DE102021000667A1

DE102021000667A1 - Leichtbau-Photovoltaik-Anlage

Info

Publication number: DE102021000667A1
Application number: DE102021000667.4A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Vorgeschlagen werden witterungsbeständige biegsame Leichtbau-Photovoltaik-Module 1, die an senkrechten Flächen 2 unter Umständen zur Sonne hin neigbar sicher angebracht werden können, so dass sie nicht herunter fallen können. Das gelingt einerseits dadurch, dass die PV-Module besonders leicht sind, weil die Schutzschicht um die PV-Zellen durch eine geschickte Verklebung der Deck- und Rückseitenplatte ersetzt wird. Zum Anderen sind die Module durch Halteklötze 13 an der Rückseitenplatte 8, Rohrhalterungen 5 und Durchsteckrohre 6 mit dem Tragegerüst 3,4 an der Wand so verankert, dass sie sich nicht selbst lösen können.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung dient zur Nutzung von senkrechten Flächen wie Fassaden und Balkongeländern für Photovoltaik (PV)-Anlagen. Wenn die senkrechten Flächen und die geneigten oder horizontalen Dach- oder Freigeländeflächen genutzt werden, kann die Gesamtfläche installierter Photovoltaik-Anlagen vervielfältigt werden.
Stand der Technik
Am Markt üblich gewordene PV-Module mit 40 - 80 PV-Zellen bestehen von vorn nach hinten aus einer Deckplatte aus Glas, dahinter eine Schutzschicht aus Kunststoff, dann die verlöteten PV-Zellen, dahinter wieder eine Schutzschicht, hinten dann die Rückseitenplatte. Die verlöteten PV-Zellen sind in die Schutzschichten aus Ethylenvinylacetat (EVA), thermoplastischen Olefinen (TPO) u.a. eingeschmolzen, damit sie bzw. die Verlötungen vor Korrosion durch eindringendes Wasser oder Luftschadstoffe geschützt sind. Die eine Schutzschicht ist in der Regel unten an die Deckplatte angeschmolzen. Zum Verschmelzen der Schutzschicht sind hohe Temperaturen (über 140 °C) erforderlich, was große Öfen erfordert. In den meisten PV-Anlagen sind PV-Zellen eingesetzt, die leicht brechen und dann Ihre Fähigkeit verlieren, Licht in Strom umzuwandeln.
Damit die PV-Zellen sowie auch die Deckplatte aus Glas nicht brechen, weisen die am Markt üblichen PV-Module einen biegesteifen hohen Rahmen auf. Alternativ wurde in WO2007/062633 eine flächige Stützstruktur auf der Unterseite der Rückseitenplatte vorgesehen. Mit dem Rahmen bzw. der Stützstruktur liegen die Module auf einem steifen Tragegerüst und sind darauf mit Klammern befestigt. In der Regel halten die Klammern die Module über viele Jahre. Es kann aber vorkommen, dass sich Klammern lösen, Module verrutschen und Deckplatten aus Glas brechen. Für diesen Fall wurden Auffangnetze für die Splitter auf der PV-Modulrückseite vorgeschlagen ( DE20 2011 000 078 ). Wenn solche PV-Module sich an senkrechten Flächen lösen würden, würden sie herunterfallen und wegen ihres hohen Gewichts enormen Schaden verursachen.
Bei der Patentanmeldung DE 197 52 678 liegen die zerbrechlichen PV-Zellen auf einer ebenen nicht biegsamen Fläche. Die mit einer Antireflexschicht versehene Deckscheibe ist mit Abstand darüber befestigt. Der Abstand wird durch einen Rahmen vorgegeben. Der Rahmen ist nach außen hin abgedichtet.
In der Patentanmeldung DE10 2010 030 074 und der Gebrauchsmusterschrift DE212012 000 175 wird vorgeschlagen, die Deck- und Rückseitenplatte aus Kunststoff herzustellen und biegsame PV-Zellen einzusetzen. Die verlöteten PV-Zellen sind in Schutzschichten wie oben beschrieben ein- und an die Deckplatte angeschmolzen. Dabei muss aber die Temperatur niedrig gehalten werden, damit die Deckplatte transparent und eben bleibt. Dann ist es erfahrungsgemäß auch unter Vakuum nicht mehr möglich, Gasblasen in den Schutzschichten zu vermeiden, die die Sonnenstrahlen beeinträchtigen. Solche PV-Module haben ihre Vorzüge darin, dass sie verformbar sind und gewölbten Fahrzeug-Karosserien angepasst werden können.
Daneben gibt es am Markt typische Leichtbau-PV-Module, die nur aus den Schutzschichten mit den eingeschmolzenen biegsamen PV-Zellen bestehen. Evtl. ist eine dünne, eine geringe Biegesteifigkeit bietende Rückseitenplatte mit eingeschmolzen. Diese Module dürfen nicht stark gebogen oder belastet werden, weil auch die biegsamen PV-Zellen nicht zu stark gebogen werden dürfen, so dass sie brechen. Ausserdem sind die angeschmolzenen Schutzschichten nicht witterungsbeständig, z.B. gegen Hagel, Schneemassen oder Flutregen.
Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik
Der Erfindung liegt die idee zugrunde, in Grenzen biegsame PV-Zellen mit einer in Grenzen biegsamen Deckplatte aus Kunststoff so zu kombinieren, dass ein auch gegen sehr schwierige Witterungsbedingungen dauerhaft beständiges besonders leichtes Leichtbau-PV-Modul entsteht. Das Leichtbau PV-Modul kann an senkrechten Wänden so befestigt werden, dass es sich nicht von selbst lösen und herunter fallen kann, und wenn es trotzdem herunterfällt, keinen schwerwiegenden Schaden verursacht (Sicherheit, wie sie in der Luftfahrt oder Pharma-Industrie üblich ist).
Das erfindungsgemäße Modul besteht aus einer dünnen Deckplatte aus Kunststoff und einer Rückseitenplatte aus Kunststoff. Im engen Spalt dazwischen liegen die verlöteten PV-Zellen ohne Schutzschichten in einem Gasraum. Der Gasraum kann mit Luft oder auch speziellen Gasen gefüllt sein. Die PV-Zellen werden durch die eng anliegenden Deck- und Rückseitenplatte an Ort und Stelle gehalten. Der Anpressdruck ist aber nicht so hoch, dass sich die PV-Zellen nicht bewegen können und zerreißen, wenn die Sonne stark einstrahlt und sich die PV-Zellen und die Platten aus Kunststoff unterschiedlich wärmedehnen. Bisherige Erfahrungen haben gezeigt, dass die PV-Module mit einem Gasraum bzw. die PV-Zellen aufgrund besonders guter Wärmeleitung gar nicht über 50 °C heiß werden. Somit ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die verlöteten PV-Zellen Schaden nehmen.
Der dünne Spalt ist am Modulrand doppelt verschlossen, innen durch einen auf beiden Seiten mit einem Kleber bestrichenen Klebestreifen, der die Deckplatte mit dem Klebestreifen und die Rückseitenplatte mit dem Klebestreifen flüssigkeits- und gasundurchlässig verbindet und aussen mit einem elastischen Kleber, der die Deckplatte und die Rückseitenplatte so materialvernetzend verklebt, dass der Spalt zwischen den Kunststoffplatten gefüllt wird.
Die Module weisen auf der Unterseite der Rückseitenplatte vier Halteklötze oder auch zwei flalteschienen aus besonders leichtem Kunststoff auf, die in Längsrichtung mit der Rückseitenplatte materialvernetzend verklebt sind. Die Dicke der Deck- und Rückseitenplatte sowie die Halteklötze bzw. Halteschienen sind so gewählt, dass die Module sich unter maximaler Belastung (z.B. Schneelast oder Windstoß) nicht so weit durchbiegen, dass die PV-Zellen bzw. die KunststoffPlatten Schaden nehmen.
Die beiden Halteklötze oben wie auch die Haltekötze unten sind in einer Flucht gelocht, so dass jeweils ein Durchsteckrohr hindurch gesteckt werden kann. Das Durchsteckrohr ist in Rohrhalterungen wie Rohrbügel auf dem Tragegerüst gehalten, so dass die Module sich auf keinen Fall von selbst lösen können. Es ist maximale Sicherheit gegeben, so dass die erfindungsgemäße PV-Anlage auch an senkrechten Wänden oder Balkonen angebracht werden kann, unter denen Gehwege oder Straßen verlaufen.
Die PV-Module sind so leicht, dass sie einzeln oder mehrere nebeneinander in ihrer Neigung zur Sonne im Tagesverlauf einfach verstellt werden können. Dazu werden die oberen Durchsteckrohre der übereinander angebrachten PV-Module am Tragegerüst fest verankert. Die unteren Durchsteckrohre werden an einem schwenkbaren Hebel befestigt, dessen anderes Ende an einer Verschiebestange befestigt ist. Die Verschiebestange ist am Tragegenist befestigt, so dass sie in Längsrichtung verschoben werden kann. Wenn die PV-Module nicht geneigt sind, hängen sie mitsamt dem Hebel, dem unteren Durchsteckrohr und der Verschiebestange am oberen Durchsteckrohr und am Tragegerüst. Zum Neigen der PV-Module wird die Verschiebestange nach oben geschoben. Der Hebel stellt sich schräg. Dadurch entfernen sich die unteren Durchsteckrohre von dem Tragegerüst, wodurch die PV-Module zur Sonne hin gekippt werden.
Die Verschiebestange kann mit Hilfe eines Motors nach oben und unten bewegt werden.
Ausführungsbeispiel
Die Ausführung wird am Beispiel einer Photovoltaik-Anlage an einer senkrechten Fassade beschrieben und in 1, 2, 3 und 4 dargestellt. 1 stellt einen Schnitt durch die Installation an der Fassade dar mit einem angedeuteten Schnitt durch die PV-Module. 2 zeigt den Verschluss des Spaltes durch zweifache Verklebungen, 3 die Halteklötze bzw. Halteschienen auf der Unterseite der PV-Module sowie die elektrischen Anschlüsse eines PV-Moduls und 4 die Einrichtung, um die PV-Modufe in ihrem Anstellwinkel zur Sonne zu verstehen.
Eingesetzt werden Leichtbaumodule 1.
Das Tragegerüst, z.B. in 1 an der Fassade 2 bilden übliche Haken 3, die die Last der Photovoltaik-Anlage aufnehmen und gleichmäßig an die Fassade übertragen. Auf den Haken sind Rechteckrohre 4 parallel zur Fassade angeschraubt. Die Rechteckrohre weisen in bestimmten Abständen fest verschraubte Rohrbügel 5 auf. Der Nenndurchmesser der Rohrbügel entspricht dem der Durchsteckrohre 6. Die Durchsteckrohre 6 verbinden das Tragegerüst 3 fest mit den PV-Modulen 1.
Die Leichtbau-PV-Module 1 bestehen aus einer dünnen transparenten, nicht reflektierenden Kunststoff-Deckplatte 7 auf der Oberseite und einer möglichst Licht reflektierenden Rückseitenplatte 8. Im Spalt 9 dazwischen liegen die PV-Zellen 10, die untereinander verlötet sind - die angelöteten Stromleitbahnen sind hier nicht dargestellt.
Der Spalt 9 ist so klein wie möglich, auf jeden Fall kleiner als 0,5 mm breit. Sonst könnten Verunreinigungen der eingeschlossenen Luft im Spalt Korrosion an den Photovoltaik-Zellen verursachen.
Um die PV-Zellen am Rand der PV-Module ist gemäß 2 ein dünner zweiseitiger Klebestreifen 11 angebracht. Der Streifen ist an die Deckplatte und an die Rückseitenplatte so angeklebt, dass er Gas- und Flüssigkeit abweist. In dem Spalt außen vor dem Streifen ist ein Kleber 12 rundum schlüssig aufgetragen, der mit den Platten chemisch vernetzt ist, den Spalt bis zum Klebestreifen füllt und ihn ebenfalls gegen Gas und Flüssigkeitseintritt verschließt.
Die Module weisen gemäß 3 auf ihrer Rückseitenplatte vier Halteklötze 13 oder zwei Halteschienen 14 mit Löchern zum Durchschieben von Durchsteckrohren 6 auf. Die hier nicht dargestellten Stromleitbahnen von den PV-Zellen sind im Diodenkasten 15 zusammengeführt. Vom Lötkasten führen Gieichsfromkabef 16 zu anderen Modulen oder zur elektrischen Anschlussdose eines Wechselrichters oder Ladegerätes.
In 4 ist dargestellt, wie die Modulreihen zur Sonne geneigt werden können. Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt, aber nicht im Zusammenhang mit Leichtbau-Photovoltaik-Anlagen. In der Vorrichtung sind die Durchsteckrohre 6 durch die unteren Halteklötze über einen Hebel 17 mit den Rohrbügeln 5 an einer Verschiebestange 18 befestigt. Die Verschiebestange 18 ist in Längsrichtung verschiebbar über eine Längsführung 19 an dem Rechteckrohr befestigt.
Wenn die PV-Module nicht geneigt sind, hängt der Hebel 17 parallel zu den Rechteckrohren 4. Der Abstand zwischen den Rohrbügeln 5 jeder PV-Modul-Reihe ist maximal. Zum Neigen der Module wird das Verschieberohr mit Hilfe eines Elektromotors 20 nach oben geschoben. Der Abstand zwischen den beiden Rohrbügeln 5 jeder PV-Modul-Reihe wird kleiner. Der Druck auf den Hebel 17 sorgt dafür, dass er sich neigt und das PV-Modul 1 schräg stellt. In der Regel werden nur zwei Verschiebestangen 18 links und rechts von dem PV-Modulfeld aus mehreren PV-Modul-Reihen benötigt, um die PV-Module 1 auf diese Weise zu neigen.
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 2007/062633 [0003]
DE 202011000078 [0003]
DE 19752678 [0004]
DE 102010030074 [0005]
DE 212012000175 [0005]

Claims

Photovoltaik-Anlage gekennzeichnet dadurch, dass Leichtbau-Photovoltaik-Module eingesetzt werden bestehend aus einer Deckplatte aus Kunststoff einer Rückseitenplatte aus Kunststoff im Spalt dazwischen fertig verlöteten biegsamen Photovoltaik-Zellen einem rundum wasser- und gasundurchlässigen Verschluss des Spalts durch eine zweifache Verklebung am Rand der Platten. auf der Rückseitenplatte unlösbar befestigten Halteklötzen mit Löchern zum Durchstecken von Rohren, die durch Rohrhalterungen auf dem Tragegerüst gesteckt werden, so dass sich die PV-Module nicht von selbst vom Tragegerüst lösen können.
Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch dass der Spalt zwischen der Deckplatte und der Rückseitenplatte rundum durch einen beidseitig klebenden Klebestreifen und zusätzlich einen die Deckplatte und die Rückseitenplatte vernetzend verklebenden spaltschliessenden Kleber zweifach gegen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt verschlossen ist.
Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, dass der Spalt zwischen der Deckplatte und der Rückseitenplatte maximal 0,5 mm groß ist.
Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, dass das Material und die Dicke eines Leichtbau-Photovoltaik- Moduls aus der Deckplatte und der Rückseitenplatte so gewählt werden, dass sich das PV-Modul unter maximal auftretender Belastung an jeder Stelle nur so weit verbiegt, das die PV-Zellen nicht brechen.
Photovoltaik-Antage nach Anspruch 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, dass auf der Rückseitenplatte parallel zu einer ihrer Kanten Halteschienen mit jeweils zwei Löchern zum Durchstecken von Rohren befestigt sind.
Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 1 bis 5 gekennzeichnet dadurch, dass Leichtbau-Photovoltaik-Module eingesetzt werden bestehend aus mindestens zwei Hattektötzen zur Befestigung der Module am Tragegerüst, mindestens zwei Halteklötzen die über Kniegelenke an einem Ende eines Hebels befestigt sind, mindestens zwei Hebeln, die am einen Ende an den Halteklötzen und am anderen Ende über Kniegelenke an Verschiebestangen befestigt sind, mindestens zwei Verschiebestangen, die in Längsrichtung verschoben werden können, mindestens zwei Führungen, in denen die Verschiebestangen geführt werden, einem Antrieb zur Längsverschiebung der Verschiebestangen.