende Leistungselektronikeinheit auf, die der bestehenden PV-Zelle zugeordnet ist und die eine von der bestehenden PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U10 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der bestehenden Leistungselektronikeinheit bereit zu stellende elektrische Spannung U11 wandelt, wobei die bestehende Leistungselektronikeinheit von einer bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage kontrollierbar ist. Die ergänzte separate Leistungselektronikeinheit der Perowskit-PV-Zelle weist ihrerseits einen Anschluss auf, über den sie mit der bestehenden Leistungselektronik und/oder mit der bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist ebenfalls von der bestehenden Kontrolleinheit kontrollierbar ist. Die bestehende Leistungselektronikeinheit und die separate Leistungselektronikeinheit der Perowskit-PV-Zelle können demnach mit Hilfe der bestehenden Kontrolleinheit unabhängig voneinander betrieben werden, so dass beide an ihrem jeweiligen optimalen Arbeitspunkt arbeiten können.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage bzw. zum Herstellen einer verbesserten PV-Anlage wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage eine Perowskit-PV-Zelle hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet bzw. befestigt, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend, nach Durchqueren der Perowskit-PV-Zelle, auf die bestehende PV-Zelle fällt, wobei die jeweilige PV-Zelle in Wechselwirkung mit dem auf sie fallenden Licht in bekannter Weise eine elektrische Spannung bzw. elektrische Energie bereitstellt.
Zur Herstellung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle wird eine flächige, perowskitbasierte lichtsensitive Komponente laminiert, wobei die lichtsensitive Komponente von Laminierungsschichten derart eingeschlossen wird, dass die lichtsensitive Komponente vor Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist. Die lichtsensitive Komponente wird natürlich vor dem Laminieren mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen versehen, über die eine bei Beleuchtung der lichtsensitiven Komponente mit Licht L erzeugte elektrische Spannung abgegriffen werden kann.
Die Dimensionierung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle an wird an die Dimensionierung der bestehenden PV-Zelle angepasst, wobei insbesondere die horizontalen Erstreckungen der Laminierungsschichten in x- und y-Richtung und die dementsprechenden horizontalen Erstreckungen eines Trägers der bestehenden PV-Zelle, in den die lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle eingebettet ist, einander weitestgehend entsprechen.
Die Perowskit-PV-Zelle wird mittels eines Klebers auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet und befestigt wird, wobei der Kleber zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die erste PV-Zelle bzw. deren lichtsensitive Komponente ihre Maximaleffizienz aufweist.
Dies zusammenfassend betrifft die Erfindung das Verbessern einer Effizienz einer bereits bestehenden, installierten PV-Anlage. Dabei wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage eine folienartige, laminierte Perowskit-PV-Zelle ggf. nebst zugehöriger Leistungselektronik hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die bestehende PV-Zelle fällt. Es wird also eine laminierte Perowskit-PV-Zelle derart verwendet, dass eine bestehende PV-Anlage dahingehend aufgewertet wird, dass ihre Effizienz ohne einen Austausch von Komponente verbessert wird.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt in der kostengünstigen Verbesserungsmöglichkeit existierender PV-Anlagen ohne die bereits bestehenden Module komplett austauschen zu müssen. Die Effizienz einer ältere Anlage kann durch dieses Upgrade von 15-20% auf >25% gebracht werden. Diese Verbesserung ist umso ausgeprägter, je leistungsschwächer die bereits existierenden Module sind. Durch die passgenaue Herstellung der Bandlücke einer Perowskit-PV-Zelle können alle Varianten von bestehenden PV-Zellen kombiniert und deren Effizienz erhöht werden. Eine vorhandene Infrastruktur der Installation einer bestehenden Anlage wird beibehalten, so dass signifikante Einsparungen realisierbar sind. Die bestehenden, alten PV-Zellen dienen als Halterung für die zu ergänzenden Zellen. Somit ist die hier vorgestellte Lösung wesentlich wirtschaftlicher als ein kompletter Austausch der alten PV-Module durch neue Tandem-Module. Dieses „Upgrade“ ist unabhängig von der Art und dem Hersteller der bestehenden PV-Anlage, es muss lediglich die passende Größe der Perowskit-PV-Zelle gewählt werden.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Desweiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren dargestellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird.
Es zeigen:

1 eine herkömmliche, bestehende PV-Anlage,
2 eine ergänzte PV-Anlage,
3 einen Querschnitt durch eine laminierte Perowskit-PV-Zelle,
4 eine Draufsicht auf eine laminierte Perowskit-PV-Zelle.

Zur Begriffsklärung sei vorweg angemerkt, dass sich Begriffe wie „oben“, „unten“, „über“, „auf“, „unter“ etc. im jeweiligen Zusammenhang auf ein Koordinatensystem beziehen, bei dem sich die Quelle des durch die PV-Zelle in elektrische Spannung umzuwandelnden Lichts, d.h. bspw. die Sonne, „über“ der PV-Zelle befindet. Mit anderen Worten liegt also im Falle des erwähnten Tandem-PV-Moduls die Perowskit-PV-Zelle zwischen der Lichtquelle und der Silizium-PV-Zelle, d.h. die Lichtquelle ist „oben“ angeordnet, die Silizium-Zelle liegt „unten“ und die Perowskit-Zelle zwischen Lichtquelle und Silizium-PV-Zelle. Wiederum mit anderen Worten ausgedrückt ist die Perwoskit-PV-Zelle „auf“ der der Lichtquelle zuzuwendenden Oberfläche der Silizium-PV-Zelle angeordnet.
Die 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht eine PV-Einrichtung 1 mit einem PV-Modul 100. Das PV-Modul 100 umfasst eine erste PV-Zelle 111 eines ersten Zelltyps, d.h. mit einer oder mehreren ersten lichtsensitiven Komponenten 112 aus einem ersten Material, welche bei Beleuchtung mit Licht L einen elektrische Spannung U10 bereitstellen. Im Folgenden wird der Einfachheit halber in der Regel der Ausdruck verwendet, dass die jeweilige PV-Zelle eine Spannung generiert (oder ähnlich), womit jedoch gemeint ist, dass diese Spannung von der jeweiligen lichtsensitiven Komponente der jeweiligen Zelle generiert wird.
Die erste lichtsensitive Komponente 112 bzw. der erste Zelltyp kann bspw. siliziumbasiert und in einem Träger 113 aus Glas o.ä. eingebettet sein. Es sind desweiteren Befestigungseinrichtungen 115 vorgesehen, mit denen die erste PV-Zelle 111 an einem gewünschten Ort (nicht dargestellt), bspw. an einem Dach eines Gebäudes o.ä., befestigt werden kann.
Die PV-Einrichtung 1 weist weiterhin eine erste Leistungselektronikeinheit 211 auf, wobei die erste Leistungselektronikeinheit 211 der ersten PV-Zelle 111 zugeordnet ist. Die von der ersten PV-Zelle 111 bei Beleuchtung generierte Zellspannung U10 wird der Leistungselektronikeinheit 211 über eine entsprechende elektrische Verbindung 11 der PV-Einrichtung 1 zugeführt. Die Leistungselektronikeinheit 211 verarbeitet die ihr zugeführte elektrische Energie je nach Bedarf und stellt ihrerseits an ihrem Ausgang eine Spannung U11, bspw. eine Wechselspannung U11, zur Verfügung.
Dieses Konzept ist an sich bekannt und wird bei bereits installierten, herkömmlichen PV-Anlagen angewendet. Wie einleitend erläutert ist anzustreben, die Effizienz derartiger herkömmlicher und bereits installierter PV-Einrichtungen 1 zu verbessern, insbesondere ohne die installierte Einrichtung auszutauschen. Die so zu schaffende, effizientere PV-Einrichtung 1' soll hierbei auf einem Tandem-PV-Modul 100' gemäß 2 beruhen, wobei das Tandem-PV-Modul 100' aufbauend auf dem bestehenden PV-Modul 100 gemäß 1 gebildet werden soll. Hierzu wird ein Upgrade vorgeschlagen, mit dem aus der bereits installierten PV-Einrichtung 1 gemäß 1 die verbesserte PV-Einrichtung 1' mit Tandem-PV-Modul 100' gemäß 2 gebildet wird.
Die 2 zeigt exemplarisch und vereinfacht eine PV-Einrichtung 1' mit einem derartigen Tandem-PV-Modul 100'. Das Tandem-PV-Modul 100' umfasst die untere, erste PV-Zelle 111 des ersten Zelltyps, d.h. mit einer oder mehreren ersten lichtsensitiven Komponenten 112 aus dem ersten Material, welche bei Beleuchtung die elektrische Spannung U10 bereitstellen. Die untere, erste PV-Zelle 111 der 2 entspricht der in 1 gezeigten ersten PV-Zelle 111 und repräsentiert eine bereits installierte PV-Zelle. Das effizientere Tandem-PV-Modul 100' wird basierend auf dieser ersten PV-Zelle 111 bzw. auf dem bestehenden PV-Modul 100 durch Hinzufügen einer zweiten PV-Zelle 121 eines zweiten Zelltyps gebildet. Die zweite PV-Zelle 121 des zweiten Zelltyps umfasst entsprechend eine oder mehrere zweite lichtsensitive Komponenten 122 aus einem zweiten Material, welche in ein ausreichend transparentes Material 123 eingebettet sind und welche bei Beleuchtung eine elektrische Spannung U20 bereitstellen. Die zweite PV-Zelle 121, die vorzugsweise auf bzw. oberhalb der ersten PV-Zelle angeordnet wird, ist Teil des Upgrades der PV-Einrichtung 1 zur verbesserten PV-Einrichtung 1'. Dadurch dass die zweite PV-Zelle 121 oberhalb der ersten PV-Zelle 111 angeordnet wird, ist eine entsprechende Montage vergleichsweise einfach und kann idealerweise ausgeführt werden, ohne dass die bereits bestehende bzw. installierte erste PV-Zelle 111 demontiert oder ausgebaut werden muss.
Das Tandem-PV-Modul 100' wird im Betrieb derart angeordnet, dass die obere, zweite PV-Zelle 121 der Lichtquelle L, bspw. der Sonne, zugewandt ist. Das von der Lichtquelle L abgestrahlte und auf das Tandem-PV-Modul 100' fallende Licht L trifft also zunächst auf die zweite PV-Zelle 121, was in bekannter Weise dazu führt, dass die zweite PV-Zelle 121 bzw. deren lichtsensitive Komponente 122 aus dem zweiten Material die zweite elektrische Zellspannung U20 generiert. Nach Durchqueren der zweiten PV-Zelle 121 fällt das entsprechende Restlicht auf die erste PV-Zelle 111, was ebenfalls in bekannter Weise dazu führt, dass die erste PV-Zelle 111 bzw. deren lichtsensitive Komponente 112 aus dem ersten Material eine erste elektrische Zellspannung U10 generiert.
Vorteilhafterweise sind die beiden Zelltypen derart gewählt, dass die maximale Effizienz der verschiedenen Zellen 111, 121, welche auch als „Power Conversion Efficiency“ (PCE) bezeichnet wird, in unterschiedlichen Spektralbereichen liegen. Insbesondere ist für die erste PV-Zelle 111 ein Zelltyp ausgewählt, dessen PCE-Maximum in einem Spektralbereich liegt, für den die im eingebauten Zustand obere, zweite PV-Zelle 121 im Wesentlichen transparent ist. „Im Wesentlichen transparent“ soll dabei bedeuten, dass die zweite PV-Zelle 121 diesen speziellen Spektralbereich im Vergleich zu anderen Spektralbereichen deutlich weniger absorbiert. Es muss natürlich davon ausgegangen werden, dass die zweite PV-Zelle 121 grundsätzlich in jedem für diese Anwendung relevanten Spektralbereich einen gewissen Absorptionsgrad aufweist, jedoch kann ebenso davon ausgegangen werden, dass der Absorptionsgrad in bestimmten Bereichen des Lichtspektrums vergleichsweise gering und die Zelle 121 damit „im Wesentlichen transparent“ für diesen Spektralbereich ist.
Im gezeigten Beispiel ist die obere, zweite PV-Zelle 121 eine perowskitbasierte PV-Zelle, d.h. die lichtsensitive Komponente 122 der zweiten PV-Zelle 121 weist ein perwoskitisches Material auf. Die untere, erste PV-Zelle 111 ist dagegen eine herkömmliche, bspw. siliziumbasierte PV-Zelle. Wie einleitend angedeutet weisen perowskitische Materialien einen größeren Bandabstand auf als siliziumbasierte Materialien, weswegen die perowskitbasierte PV-Zelle 121 einen höheren Absorptionsanteil im blauen bzw. kurzwelligen Spektralbereich hat und längerwelliges Licht durchlässt. Die siliziumbasierte PV-Zelle 111 absorbiert stärker im längerwelligen Spektralbereich, so dass das von der Perowskitzelle 121 durchgelassene Licht bzw. zumindest ein Teil davon von der Siliziumzelle 111 absorbiert und in elektrische Spannung umgewandelt werden kann.
Die durch das Upgrade verbesserte PV-Einrichtung 1' umfasst die bereits vorhandene erste Leistungselektronikeinheit 211 und eine zweite Leistungselektronikeinheit 221. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 kann demnach ebenfalls Teil des Upgrades sein. Die von der zweiten PV-Zelle 121 bei Beleuchtung generierte Zellspannung U20 wird der zweiten Leistungselektronikeinheit 221 über eine entsprechende elektrische Verbindung 21 der verbesserten PV-Einrichtung 1' zugeführt. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 verarbeitet die ihr zugeführte elektrische Energie je nach Bedarf und stellt ihrerseits an ihrem Ausgang eine Spannung U21, bspw. eine Wechselspannung U21, zur Verfügung.
Die beiden Leistungselektronikeinheiten 211, 221 arbeiten vorteilhafterweise separat und unabhängig voneinander. Die erste Leistungselektronikeinheit 211 ist wie bereits beschrieben nach wie vor der ersten PV-Zelle 111 zugeordnet, während die zweite Leistungselektronikeinheit 221 der zweiten PV-Zelle 121 zugeordnet ist. Dabei bilden die erste PV-Zelle 111 und die erste Leistungselektronikeinheit 211 ein erstes PV-Subsystem 110 der PV-Einrichtung 1'. Ebenso bilden die zweite PV-Zelle 121 und die ihr zugeordnete zweite Leistungselektronikeinheit 221 ein zweites PV-Subsystem 120 der PV-Einrichtung 1'. Die von den PV-Zellen 111, 121 bei Beleuchtung generierten Zellspannungen U10, U20 werden der jeweiligen Leistungselektronikeinheit 211, 221 über entsprechende elektrische Verbindungen 11, 21 der PV-Einrichtung 1' zugeführt und dort wie erwähnt in Ausgangsspannungen U11, U21 umgewandelt.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Upgrade lediglich die zusätzlich PV-Zelle 121, nicht aber die zweite Leistungselektronikeinheit 221 umfasst. In diesem Fall würde die von der zweiten PV-Zelle 121 bei Beleuchtung bereitgestellte elektrische Energie bzw. Spannung U2 der bereits vorhandenen ersten Leistungselektronikeinheit 211 zugeführt und dort verarbeitet.
Die PV-Einrichtung 1' weist darüber hinaus eine Kontrolleinheit 300 auf, welche ausgebildet ist, um beim Betreiben der Leistungselektronikeinheit 211, 221 eines jeden PV-Subsystems 110, 120 die jeweilige Leistungselektronikeinheit 211, 221 bspw. derart zu regeln, dass ein Produkt aus einem der jeweiligen Leistungselektronikeinheit 211, 221 entnehmbaren Stromertrags 110 bzw. 120 und der jeweiligen Zellspannung U10 bzw. U20 der der jeweiligen Leistungselektronikeinheit 211, 221 zugeordneten PV-Zelle 111, 121 maximal ist. Dies führt dazu, dass der Energieertrag des jeweiligen PV-Subsystems 110, 120 maximal wird, wobei der wesentliche Punkt darin liegt, dass für die PV-Subsysteme 110, 120 aufgrund der Verfügbarkeit separater Leistungselektronikeinheiten 211, 221 individuell und unabhängig voneinander der optimale Arbeitspunkt angefahren wird. Eine derartige PV-Einrichtung 1' mit entsprechender Kontrolleinheit wird bspw. in der bereits zitierten WO 2018162496 A1 beschrieben.
Die untere, erste PV-Zelle 111 der 2 entspricht der in 1 gezeigten ersten PV-Zelle 111 und repräsentiert eine bereits installierte PV-Zelle. Die zweite PV-Zelle 121 stellt eine der PV-Einrichtung 1 im Rahmen des Upgrades nachträglich hinzugefügte PV-Zelle dar, so dass durch das Hinzufügen der zweiten Zelle 121 zur ersten Zelle 111 das Tandem-PV-Modul 100' geschaffen wird. Entsprechendes gilt für die zusätzliche Leistungselektronikeinheit 221. Insbesondere können bei dem Hinzufügen bzw. bei dem entsprechenden Upgrade der in der 1 dargestellten PV-Einrichtung 1 zur in der 2 dargestellten verbesserten PV-Einrichtung 1' sämtliche Komponenten 11, 111, 112, 113, 115, 211 der ursprünglichen PV-Einrichtung 1 weiter verwendet werden.
Die 3 zeigt eine Detailansicht der zweiten PV-Zelle 121 des Tandem-PV-Moduls 100'. Die Schraffierungen der lichtsensitiven Komponente 122, welche in 2 insbesondere zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Zelltypen der PV-Zellen 111, 121 dienten, finden in 3 der Übersichtlichkeit wegen keine Verwendung. Das Modul 100' besteht wie bereits beschrieben aus der ersten, bereits installierten PV-Zelle 111. Auf dieser ersten Zelle 111 wird im Rahmen des Upgrades die in 3 dargestellte zweite PV-Zelle 121 positioniert. Die zweite PV-Zelle 121 ist insbesondere als laminierte Einheit ausgebildet, die auf die Oberfläche der ersten PV-Zelle 111 aufgebracht und fixiert werden soll, bspw. mit Hilfe eines entsprechend zumindest zum Teil transparenten Klebers 129, bspw. ein sog. flüssiger optisch durchsichtiger Klebstoff. Wie in 3 angedeutet umfasst die zweite PV-Zelle 121 eine Perowskitschicht 122, die einen n-dotierten Bereich 122n und einen p-dotierten Bereich 122p aufweist. Auf den beiden Oberflächen der Perowskitschicht 122 sind transparente Laminierungen 123o, 123u aufgebracht, die an der gestrichelten Linie aneinander angrenzen und die die Perowskitschicht 122 einschließen, was den Vorteil mit sich bringt, dass die Perowskitschicht 122 gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt ist. Der Einschluss wird auch dadurch erreicht, dass die Laminierungsschichten 123o, 123u die lichtsensitive Komponente 122 in den horizontalen Richtungen x, y überragen. Dies wird auch in der Draufsicht in 4 klar.
Die 3 deutet desweiteren den elektrischen Anschluss der zweiten PV-Zelle 121 an und zeigt die elektrische Verbindung 21, die zur zweiten Leistungselektronikeinheit 221 führt (in 3 nicht dargestellt). Die elektrische Verbindung 21 umfasst im hier gezeigten Beispiel zwei elektrische Leitungen 21n, 21p, wobei die Leitung 21n mit dem n-dotierten Bereich 122n und die Leitung 21p mit dem p-dotierten Bereich 122p elektrisch kontaktiert ist. Bei Beleuchtung der zweiten PV-Zelle 121 entsteht in bekannter Weise eine elektrische Spannung, die über Kontakte 122k abgegriffen und über die Leitungen 21n, 21p der zweiten Leistungselektronikeinheit 221 zugeführt werden kann.
Die 4 zeigt eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte zweite PV-Zelle 121. Rein exemplarisch ist das zweite PV-Modul 121 quadratisch geformt. Aufgrund der Blickrichtung in der negativen, vertikalen z-Richtung sind lediglich die obere Laminierungsschicht 123o sowie der n-dotierte Bereich 122n der lichtsensitiven Komponente 122 sichtbar. Die räumlichen Begrenzungen des Bereichs 122n sind gestrichelt dargestellt, da die lichtsensitive Komponente 122 unter der oberen Laminierung 123o liegt. Es gilt jedoch grundsätzlich, dass die Laminierung 123o, so wie konsequenterweise auch die nicht dargestellte Laminierung 123u, in den horizontalen Richtungen x, y größere Ausdehnungen aufweist als die lichtsensitive Komponente 122, um sicherzustellen, dass die lichtsensitive Komponente 122 vor Verschmutzungen sowie vor Feuchtigkeit geschützt ist.
Abweichend von der in 3 und 4 angedeuteten Ausbildung der lichtsensitiven Komponenten 122 der Perowskit-PV-Zelle 121 als einzelne vergleichsweise großflächige Komponente 122, kann diese auch aus einer Vielzahl von kleineren, bspw. nach Art eines Schachbrettmusters angeordneten lichtsensitiven Komponenten bestehen, welche schlussendlich aber ebenfalls mit einer oberen und einer unteren Laminierung eingeschlossen werden. Es kommt an dieser Stelle also weniger darauf an, wie die perowskitische lichtsensitive Komponente 122 ausgebildet ist, sondern vielmehr darauf, dass sie mit den Laminierungen 123o, 123u eingeschlossen bzw. verkapselt ist.
Die perowskitbasierte PV-Zelle 121 basiert auf einer Dünnschichttechnologie. Dementsprechend ist zu berücksichtigen, dass die Darstellungen nicht maßstabsgetreu sind. Aufgrund der entsprechenden geringen Erstreckung der Perwoskitschicht 122 in der z-Richtung ist es möglich, die Schicht 122 bzw. das lichtsensitive Material 122 in den transparenten Folien 123o, 123u zu laminieren. Die entstehende Perowskit-PV-Zelle 121 umfassend die lichtsensitive Komponente 122 sowie die Laminierung 1230, 123u weist ihrerseits die Eigenschaften einer Folie auf, ist also insbesondere vergleichsweise flexibel und leicht handzuhaben.
Zur Herstellung einer solchen Perowskit-PV-Zelle 121 mit dem Zweck der Erweiterung der bestehenden PV-Einrichtung 1 werden zunächst die zweite PV-Zelle 122 und die zweite lichtsensitive Komponente 122 in einer zur ersten PV-Zelle 111 und insbesondere zur ersten lichtsensitiven Komponente 112 passenden Größe hergestellt. Bspw. kann dies in der Weise erfolgen, dass die Erstreckungen der zweiten lichtsensitiven Komponente 122 in den kartesischen, horizontalen x- und y-Richtungen den Erstreckungen der ersten Komponente 112 in diesen Richtungen entsprechen. Die so bereit gestellte zweite lichtsensitive Komponente 122 wird anschließend mit den Laminierungsschichten 123o, 123u laminiert, wobei deren Erstreckungen in den x- und y-Richtungen bspw. so gewählt werden, dass die den Erstreckungen der ersten PV-Zelle 111, bspw. den Erstreckungen des Trägers 113 in den x- und y-Richtungen entsprechen.
Idealerweise wird die so hergestellte Perowskit-PV-Zelle 121 an der bestehenden ersten PV-Zelle 111 befestigt, ohne dass die erste PV-Zelle 111 deinstalliert werden muss. Sollte eine vorübergehende Deinstallation der bestehenden PV-Zelle 111 doch notwendig sein, um die Befestigung der Perowskit-PV-Zelle 121 an der bestehenden PV-Zelle 111 zu bewerkstelligen, so ist davon auszugehen, dass das nach der Befestigung der Zellen 111, 121 aneinander erzeugte Tandem-PV-Modul 100' an genau demjenigen Ort wieder installiert wird, an dem vorher die PV-Zelle 111 installiert war. Die Befestigung kann bspw. mit Hilfe eines zumindest teiltransparenten Klebers 129 erfolgen. Dieser wird so ausgewählt, dass er zumindest für den Teil des Lichtspektrums transparent ist, in dem die erste PV-Zelle 111 ihre Maximaleffizienz aufweist. Nach der Befestigung der zweiten PV-Zelle 121 an der ersten PV-Zelle 111 wird die zweite PV-Zelle 121 elektrisch kontaktiert. In der idealen Ausführung der Erweiterung bzw. des Upgrades ist eine separate Leistungselektronikeinheit 221 vorgesehen, mit der die zweite PV-Zelle 121 über die Leitungen 21n, 21p elektrisch verbunden wird. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 wird schließlich mit der Kontrolleinheit 300 verbunden. Auch für die Kontrolleinheit 300 ist ein Upgrade vorgesehen, welches idealerweise lediglich in einer angepassten Software besteht. Sollte die bestehende Kontrolleinheit 300 nicht dementsprechend upgradefähig sein, kann für die zweite PV-Zelle 121 eine separate Kontrolleinheit 300' vorgesehen sein. Diese Option ist in der 2 mit Hilfe gestrichelter Linien angedeutet. In einem solchen Fall würde es sich anbieten, die Regelungen 300, 300' miteinander zu verbinden. Dabei ist es desweiteren vorteilhaft, wenn eine der beiden Regelungen 300, 300' als „Master“ arbeitet und die jeweils andere Kontrolleinheit 300', 300 steuern bzw. regeln kann.
Bei dem so erreichbaren schnellen und einfachen Upgrade einer bestehenden PV-Anlage 1 zu einer hoch effizienten und technisch sowie ökonomisch wettbewerbsfähigen PV-Anlage 1' können viele der Komponenten der bestehenden PV-Anlage 1 beibehalten werden. Damit wird auch ein wichtiger Aspekt der Nachhaltigkeit adressiert.
Bezugszeichenliste

1: PV-Einrichtung
1': effizientere PV-Einrichtung
11: elektrische Verbindung
21: elektrische Verbindung
100: bestehendes PV-Modul
100': Tandem-PV-Modul
110: erstes PV-Subsystem
111: erste PV-Zelle
112: erste lichtsensitive Komponente
113: Träger
115: Befestigungseinrichtung
120: zweites PV-Subsystem
121: zweite PV-Zelle
122: Perowskitschicht
122: zweite lichtsensitive Komponente, Perowskitschicht
122k: elektrische Kontakte
122n: n-dotierter Bereich
122p: p-dotierter Bereich
123: transparentes Material, Träger
123o: Laminierung
123u: Laminierung
129: transparenter Kleber
211: erste Leistungselektronikeinheit
21n: elektrische Leitung
21p: elektrische Leitung
221: zweite Leistungselektronikeinheit
300: Kontrolleinheit
300': Kontrolleinheit
L: Licht

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

WO 2018162496 A1 [0005, 0045]

Claims

PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung zum Ergänzen zu einer bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300), welche zumindest eine bestehende PV-Zelle (111) eines ersten Zelltyps umfasst, aufweisend eine Perowskit-PV-Zelle (121) mit einer flächigen, perowskitbasierten lichtsensitiven Komponente (122), wobei - die lichtsensitive Komponente (122) eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüber liegende zweite Oberfläche aufweist, wobei auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche jeweils eine Laminierung (123o, 123u) aufgebracht ist, so dass die lichtsensitive Komponente (122) durch die Laminierungen (123o, 123u) vollständig eingeschlossen ist, - die Perowskit-PV-Zelle (121) derart dimensioniert ist, dass sie auf einer Oberfläche der bestehenden PV-Zelle (111) befestigbar ist.
PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) eine Halterung (129) aufweist, mit der die Perowskit-PV-Zelle (121) an der bestehenden PV-Zelle (111) derart befestigbar ist, dass sie raumfest zur bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet ist und dass Licht L von einer Lichtquelle zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle (121) und anschließend auf die bestehende PV-Zelle (111) fällt.
PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinrichtung eine Leistungselektronikeinheit (221) umfasst, die - der Perowskit-PV-Zelle (121) zugeordnet ist, - eine von der Perowskit-PV-Zelle (121) bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der Leistungselektronikeinheit (221) bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt, - mit einer bestehenden Leistungselektronik (211) und/oder einer bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist.
PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinrichtung eine separate Kontrolleinheit (300') umfasst, - mit der die Leistungselektronikeinheit (221) regelbar ist und - die mit der bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist, so dass ein Datenaustausch zwischen der separaten Kontrolleinheit (300') und der bestehenden Kontrolleinheit (300) möglich ist.
Verwendung einer Perowskit-PV-Zelle (121) zur Verbesserung der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage mittels einer PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Perowskit-PV-Zelle (121) einer bestehenden PV-Zelle (111) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) hinzugefügt wird.
Erweiterte PV-Anlage (1') zum Bereitstellen von elektrischer Spannung bei Beleuchtung der erweiterten PV-Anlage (1') mit Licht L von einer Lichtquelle, umfassend - eine bestehende PV-Anlage (100, 200, 300), welche zumindest eine bestehende PV-Zelle (111) eines ersten Zelltyps umfasst, - eine nachträglich installierte PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach Anspruch 1 mit einer laminierten Perowskit-PV-Zelle (121).
Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) eine Halterung (129) aufweist, mittels derer die Perowskit-PV-Zelle (121) derart auf der bestehenden PV-Zelle (111) befestigt ist, dass das Licht L zunächst auf die lichtsensitive Komponente (122) der Perowskit-PV-Zelle (121) und anschließend auf die lichtsensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) fällt.
Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (129) zur Befestigung der Perowskit-PV-Zelle (121) an der bestehenden PV-Zelle (111) ein zumindest teiltransparenter Kleber ist, wobei - die Perowskit-PV-Zelle (121) mittels des Klebers (129) auf diejenige Oberfläche der bestehenden PV-Zelle (111) geklebt ist, durch die das Licht L von der Lichtquelle auf eine lichtsensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) fällt, - der Kleber (129) zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die erste PV-Zelle (111) ihre Maximaleffizienz aufweist.
Erweiterte PV-Anlage (1') nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung eine separate Leistungselektronikeinheit (221) umfasst, die der Perowskit-PV-Zelle (121) zugeordnet ist und die eine von der Perowskit-PV-Zelle (121) bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der separaten Leistungselektronikeinheit (221) bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt.
Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 9, wobei die bestehende PV-Anlage (100, 200, 300) eine bestehende Leistungselektronikeinheit (211) aufweist, die der bestehenden PV-Zelle (111) zugeordnet ist und die eine von der bestehenden PV-Zelle (111) bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U10 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der bestehenden Leistungselektronikeinheit (211) bereit zu stellende elektrische Spannung U11 wandelt, wobei die bestehende Leistungselektronikeinheit (211) von einer bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die separate Leistungselektronikeinheit (221) der Perowskit-PV-Zelle (121) mit der bestehenden Leistungselektronikeinheit (211) und/oder mit der bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist ebenfalls von der bestehenden Kontrolleinheit (300) regelbar ist.
Verfahren zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300), dadurch gekennzeichnet, dass einer bestehenden PV-Zelle (111) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) eine Perowskit-PV-Zelle (121) hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet wird, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage (100, 200, 300) in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle (121) und anschließend auf die bestehende PV-Zelle (111) fällt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle (121) eine perowskitbasierte lichtsensitive Komponente (122) laminiert wird, wobei die lichtsensitive Komponente (122) von Laminierungsschichten (123o, 123u) derart eingeschlossen wird, dass die lichtsensitive Komponente (122) vor Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle (121) an die Dimensionierung der bestehenden PV-Zelle (111) angepasst wird, wobei insbesondere die horizontalen Erstreckungen der Laminierungsschichten (123o, 123u) in x- und y-Richtung und die dementsprechenden horizontalen Erstreckungen eines Trägers (113) der bestehenden PV-Zelle (111), in den die lichtsensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) eingebettet ist, einander weitestgehend entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) mittels eines Klebers (129) auf der bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet und befestigt wird, wobei der Kleber (129) zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die erste PV-Zelle (111) ihre Maximaleffizienz aufweist.