DE102022123915A1 - Photovoltaic thermal module - Google Patents

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DE102022123915A1 DE102022123915.2A DE102022123915A DE102022123915A1 DE 102022123915 A1 DE102022123915 A1 DE 102022123915A1 DE 102022123915 A DE102022123915 A DE 102022123915A DE 102022123915 A1 DE102022123915 A1 DE 102022123915A1
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Abstract

Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul (100) angegeben mit
- einer Vielzahl von Solarzellen (2), und
- einem Flächenkühlkörper (10), wobei
- der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a), die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die zweite Platte (10b) auf einer Hauptfläche (11) der ersten Platte (10a) angeordnet ist, sodass ein erster Bereich (12) der ersten Platte (10a) von der zweiten Platte (10b) abgedeckt ist und ein zweiter Bereich (13) der ersten Platte (10a) frei von der zweiten Platte (10b) ist.

Figure DE102022123915A1_0000
A photovoltaic thermal module (100) is specified
- a variety of solar cells (2), and
- a surface heat sink (10), whereby
- the surface heat sink (10) is based on at least one inorganic material and contains a plurality of cooling channels (10c), the surface heat sink having two plates (10a, 10b) between which the cooling channels (10c) are formed, a first of the plates ( 10a), which faces the solar cells (2), is planar, wherein the cooling channels (10c) are defined by a second of the plates (10b), which faces away from the solar cells (2), and wherein the second plate (10b) is arranged on a main surface (11) of the first plate (10a), so that a first area (12) of the first plate (10a) is covered by the second plate (10b) and a second area (13) of the first plate (10a) is free from the second plate (10b).
Figure DE102022123915A1_0000

Description

Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul angegeben.A photovoltaic thermal module is specified.

Die Druckschrift WO 2015/184402 betrifft ein Photovoltaik-Modul mit einer integrierten Flüssigkühlung.The publication WO 2015/184402 concerns a photovoltaic module with integrated liquid cooling.

Es ist wünschenswert, ein Photovoltaik-thermisches Modul anzugeben, das effizient herstellbar ist und wirtschaftlich betreibbar ist.It is desirable to provide a photovoltaic thermal module that can be manufactured efficiently and operated economically.

Ausführungsformen der Offenbarung betreffen ein Photovoltaik-thermisches Modul.Embodiments of the disclosure relate to a photovoltaic thermal module.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Photovoltaik-thermische Modul, kurz PVT-Modul, eine Vielzahl von Solarzellen. Die Solarzellen basieren zum Beispiel auf Silizium und/oder auf Germanium und/oder auf einem Verbindungshalbleitermaterial wie CdTe oder wie CuInGaS, kurz CIGS, oder CuInS, kurz CIS. Ebenso können die Solarzellen auf Perovskit oder zumindest einem organischen, fotoaktiven Material basieren. Bei Dünnschichtmodulen, insbesondere basierend auf CdTe, CIGS, CIS, amorphem Si oder Perovskit, liegen die fotoaktiven Schichten bevorzugt in Streifen vor, zum Beispiel mit einer Breite von mindestens 3 mm und/oder von höchstens 3 cm.According to at least one embodiment, the photovoltaic thermal module, PVT module for short, comprises a plurality of solar cells. The solar cells are based, for example, on silicon and/or on germanium and/or on a compound semiconductor material such as CdTe or such as CuInGaS, CIGS for short, or CuInS, CIS for short. The solar cells can also be based on perovskite or at least an organic, photoactive material. In the case of thin-film modules, in particular based on CdTe, CIGS, CIS, amorphous Si or perovskite, the photoactive layers are preferably in strips, for example with a width of at least 3 mm and/or at most 3 cm.

Es ist möglich, dass mehrere verschieden Arten von Solarzellen oder Halbleitermaterialien in dem PVT-Modul miteinander kombiniert sind, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Beispielsweise weisen die einzelnen, zum Beispiel kristallinen Solarzellen einen mittleren Durchmesser von mindestens 5 cm oder von mindestens 10 cm und/oder von höchstens 50 cm auf. Der mittlere Durchmesser D ergibt sich aus einer Fläche A der Solarzelle beispielsweise wie folgt: D = (4A/π)0.5.It is possible that several different types of solar cells or semiconductor materials are combined in the PVT module to achieve higher efficiency. For example, the individual, for example crystalline, solar cells have an average diameter of at least 5 cm or at least 10 cm and/or at most 50 cm. The average diameter D results from an area A of the solar cell, for example, as follows: D = (4A/π) 0.5 .

Es ist auch möglich, dass die Zellen halbiert oder gedrittelt und so weiter oder in Streifen geschnitten sind. Damit stellen die kristallinen Solarzellen dann keine Quadrate oder Pseudo-Quadrate, sondern Rechtecke dar.It is also possible that the cells are halved or thirds and so on, or cut into strips. This means that the crystalline solar cells do not represent squares or pseudo-squares, but rather rectangles.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das PVT-Modul einen oder mehrere Flächenkühlkörper. Der bevorzugt genau eine Flächenkühlkörper kann auch als Kühlplatte oder als Rückseitenkühler bezeichnet werden. Der Flächenkühlkörper basiert auf mindestens einem anorganischen Material, wie einem Glas oder einem Metall, zum Beispiel Aluminium. Der Begriff basierend auf mindestens einem anorganischen Material' bedeutet zum Beispiel, dass mindestens 80 Gewichts-% oder mindestens 90 Gewichts-% oder mindestens 98 Gewichts-% des Flächenkühlkörpers durch das mindestens eine anorganische Material gebildet sind. Dies schließt nicht aus, dass kleine Komponenten des Flächenkühlkörpers, insbesondere nicht mechanisch tragende Komponenten wie Dichtungen oder Etiketten, aus organischen Materialien gebildet sein können.According to at least one embodiment, the PVT module comprises one or more surface heat sinks. The preferably exactly one surface heat sink can also be referred to as a cooling plate or as a back cooler. The surface heat sink is based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example aluminum. The term "based on at least one inorganic material" means, for example, that at least 80% by weight or at least 90% by weight or at least 98% by weight of the surface heat sink is formed by the at least one inorganic material. This does not rule out the possibility that small components of the surface heat sink, in particular non-mechanically load-bearing components such as seals or labels, can be made from organic materials.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Flächenkühlkörper eine Vielzahl von Kühlkanälen. Die Kühlkanäle sind dazu eingerichtet, von einer Kühlflüssigkeit durchströmt zu werden.According to at least one embodiment, the surface heat sink comprises a plurality of cooling channels. The cooling channels are designed to allow a coolant to flow through them.

Der Flächenkühlkörper erstreckt sich beispielsweise zusammenhängend über die betreffenden Solarzellen oder Teile von Solarzellen. Beispielsweise sind also alle Solarzellen des PVT-Moduls mit einem einzigen gemeinsamen Flächenkühlkörper gekoppelt, der zum Beispiel frei von Lücken oder Löchern ist.The surface heat sink extends, for example, coherently over the relevant solar cells or parts of solar cells. For example, all solar cells in the PVT module are coupled to a single common surface heat sink, which is free of gaps or holes, for example.

Der Flächenkühlkörper weist mindestens zwei Platten auf, zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Damit ist es möglich, dass der Flächenkühlkörper ein abgeschlossenes, dichtes System ist, das ohne weitere Komponenten tauglich ist, von der Kühlflüssigkeit durchströmt zu werden. Insbesondere sind die Kühlkanäle vollständig durch die Platten definiert, optional zusammen mit einem Verbindungsmittel zwischen den Platten und/oder zum Zusammenhalten der Platten.The surface heat sink has at least two plates between which the cooling channels are formed. This makes it possible for the surface heat sink to be a closed, sealed system through which the coolant can flow without any additional components. In particular, the cooling channels are completely defined by the plates, optionally together with a connecting means between the plates and/or for holding the plates together.

Die Kühlkörperplatten sind beispielsweise jeweils durch Metallplatten gebildet, zum Beispiel durch Aluminiumplatten. Alternativ sind die Kühlkörperplatten durch Glasplatten gebildet, sodass der Flächenkühlkörper lichtdurchlässig sein kann. Es ist auch möglich, die Platten aus Kunststoff und/oder Folien auszubilden.The heat sink plates are each formed, for example, by metal plates, for example aluminum plates. Alternatively, the heat sink plates are formed by glass plates, so that the surface heat sink can be translucent. It is also possible to make the panels from plastic and/or foil.

Eine erste der Platten, die den Solarzellen zugewandt ist, ist plan. Durch eine zweite der Platten, die den Solarzellen abgewandt ist, sind die Kühlkanäle definiert. Die Kühlkanäle können also in der zweiten Platte geformt sein.The first of the plates, which faces the solar cells, is flat. The cooling channels are defined by a second of the plates, which faces away from the solar cells. The cooling channels can therefore be formed in the second plate.

Die zweite Platte ist auf einer Hauptfläche der ersten Platte angeordnet. Ein erster Bereich der ersten Platte ist so von der zweiten Platte abgedeckt. Ein zweiter Bereich der ersten Platte ist frei von der zweiten Platte. Insbesondere ist ein Randbereich der ersten Platte frei von der zweiten Platte. Beispielsweise erstreckt sich die erste Platte vollständig über die Solarzellen. Die zweite Platte erstreckt sich nur teilweise über die Solarzellen. Beispielsweise ist die erste Platte an mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht. Die zweite Platte ist an einer entsprechend kleineren Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht, sodass ein Randbereich der ersten Platte frei bleibt und nicht von der zweiten Platte bedeckt ist. Die erste Platte erstreckt sich beispielsweise also über die größere Fläche als die zweite Platte. Beispielsweise weist der zweite Bereich eine Breite von mehreren Millimetern auf, beispielsweise mehr als 5 mm, beispielsweise eine Breite zwischen 5 mm und 15 mm, insbesondere beispielsweise in etwa 10 mm.The second plate is arranged on a main surface of the first plate. A first area of the first plate is thus covered by the second plate. A second area of the first plate is free of the second plate. In particular, an edge region of the first plate is free of the second plate. For example, the first plate extends completely over the solar cells. The second plate only partially extends over the solar cells. For example, the first plate is attached to at least 80% or at least 90% or at least 95% of the area of all solar cells combined. The second plate is attached to a correspondingly smaller area of all solar cells combined, so that an edge area of the first plate remains free and is not covered by the second plate. For example, the first plate extends over a larger area than the second plate. For example, the second region has a width of several millimeters, for example more than 5 mm, for example a width between 5 mm and 15 mm, in particular, for example, approximately 10 mm.

Somit ist es möglich, den zweiten Bereich frei von Kühlkanälen auszubilden. Somit können an dem zweiten Bereich des Flächenkühlkörpers beispielsweise mechanische Angriffspunkte ausgebildet werden, insbesondere zum Verbinden einzelner Elemente des PVT-Moduls oder zum Anbringen weiterer Elemente wie beispielsweise Befestigungselemente oder Klemmelemente. Eine Beschädigung der Kühlkanäle im Randbereich kann so vermieden werden. Dennoch ist es möglich, eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Platten auszugestalten und die Kühlkanäle können sich nahezu über die gesamte Fläche der zweiten Platte erstrecken. Insbesondere ist es möglich, die Kühlkanäle bis an den Rand der zweiten Platte auszubilden, sodass beispielsweise nur maximal 3 bis 4 mm am Rand der zweiten Platte ohne Kühlkanäle ausgestaltet sind. Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Herstellung des Flächenkühlkörpers beim Verbinden der beiden Platten. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht dies eine verlässliche Verbindung der beiden Platten. Die beiden Platten sind beispielsweise mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden, sodass die zweite Platte verlässlich an der ersten Platte gehalten ist.It is therefore possible to design the second area to be free of cooling channels. Thus, for example, mechanical points of attack can be formed on the second region of the surface heat sink, in particular for connecting individual elements of the PVT module or for attaching further elements such as fastening elements or clamping elements. Damage to the cooling channels in the edge area can thus be avoided. Nevertheless, it is possible to design a reliable connection between the two plates and the cooling channels can extend almost over the entire surface of the second plate. In particular, it is possible to form the cooling channels up to the edge of the second plate, so that, for example, only a maximum of 3 to 4 mm on the edge of the second plate are designed without cooling channels. This enables comparatively simple production of the surface heat sink when connecting the two plates. Alternatively or additionally, this enables a reliable connection of the two plates. The two plates are connected to one another, for example, by means of a solder connection, so that the second plate is reliably held on the first plate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der zweite Bereich die erste Platte umlaufend um die zweite Platte. Der Flächenkühlkörper weist also den zweiten Bereich rahmenartig auf. An allen vier Längsseiten des rechteckförmigen Flächenkühlkörpers ist somit der zweite Bereich ausgebildet, der frei von der zweiten Platte ist. Es ist auch möglich, dass der zweite Bereich lediglich an einem Teil der vier Längsseiten ausgebildet ist, beispielsweise an lediglich zwei sich gegenüberliegenden Längsseiten.According to at least one embodiment, the second region surrounds the first plate all the way around the second plate. The surface heat sink therefore has the second area in a frame-like manner. The second region, which is free of the second plate, is thus formed on all four long sides of the rectangular surface heat sink. It is also possible for the second region to be formed only on part of the four long sides, for example on only two opposite long sides.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul einen Trägerrahmen auf. Der Trägerrahmen ist ausgebildet, das PVT-Modul mechanisch zu tragen. Der Trägerrahmen ist in Kontakt mit dem zweiten Bereich der ersten Platte. Insbesondere dient der Trägerrahmen auch dazu, den Verbund zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper zusätzlich zu unterstützen. In dem zweiten Bereich, in dem keine Kühlkanäle ausgebildet sind, ist es möglich, die erste Platte und die Solarzellen mittels des Trägerrahmens zusammenzudrücken. Das PVT-Modul ist so in den Trägerrahmen eingespannt. Die kleinere zweite Platte ist insbesondere nicht in direktem Kontakt mit dem Trägerrahmen. Eine Beschädigung oder Beeinflussung der Kühlkanäle durch die mechanischen Kräfte des Trägerrahmens wird so vermieden.According to at least one embodiment, the PVT module has a support frame. The support frame is designed to mechanically support the PVT module. The support frame is in contact with the second area of the first plate. In particular, the support frame also serves to additionally support the connection between the solar cells and the surface heat sink. In the second area, in which no cooling channels are formed, it is possible to press the first plate and the solar cells together using the support frame. The PVT module is clamped into the support frame. The smaller second plate is in particular not in direct contact with the support frame. Damage or influence of the cooling channels by the mechanical forces of the support frame is thus avoided.

Der Trägerrahmen ist insbesondere ausgebildet, die Solarzellen und die erste Platte miteinander zu verklemmen. Dies unterstützt zusätzlich die Verbindung zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper. Beispielsweise sind die Solarzellen und die erste Platte mittels einer Laminationsfolie miteinander verbunden. Mittels des Trägerrahmens wird diese Verbindung zusätzlich mechanisch unterstützt.The support frame is designed in particular to clamp the solar cells and the first plate together. This additionally supports the connection between the solar cells and the surface heat sink. For example, the solar cells and the first plate are connected to one another using a lamination film. This connection is additionally supported mechanically by means of the support frame.

Gemäß weiterer Ausführungsformen weist der Flächenkühlkörper zwei Platten auf, zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Eine erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und eine zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt. Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert. Die erste Platte weist eine Folie oder einen Lack auf.According to further embodiments, the surface heat sink has two plates between which the cooling channels are formed. A first of the plates faces the solar cells and a second of the plates faces away from the solar cells. The cooling channels are defined by the second of the plates. The first plate has a foil or a varnish.

Beispielsweise ist die erste Platte mittels einer Folie oder eines Lacks gebildet. Beispielsweise ist die erste Platte durch eine anorganische Folie, zum Beispiel aus PET (Polyethylenterephthalat) oder einem anderen Kunststoff gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die erste Platte aus einem Lack, beispielsweise einem Klarlack, gebildet. Der Lack ist beispielsweise auf die Solarzellen aufgesprüht.For example, the first plate is formed using a film or a varnish. For example, the first plate is formed by an inorganic film, for example made of PET (polyethylene terephthalate) or another plastic. Alternatively or additionally, the first plate is formed from a varnish, for example a clear varnish. For example, the paint is sprayed onto the solar cells.

Die erste Platte aus der Folie oder dem Lack dient auch zur elektrischen Isolation gegenüber den Solarzellen, beispielsweise zur elektrischen Isolation der zweiten Platte gegenüber den Solarzellen.The first plate made of the film or the lacquer also serves for electrical insulation from the solar cells, for example for electrical insulation of the second plate from the solar cells.

Der Flächenkühlkörper ist vergleichsweise einfach herstellbar und weist ein geringeres Gewicht auf als ein Flächenkühlkörper aus zwei Metallplatten. Eine verlässliche Verbindung der zwei Platten ist auch ohne einen Lötprozess realisierbar. Insbesondere ist es so auch möglich, die beiden Platten gleich groß oder nahezu gleich groß auszubilden, sodass beide Platten im Wesentlichen die gleiche Fläche der Solarzellen abdecken.The surface heat sink is comparatively easy to produce and has a lower weight than a surface heat sink made of two metal plates. A reliable connection of the two plates can also be achieved without a soldering process. In particular, it is also possible to make the two plates the same size or almost the same size, so that both plates essentially cover the same area of the solar cells.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Folie und die zweite Platte mittels einer Klebeverbindung miteinander verbunden. Der Flächenkühlkörper weist somit beispielsweise einen PET-Aluminium-Klebeverbund auf. Es ist auch möglich, die zweite Platte aus Glas bereitzustellen, sodass der Flächenkühlkörper beispielsweise einen PET-Glas-Klebeverbund aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist der Flächenkühlkörper den Lack auf, der beispielsweise zusätzlich in dem Verbund vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass der Lack statt der Folie vorgesehen ist, sodass der Flächenkühlkörper den Lack-Aluminiumverbund oder Lack-Glasverbund aufweist.According to at least one embodiment, the film and the second plate are connected to one another by means of an adhesive connection. The surface heat sink therefore has, for example, a PET-aluminum adhesive composite. It is also possible to provide the second plate made of glass, so that the surface heat sink has, for example, a PET-glass adhesive composite. Alternatively or additionally, the surface heat sink has the paint, which is additionally provided in the composite, for example. It is also possible that the paint is provided instead of the film, so that the surface heat sink has the paint-aluminum composite or paint-glass composite.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Folie unmittelbar auf den Solarzellen angeordnet. Die Folie dient somit sowohl zum Abschließen und Abdichten der Kühlkanäle als auch zum Befestigen der Flächenkühlkörpers an den Solarzellen. Die Folie ist somit in direktem Kontakt mit den Solarzellen und auch mit der zweiten Platte.According to at least one embodiment, the film is arranged directly on the solar cells. The film is therefore used to close and seal the cooling channels as well as to attach the surface heat sink to the solar cells. The film is therefore in direct contact with the solar cells and also with the second plate.

Alternativ oder zusätzlich dient der Lack zum Einbetten der Solarzellen, sodass diese von dem Lack gehalten werden. Der Lack dient in diesem Fall beispielsweise also als Stabilisator und Träger für die Solarzellen und gleichzeitig als Abdeckung und Verbindung für die zweite Platte. Auf zusätzliche Laminationsfolien kann in dieser Ausführungsform verzichtet werden. Während der Herstellung muss kein Laminationsschritt mehr erfolgen.Alternatively or additionally, the varnish serves to embed the solar cells so that they are held by the varnish. In this case, the paint serves, for example, as a stabilizer and support for the solar cells and at the same time as a cover and connection for the second plate. Additional lamination films can be dispensed with in this embodiment. There is no longer any lamination step required during production.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul eine Frontbeschichtung auf, die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt. Die Frontbeschichtung ist mittels einer Folie oder mittels eines Lacks gebildet. Die Frontbeschichtung ersetzt beispielsweise ein Frontglas. Die Frontbeschichtung ist im Betrieb der Sonne zugewandt und ist strahlungsdurchlässig. Die Frontbeschichtung ist im Vergleich zum Frontglas deutlich leichter. Beispielsweise ist die Frontbeschichtung aus dem Lack gebildet, in dem auch die Solarzellen eingebettet sind. Es ist auch möglich, unterschiedliche Lacke zu verwenden, beispielsweise einen ersten Lack zum Einbetten der Solarzellen und zum Anbinden an die zweite Platte und einen weiteren Lack als Frontbeschichtung.According to at least one embodiment, the PVT module has a front coating which is arranged on a side of the solar cells facing away from the surface heat sink and which covers the solar cells. The front coating is formed using a film or using a varnish. The front coating replaces a front glass, for example. During operation, the front coating faces the sun and is transparent to radiation. The front coating is significantly lighter compared to the front glass. For example, the front coating is formed from the paint in which the solar cells are embedded. It is also possible to use different varnishes, for example a first varnish for embedding the solar cells and for bonding to the second plate and another varnish as a front coating.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul einen Schichtstapel auf. Der Schichtstapel weist in einer Stapelrichtung auf: die zweite Platte, die die Kühlkanäle definiert, den Lack, der als Schicht ausgebildet ist und in dem die Solarzellen eingebettet sind, die Frontbeschichtung, die den Lack abdeckt. Insbesondere weist der Schichtstapel keine wesentlichen weiteren Elemente auf, insbesondere kein Frontglas auf der der zweiten Platte abgewandten Seite der Solarzellen und keine Laminationsfolie.According to at least one embodiment, the PVT module has a layer stack. The layer stack has in one stacking direction: the second plate, which defines the cooling channels, the paint, which is formed as a layer and in which the solar cells are embedded, the front coating, which covers the paint. In particular, the layer stack does not have any significant additional elements, in particular no front glass on the side of the solar cells facing away from the second plate and no lamination film.

Gemäß weiterer Ausführungsformen weist das PVT-Modul den Flächenkühlkörper auf, der zwei Platten aufweist zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Die erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und die zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt. Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert. Die erste Platte, die den Solarzellen zugewandt ist, ist plan. Die erste Platte und die zweite Platte basieren jeweils auf mindestens einem anorganischen Material, wie einem Glas oder einem Metall, zum Beispiel Aluminium. Das PVT-Modul weist eine Lackschicht auf, in der die Solarzellen eingebettet sind. Der Flächenkühlkörper ist an der Lackschicht befestigt. Optional ist zwischen dem Flächenkühlkörper und der Lackschicht zur elektrischen Isolation eine Kunststofffolie angeordnet. Insbesondere weist das PVT-Modul die Frontbeschichtung auf, die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt, wobei die Frontbeschichtung mittels einer Folie oder eines Lack gebildet ist.According to further embodiments, the PVT module has the surface heat sink, which has two plates between which the cooling channels are formed. The first of the plates faces the solar cells and the second of the plates faces away from the solar cells. The cooling channels are defined by the second of the plates. The first plate, which faces the solar cells, is flat. The first plate and the second plate are each based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example aluminum. The PVT module has a layer of lacquer in which the solar cells are embedded. The surface heat sink is attached to the lacquer layer. Optionally, a plastic film is arranged between the surface heat sink and the lacquer layer for electrical insulation. In particular, the PVT module has the front coating, which is arranged on a side of the solar cells facing away from the surface heat sink and which covers the solar cells, the front coating being formed by means of a film or a varnish.

Beispielsweise basiert die erste Platte auf einem anorganischen Material, insbesondere aus Aluminium oder Glas. Eine Folie und/oder ein Lack, die/der zusätzlich zu dem anorganischen Material vorgesehen ist, dient insbesondere als Zwischenschicht zwischen dem Lack, in dem die Solarzellen eingebettet sind, und der anorganischen Platte des Flächenkühlkörpers. Die erste Platte weist auf einer der zweiten Platte abgewandten Seite die Folie auf. Die Folie, die beispielsweise eine PET-Folie ist, ist an dem Lack befestigt. Die Folie dient zur elektrischen Isolation zwischen dem Flächenkühlkörper und den Solarzellen.For example, the first plate is based on an inorganic material, in particular aluminum or glass. A film and/or a lacquer, which is provided in addition to the inorganic material, serves in particular as an intermediate layer between the lacquer in which the solar cells are embedded and the inorganic plate of the surface heat sink. The first plate has the film on a side facing away from the second plate. The film, which is for example a PET film, is attached to the paint. The film serves for electrical insulation between the surface heat sink and the solar cells.

Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Further advantages, features and further developments are explained below with reference to the drawings. The same reference numbers indicate the same elements in the individual figures. No references to scale are shown; rather, individual elements may be shown exaggeratedly large for better understanding.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Show it:
  • 1 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment,
  • 2 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment,
  • 3 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment, and
  • 4 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment.

Ein Photovoltaik-thermisches Modul 100, kurz PVT-Modul genannt, kombiniert Photovoltaik-Module zur Stromerzeugung mit der Nutzung der Abwärme der Module. PVT-Module wandeln somit eingestrahlte Sonnenenergie in elektrischen Strom um und die dabei auftretende Abwärme wird nutzbar gemacht. Neben elektrischer Energie produzieren solche PVT-Module gleichzeitig auch Wärme, beispielsweise in Form von Warmwasser oder anderen Kühlflüssigkeiten. Ein Beispiel für ein derartiges PVT-Modul ist in den 1 bis 3 jeweils exemplarisch dargestellt. Beispiele für die grundsätzliche Funktionsweise und Einsatzgebiete der hier beschriebenen PVT-Module 100 ist in der deutschen Patentanmeldung 10 2021 123 000.4 beschrieben.A photovoltaic-thermal module 100, called a PVT module for short, combines photovoltaic modules to generate electricity with the use of the modules' waste heat. PVT modules convert solar energy into electrical power and the resulting waste heat is made usable. In addition to electrical energy, such PVT modules also produce heat, for example in the form of hot water or other cooling liquids. An example of such PVT module is in the 1 to 3 each shown as an example. Examples of the basic functionality and areas of application of the PVT modules 100 described here can be found in the German patent application 10 2021 123 000.4 described.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Photovoltaik-thermischen Moduls 100, auch kurz als PVT-Modul bezeichnet. Das PVT-Modul 100 weist ein Frontglas 1 auf. An einer im Frontglas 1 gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Flächenkühlkörper 10. Mehrere, zum Beispiel kristalline, Solarzellen 2 sind über elektrische Zellverbinder 3 miteinander verbunden und zwischen dem Frontglas 1 und dem Flächenkühlkörper 10 angeordnet. Insbesondere sind die Solarzellen 2 mit den elektrischen Zellverbindern 3 in eine Laminationsfolie 4 eingebettet, beispielsweise in eine EVA-Folie. Die Laminationsfolie 4 befindet sich an dem Frontglas 1. 1 shows a sectional view of an exemplary embodiment of the photovoltaic thermal module 100, also referred to as a PVT module for short. The PVT module 100 has a front glass 1. On a side opposite the front glass 1 there is a surface heat sink 10. Several, for example crystalline, solar cells 2 are connected to one another via electrical cell connectors 3 and arranged between the front glass 1 and the surface heat sink 10. In particular, the solar cells 2 with the electrical cell connectors 3 are embedded in a lamination film 4, for example in an EVA film. The lamination film 4 is located on the front glass 1.

An einer dem Frontglas 1 gegenüberliegenden Seite der Laminationsfolie 4 befindet sich eine Rückwand 6, insbesondere eine Rückwandfolie, zum Beispiel eine Polyvenylfluoridfolie, kurz PVF-Folie, wie eine Tedlarfolie, oder alternativ ein Rückglas. Der Flächenkühlkörper ist insbesondere auf die Rückwand 6 aufgeklebt oder auflaminiert, beispielsweise mittels einer Haftschicht 7. Die Haftschicht 7 ist zum Beispiel aus einem Kleber oder durch eine weitere EVA-Folie gebildet. Mittels der Haftschicht 7 ist der Flächenkühlkörper 10 an dem sogenannten PV-Modul oder PV-Laminat angebunden.On a side of the lamination film 4 opposite the front glass 1 there is a back wall 6, in particular a back wall film, for example a polyvinyl fluoride film, PVF film for short, such as a Tedlar film, or alternatively a back glass. The surface heat sink is in particular glued or laminated onto the rear wall 6, for example by means of an adhesive layer 7. The adhesive layer 7 is formed, for example, from an adhesive or by another EVA film. By means of the adhesive layer 7, the surface heat sink 10 is connected to the so-called PV module or PV laminate.

Das PVT-Modul 100 weist einen Rahmen 5 auf. Der Rahmen 5, beispielsweise aus Aluminium, trägt das PVT-Modul 100 mechanisch, insbesondere das PV-Laminat und den Flächenkühlkörper 10.The PVT module 100 has a frame 5. The frame 5, for example made of aluminum, mechanically supports the PVT module 100, in particular the PV laminate and the surface heat sink 10.

Der Rahmen 5 weist eine obere Halterung 5a und eine untere Halterung 5b auf, die beispielsweise jeweils horizontal vorspringen. Durch die obere Halterung 5a und die untere Halterung 5b wird eine Klemmverbindung 5c ausgebildet. Mittels der Klemmverbindung 5c wird ein Schichtstapel 25 entlang einer Stapelrichtung 26 zusammengedrückt und verklemmt. Der Schichtstapel 25 umfasst insbesondere das Frontglas 1 und den Flächenkühlkörper 10 sowie die dazwischen angeordneten Schichten, die entlang der Stapelrichtung 26 aufeinander angeordnet sind.The frame 5 has an upper bracket 5a and a lower bracket 5b, each of which projects horizontally, for example. A clamping connection 5c is formed by the upper holder 5a and the lower holder 5b. By means of the clamping connection 5c, a layer stack 25 is compressed and clamped along a stacking direction 26. The layer stack 25 includes in particular the front glass 1 and the surface heat sink 10 as well as the layers arranged between them, which are arranged one on top of the other along the stacking direction 26.

Der Flächenkühlkörper 10 weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in eine der beiden Platten 10b durch einen Stanzvorgang eine Kanalstruktur mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt. Diese Kanalstruktur besteht aus vielen Verästelungen und ist darauf optimiert, möglichst effizient Wärme abzuführen und möglichst niedrige Druckverluste zu ermöglichen.The surface heat sink 10 in particular has two thin aluminum sheets 10a, 10b, which are connected to one another. For example, a channel structure with a plurality of cooling channels 10c is impressed into one of the two plates 10b by a punching process. This channel structure consists of many branches and is optimized to dissipate heat as efficiently as possible and to enable the lowest possible pressure losses.

Die zweite Platte 10b mit den Kühlkanälen 10c wird mittels eines Lötprozesses mit der ersten Platte 10a verbunden. Die zweite Platte 10b ist auf einer den Solarzellen 2 abgewandten Hauptfläche 11 der ersten Platte 10a angeordnet. Die Hauptfläche 11 weist eine größere Ausdehnung auf als die quer dazu angeordneten Seitenflächen oder Randflächen der ersten Platte 10a.The second plate 10b with the cooling channels 10c is connected to the first plate 10a using a soldering process. The second plate 10b is arranged on a main surface 11 of the first plate 10a facing away from the solar cells 2. The main surface 11 has a larger extent than the side surfaces or edge surfaces of the first plate 10a arranged transversely thereto.

Die zweite Platte 10b ist in einem ersten Bereich 12 der ersten Platte 10a angeordnet. Der erste Bereich 12 ist insbesondere ein mittiger Bereich der ersten Platte 10a. Der erste Bereich 12 ist lateral von einem zweiten Bereich 13 umgeben. Der zweite Bereich 13 ist nicht von der zweiten Platte 10b bedeckt. Die zweite Platte 10b ist nur in dem mittigen ersten Bereich 12 angeordnet und insbesondere von einem Rand 15 des Schichtstapels 25 beabstandet.The second plate 10b is arranged in a first area 12 of the first plate 10a. The first area 12 is in particular a central area of the first plate 10a. The first area 12 is laterally surrounded by a second area 13. The second area 13 is not covered by the second plate 10b. The second plate 10b is arranged only in the central first region 12 and is in particular spaced from an edge 15 of the layer stack 25.

Zwischen dem seitlichen Rand 15, der in der Schnittansicht entlang der Stapelrichtung 26 verläuft, und der zweiten Platte 10b ist quer zur Stapelrichtung 26 der zweite Bereich 13 vorgesehen, an dem die erste Platte 10a insbesondere nicht bedeckt ist. Die zweite Platte 10b weist somit einen Abstand 14, der quer zur Stapelrichtung 26 entlang der Hauptfläche 11 gemessen ist, auf. Beispielsweise ist der Abstand 14 in einem Bereich von mehr als 5 mm bis zu 20 mm, insbesondere zwischen 7 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 9 und 11 mm, beispielsweise 10 mm. Die zweite Platte 10b ist seitlich also mit dem Abstand 14 von dem Rand 15 beabstandet angeordnet.Between the lateral edge 15, which runs along the stacking direction 26 in the sectional view, and the second plate 10b, the second region 13 is provided transversely to the stacking direction 26, on which the first plate 10a is in particular not covered. The second plate 10b thus has a distance 14 which is measured transversely to the stacking direction 26 along the main surface 11. For example, the distance 14 is in a range from more than 5 mm to 20 mm, in particular between 7 mm and 15 mm, in particular between 9 and 11 mm, for example 10 mm. The second plate 10b is arranged laterally at a distance 14 from the edge 15.

Die erste Platte 10a deckt die Solarzellen 2 flächig, insbesondere vollständig oder nahezu vollständig ab. Die zweite Platte 10b ist im Vergleich dazu kleiner ausgebildet. Insbesondere ist die von der zweiten Platte 10b abgedeckte Fläche kleiner als die von der ersten Platte 10a abgedeckte Fläche.The first plate 10a covers the solar cells 2 flatly, in particular completely or almost completely. The second plate 10b is smaller in comparison. In particular, the area covered by the second plate 10b is smaller than the area covered by the first plate 10a.

Der Rahmen 5 ist im zweiten Bereich 13 in Kontakt mit dem Flächenkühlkörper 10. Der Rahmen 5 kontaktiert die erste Platte 10a im zweiten Bereich 13. Die zweite Platte 10b wird insbesondere nicht direkt von dem Rahmen 5 berührt. Die Klemmverbindung 5c ist zwischen der ersten Platte 10a und dem Frontglas 1 ausgebildet. Die zweite Platte bleibt von mechanischen Belastungen, die direkt von der unteren Halterung 5b ausgewirkt werden, unbeeinträchtigt. Dazu ist die zweite Platte 10b kleiner ausgebildet als die erste Platte 10a, sodass der zweite Bereich 13 ausgebildet ist. Die Klemmverbindung 5c ist somit mit der ersten Platte 10a ausgebildet, die keine Kühlkanäle 10c aufweist, sondern insbesondere plan ausgebildet ist.The frame 5 is in contact with the surface heat sink 10 in the second area 13. The frame 5 contacts the first plate 10a in the second area 13. The second plate 10b is in particular not directly touched by the frame 5. The clamp connection 5c is formed between the first plate 10a and the front glass 1. The second plate remains unaffected by mechanical loads that are exerted directly by the lower holder 5b. For this purpose, the second plate 10b is made smaller than the first plate 10a, so that the second region 13 is formed. The clamp connection 5c is thus formed with the first plate 10a, which does not have any cooling channels 10c, but is in particular flat.

Die zweite Platte 10b, die die Kühlkanäle 10c aufweist, kann ohne die unmittelbare Einwirkung der Klemmverbindung 5c an der ersten Platte 10a befestigt werden. Dies ermöglicht eine besonders verlässliche Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und der zweiten Platte 10b mittels eines Lots. Die Kühlkanäle 10c können auf der zweiten Platte 10b beliebig verteilt werden und insbesondere auch nah an einen seitlichen Rand geführt werden, was für die verlässliche Lotverbindung nutzbringend ist. Eine Beschädigung der Kühlkanäle 10c durch die Klemmverbindung 5c, insbesondere die untere Halterung 5b, ist so vermeidbar.The second plate 10b, which has the cooling channels 10c, can be attached to the first plate 10a without the direct action of the clamping connection 5c. This enables a particularly reliable connection between the first plate 10a and the second plate 10b using a solder. The cooling channels 10c can be distributed as desired on the second plate 10b and in particular can also be guided close to a side edge, which is useful for the reliable solder connection. Damage to the cooling channels 10c by the clamp connection 5c, in particular the lower holder 5b, can be avoided.

Die erste Platte 10a ist umlaufend um die zweite Platte 10b beispielsweise zirka 10 mm größer. Somit ist es möglich, die erste Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b einzufügen. Die zweite Platte 10b gerät dabei nicht in Konflikt und/oder Kontakt mit dem Rahmen 5. Aufgrund der verlässlichen Lötverbindung zwischen den beiden Platten 10a, 10b stellt es keine Beeinträchtigung der Stabilität dar, dass die zweite Platte 10b nicht in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b eingeführt ist.The first plate 10a is, for example, approximately 10 mm larger all around the second plate 10b. Thus, it is possible to insert the first plate 10a into the gap of the frame 5 between the upper bracket 5a and the lower bracket 5b. The second plate 10b does not come into conflict and/or contact with the frame 5. Due to the reliable soldered connection between the two plates 10a, 10b, there is no impairment of stability if the second plate 10b does not get into the gap between the upper holder 5a and the lower bracket 5b is introduced.

Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird zusätzlich zu der Haftschicht 7 die Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und dem PV-Laminat verstärkt. Das PV-Laminat und der Flächenkühlkörper 10 werden mittels des Rahmens, insbesondere mittels der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b, zusammengedrückt und verpresst. Die erste Platte 10a wird von der unteren Halterung 5b in Richtung des Frontglases 1 gedrückt. Der Flächenkühlkörper 10 kann mit der ersten Platte 10a in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b des Rahmens 5 eingefügt werden. Dadurch wird zusätzlich zum Kleben/Laminieren noch ein weiter Fixierungsprozess bewerkstelligt. Die Flächenkühlkörper 10 hält besser und stabiler auf der PV-Struktur. Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird eine zusätzliche widerstandfähige Verbindung zum PV-Laminat realisiert.By clamping the first plate 10a into the gap of the frame 5, in addition to the adhesive layer 7, the connection between the first plate 10a and the PV laminate is strengthened. The PV laminate and the surface heat sink 10 are compressed and pressed together by means of the frame, in particular by means of the upper holder 5a and the lower holder 5b. The first plate 10a is pressed towards the front glass 1 by the lower holder 5b. The surface heat sink 10 can be inserted with the first plate 10a into the gap between the upper bracket 5a and the lower bracket 5b of the frame 5. This creates a further fixation process in addition to gluing/laminating. The surface heat sink 10 holds better and more stable on the PV structure. By clamping the first plate 10a into the gap in the frame 5, an additional robust connection to the PV laminate is realized.

Die Kühlkanäle sind in der zweiten Platte 10b ausgebildet und können insbesondere mit einem geringen Abstand zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b ausgebildet werden, beispielsweise mit einem Abstand von maximal 3 bis 4 mm. Trotz dieses geringen Abstands zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b werden die Kühlkanäle 10c beim Verklemmen des Schichtstapels 25 im Rahmen 5 nicht beschädigt, da die zweite Platte 10b in Bezug auf die erste Platte 10a zurückgezogen ausgebildet ist. Die erste Platte 10a springt lateral über die zweite Platte 10b vor, um den Kontaktbereich 12 auszubilden.The cooling channels are formed in the second plate 10b and can in particular be formed at a small distance from the lateral edge of the second plate 10b, for example at a maximum distance of 3 to 4 mm. Despite this small distance from the lateral edge of the second plate 10b, the cooling channels 10c are not damaged when the layer stack 25 is clamped in the frame 5, since the second plate 10b is designed to be retracted in relation to the first plate 10a. The first plate 10a protrudes laterally over the second plate 10b to form the contact area 12.

Das PVT-Modul 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 weist somit eine besonders widerstandsfähige Verbindung der Schichten des Schichtstapels 25 auf.The PVT module 100 according to the exemplary embodiment of 1 thus has a particularly resistant connection of the layers of the layer stack 25.

2 zeigt das PVT-Modul 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das PVT-Modul 100 gemäß 2 entspringt im Wesentlichen dem PVT-Modul 100 gemäß 1. Insbesondere der Flächenkühlkörper 10 ist jedoch unterschiedlich ausgebildet. 2 shows the PVT module 100 according to a further exemplary embodiment. The PVT module 100 according to 2 essentially originates from the PVT module 100 1 . However, the surface heat sink 10 in particular is designed differently.

Die erste Platte 10a, die in Kontakt mit der Laminationsfolie 4 der Solarzellen 2 ist, ist nicht aus Aluminium oder Glas ausgebildet. Die erste Platte 10a weist eine Folie 21 auf oder besteht aus der Folie 21 beziehungsweise ist aus der Folie 21 gebildet. Die Folie 21 ist insbesondere eine anorganische Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie, insbesondere eine PET-Folie.The first plate 10a, which is in contact with the lamination film 4 of the solar cells 2, is not made of aluminum or glass. The first plate 10a has a film 21 or consists of the film 21 or is formed from the film 21. The film 21 is in particular an inorganic film, for example a plastic film, in particular a PET film.

Die Folie 21 schließt die Kühlkanäle 10c der zweiten Platte 10b ab. Zusätzlich verbindet die Folie 21 die zweite Platte 10b mit dem PV-Laminat, insbesondere mit den Solarzellen 2. Zusätzlich trägt die Folie 21 zur elektrischen Isolation zwischen der zweiten Platte 10b und den Solarzellen 2 bei.The film 21 closes the cooling channels 10c of the second plate 10b. In addition, the film 21 connects the second plate 10b to the PV laminate, in particular to the solar cells 2. In addition, the film 21 contributes to the electrical insulation between the second plate 10b and the solar cells 2.

Die Folie 21 und die zweite Platte 10b sind mittels einer Klebeverbindung 22 miteinander verbunden. Da kein Lötprozess zum Verbinden der beiden Platten 10a, 10b des Flächenkühlkörpers 10 stattfindet, kann die zweite Platte 10b anders als im Ausführungsbeispiel der 1 bis an den Rand 15 des PVT-Moduls 100 reichen. Die Kühlkanäle 10c können ausreichend weit vom Rand 15 beabstandet sein, um den Rahmen 5 und die Klemmverbindung 5c so auszubilden, dass die Kühlkanäle 10c nicht beschädigt werden. Die Verbindung zwischen der zweiten Platte 10b und der ersten Platte 10a, die als Folie 21 ausgebildet ist, ist mittels der Klebeverbindung 22 verlässlich realisiert. Der Flächenkühlkörper 10 besteht somit beispielsweise aus einem PET-Aluminium-Klebeverbund. Es ist auch möglich, die zweite Platte 10b aus Glas bereitzustellen.The film 21 and the second plate 10b are connected to one another by means of an adhesive connection 22. Since there is no soldering process to connect the two plates 10a, 10b of the surface heat sink 10, the second plate 10b can be used differently than in the exemplary embodiment 1 extend to the edge 15 of the PVT module 100. The cooling channels 10c can be spaced sufficiently far from the edge 15 in order to design the frame 5 and the clamping connection 5c in such a way that the cooling channels 10c are not damaged. The connection between the second plate 10b and the first plate 10a, which is designed as a film 21, is reliably implemented by means of the adhesive connection 22. The surface heat sink 10 therefore consists, for example, of a PET-aluminum adhesive composite. It is also possible to provide the second plate 10b made of glass.

Die Klebeverbindung 22 und der verwendete Kleber werden so gewählt, dass die zweite Platte 10b ausreichend stark mit der Folie 21 verbunden ist, auch um beispielsweise einen Überdruck von 0,5 bar auszuhalten, mit dem Kühlmittel typischerweise durch die Kühlkanäle 10c fließt. Die Folie 21 ist so ausgebildet und gewählt, dass sie resistent gegen das Kühlmittel ist, das beispielsweise ein Glykolwassergemisch ist. Die Folie 21 ist so ausgebildet, dass die Folie als Feuchtigkeitsbarriere dient und keine Feuchtigkeit zu den Solarzellen 2 lässt.The adhesive connection 22 and the adhesive used are selected so that the second plate 10b is connected to the film 21 sufficiently strongly, for example to withstand an overpressure of 0.5 bar, with which coolant typically flows through the cooling channels 10c. The film 21 is designed and selected so that it is resistant to the coolant, which is, for example, a glycol-water mixture. The film 21 is designed in such a way that the film serves as a moisture barrier and does not allow any moisture to reach the solar cells 2.

In der Herstellung ist es möglich, den Flächenkühlkörper 10 mit der Folie 21 direkt in einem einzigen Laminationsprozess zusammen mit den Solarzellen 2 und der Laminationsfolie 4 zusammen zu laminieren. Dies spart insbesondere die Rückwandfolie 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ein. Somit werden Kosten eingespart aufgrund der Materialeinsparung und des eingesparten zusätzlichen Laminationsschrittes und/oder Klebeprozesses während der Herstellung.During production, it is possible to laminate the surface heat sink 10 with the film 21 directly in a single lamination process together with the solar cells 2 and the lamination film 4. This saves in particular the back wall film 6 according to the exemplary embodiment 1 a. Costs are thus saved due to the material savings and the additional lamination step and/or gluing process saved during production.

Es ist auch möglich, das Frontglas 1 durch eine Frontbeschichtung 23 zu ersetzen. Diese besteht beispielsweise aus einer weiteren Folie oder einer transparenten Lackschicht. Die weitere Folie ist beispielsweise eine flexible transparente Folie, beispielsweise eine PET-Folie. Die Frontbeschichtung 23 ermöglicht ein leichtes PVT-Modul 100. Zudem lässt sich das PVT-Modul 100 einfacher herstellen, da es keine unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Frontglas 1 und der zweiten Platte 10b aus Aluminium mehr auszugleichen gibt.It is also possible to replace the front glass 1 with a front coating 23. This consists, for example, of another film or a transparent layer of lacquer. The further film is, for example, a flexible transparent film, for example a PET film. The front coating 23 enables a light PVT module 100. In addition, the PVT module 100 is easier to manufacture since there are no longer any different expansion coefficients to compensate for between the front glass 1 and the second aluminum plate 10b.

Es ist auch möglich, im Ausführungsbeispiel gemäß 1 anstatt dem Frontglas 1 die Frontbeschichtung 23 vorzusehen und den Flächenkühlkörper 10 mit der ersten Platte 10a aus Aluminium oder Glas. Somit sind unterschiedliche Kombinationen der Ausführungsbeispiele der 1, 2 und 3 möglich und von dieser Offenbarung umfasst.It is also possible in the exemplary embodiment according to 1 Instead of the front glass 1, the front coating 23 should be provided and the surface heat sink 10 with the first plate 10a made of aluminum or glass. Thus, different combinations of the exemplary embodiments are possible 1 , 2 and 3 possible and covered by this disclosure.

Das PVT-Modul 100 mit der Folie 21 und der Frontbeschichtung 23 aus einer Folie lässt sich mittels einer einzigen Lamination herstellen, bei der die Solarzellen 2, die Folie 23, die Laminationsfolie 4 und die Folie 21 mit der zweiten Platte 10b in einem einzigen Schritt miteinander verbunden werden. Als Laminationsfolie dient dazu bevorzugt EVA.The PVT module 100 with the film 21 and the front coating 23 made of a film can be produced by means of a single lamination, in which the solar cells 2, the film 23, the lamination film 4 and the film 21 with the second plate 10b in a single step be connected to each other. EVA is preferably used as the lamination film.

3 zeigt das Photovoltaik-thermische Modul 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Anstatt des Frontglases 1 weist das PVT-Modul 100 gemäß 3 die Frontbeschichtung 23 aus einem Klarlack auf. Derartiger Klarlack, der auch über die gesamte Lebensdauer ausreichend stabil gegenüber Witterung, UV-Strahlung und sonstigen Einflüssen ist, ist zum Beispiel aus dem Automobilbereich bekannt. 3 shows the photovoltaic thermal module 100 according to a further exemplary embodiment. Instead of the front glass 1, the PVT module 100 according to 3 the front coating 23 consists of a clear varnish. Such a clear coat, which is sufficiently stable to weather, UV radiation and other influences over its entire service life, is known, for example, from the automotive sector.

Die Solarzellen 2 sind nicht mehr in der Laminationsfolie 4 eingebettet, sondern in einer Lackschicht 24. Die Lackschicht 24 befestigt die Solarzellen 2 und umgibt diese. Die Lackschicht 24 wird so aufgebracht, dass insbesondere die Einstrahlungsseite der Solarzellen 2 nicht von der Lackschicht 24 bedeckt ist. Die Lackschicht 24 umformt und umgibt die Solarzellen 2, sodass diese ausreichend mechanisch stabilisiert werden. Zudem wirkt die Lackschicht 24 als Kleber beziehungsweise Haftschicht zum Anbinden der zweiten Platte 10b. Die Lackschicht 24 dient somit auch als erste Platte 10a. Die Lackschicht 24 erfüllt somit die Funktionalität der Laminationsfolie 4 und der ersten Platte 10a im Ausführungsbeispiel gemäß 1.The solar cells 2 are no longer embedded in the lamination film 4, but in a lacquer layer 24. The lacquer layer 24 attaches the solar cells 2 and surrounds them. The lacquer layer 24 is applied in such a way that in particular the irradiation side of the solar cells 2 is not covered by the lacquer layer 24. The lacquer layer 24 reshapes and surrounds the solar cells 2 so that they are sufficiently mechanically stabilized. In addition, the lacquer layer 24 acts as an adhesive or adhesive layer for connecting the second plate 10b. The lacquer layer 24 thus also serves as the first plate 10a. The lacquer layer 24 thus fulfills the functionality of the lamination film 4 and the first plate 10a in the exemplary embodiment 1 .

Die Kühlkanäle 10c sind in der zweiten Platte 10b gebildet zwischen der zweiten Platte 10b und der Lackschicht 24. An der der zweiten Platte 10b abgewandten Seite der Solarzellen 2 wird die Frontbeschichtung 23, also insbesondere der Klarlack, aufgesprüht.The cooling channels 10c are formed in the second plate 10b between the second plate 10b and the lacquer layer 24. The front coating 23, i.e. in particular the clear lacquer, is sprayed on the side of the solar cells 2 facing away from the second plate 10b.

Das Ausführungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß 3 ist also insbesondere ohne Laminationsschritt herstellbar. Zudem können kostenintensive Materialien wie Laminationsfolien und/oder Tedlarfolien oder Haftvermittlungsfolien und Schichten eingespart werden. Die Herstellung ist deutlich vereinfacht und die Prozessschritte zur Herstellung sind reduziert und somit die Prozesskette vereinfacht. Zur Herstellung wird die Einbettungslackschicht 24 auf die zweite Platte 10b aufgebracht. Die Solarzellen 2 werden in die Lackschicht 24 eingebettet. Die Lackschicht 24 härtet aus. Nachfolgend wird der Lack für die Frontbeschichtung 23 aufgebracht. Somit ist das PVT-Modul 100 fertig hergestellt. Auf eine Frontabdeckung aus Glas kann verzichtet werden. Die Herstellung ist sehr ressourcenschonend und energieschonend. Das PVT-Modul 100 weist ein sehr geringes Gewicht auf und ist leicht. Das PVT-Modul 100 ist kostengünstig.The exemplary embodiment of the PVT module 100 according to 3 can therefore be produced in particular without a lamination step. In addition, cost-intensive materials such as lamination films and/or Tedlar films or adhesion-promoting films and layers can be saved. Manufacturing is significantly simplified and the process steps for manufacturing are reduced, thus simplifying the process chain. For production, the embedding lacquer layer 24 is applied to the second plate 10b. The solar cells 2 are embedded in the lacquer layer 24. The lacquer layer 24 hardens. The paint for the front coating 23 is then applied. The PVT module 100 is therefore finished. There is no need for a glass front cover. The production is very resource-saving and energy-saving. The PVT module 100 has a very low weight and is light. The PVT module 100 is cost-effective.

4 zeigt das Photovoltaik-thermische Modul 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das PVT-Modul 100 weist die Lackschicht 24 auf, die die Solarzellen 2 befestigt und umgibt. Die Lackschicht 24 ist so aufgebracht, dass insbesondere die Einstrahlungsseite der Solarzellen 2 nicht von der Lackschicht 24 bedeckt ist. Die Lackschicht 24 umformt und umgibt die Solarzellen 2, sodass diese ausreichend mechanisch stabilisiert sind. Die Lackschicht 24 erfüllt somit insbesondere die Funktionalität der Laminationsfolie 4. Zudem weist das PVT-Modul 100 die Frontbeschichtung 23 aus einem Klarlack auf. 4 shows the photovoltaic thermal module 100 according to a further exemplary embodiment. The PVT module 100 has the lacquer layer 24, which attaches and surrounds the solar cells 2. The lacquer layer 24 is applied in such a way that in particular the radiation side of the solar cells 2 is not covered by the lacquer layer 24. The lacquer layer 24 reshapes and surrounds the solar cells 2 so that they are sufficiently mechanically stabilized. The lacquer layer 24 thus fulfills in particular the functionality of the lamination film 4. In addition, the PVT module 100 has the front coating 23 made of a clear lacquer.

Der Flächenkühlkörper 10 ist weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf, die miteinander verbunden sind, beispielsweise miteinander verlötet. In die zweite Platte 10b ist durch einen Stanzvorgang die Kanalstruktur mit der Vielzahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt. Die erste Platte 10a ist mit der Lackschicht 24 verbunden. Die zweite Platte 10b reicht gemäß Ausführungsbeispielen wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 an den Rand 15 des PVT-Moduls 100. The surface heat sink 10 has in particular two thin aluminum sheets 10a, 10b, which are connected to one another, for example soldered together. The channel structure with the plurality of cooling channels 10c is stamped into the second plate 10b by a punching process. The first plate 10a is connected to the lacquer layer 24. According to exemplary embodiments, the second plate 10b is sufficient as in the exemplary embodiment 2 and 3 to the edge 15 of the PVT module 100.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die zweite Platte 10b wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zurückgesetzt, sodass an der ersten Platte 10a der zweite Bereich 13 ausgebildet ist, der nicht von der zweiten Platte 10b bedeckt ist.According to further exemplary embodiments, the second plate 10b is as in the exemplary embodiment according to 1 reset, so that the second region 13 is formed on the first plate 10a, which is not covered by the second plate 10b.

Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten Platte 10a und der Lackschicht 24 eine Folie 21 vorgesehen, insbesondere eine PET-Folie. Die Folie 21 dient zur elektrischen Isolierung zwischen dem Flächenkühlkörper 10 und den Solarzellen 2. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird auf die Folie 21 verzichtet, insbesondere wenn die Lackschicht 24 selbst ausreichen elektrisch isolierend ist. Die erste Platte 10a ist in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an der Lackschicht 24 befestigt.According to the in 4 In the exemplary embodiment shown, a film 21, in particular a PET film, is provided between the first plate 10a and the lacquer layer 24. The film 21 serves for electrical insulation between the surface heat sink 10 and the solar cells 2. According to further exemplary embodiments, the film 21 is dispensed with, particularly if the lacquer layer 24 itself is sufficiently electrically insulating. In this exemplary embodiment, the first plate 10a is attached directly to the lacquer layer 24.

Das Ausführungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß 4 ist also insbesondere ohne Laminationsschritt herstellbar. Zudem können kostenintensive Materialien wie Laminationsfolien und/oder Tedlarfolien oder Haftvermittlungsfolien und Schichten eingespart werden. Auf die Frontabdeckung aus Glas kann verzichtet werden. Das PVT-Modul 100 lässt sich einfach und zuverlässig herstellen, da es keine unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Frontglas 1 und dem Flächenkühlkörper 10 aus Aluminium mehr auszugleichen gibt. Es ist auch möglich, die Solarzellen 2 in der Laminationsfolie 4 einzubettet, wie in Zusammenhang mit 1 erläutert. Der Flächenkühlkörper 10 dient zur mechanischen Unterstützung und die Frontbeschichtung 23 aus dem Klarlack deckt die Solarzellen 2 nach oben ab.The exemplary embodiment of the PVT module 100 according to 4 can therefore be produced in particular without a lamination step. In addition, cost-intensive materials such as lamination films and/or Tedlar films or adhesion-promoting films and layers can be saved. There is no need for a glass front cover. The PVT module 100 can be manufactured easily and reliably since there are no longer any different expansion coefficients to compensate for between the front glass 1 and the surface heat sink 10 made of aluminum. It is also possible to embed the solar cells 2 in the lamination film 4, as in connection with 1 explained. The surface heat sink 10 serves for mechanical support and the front coating 23 made of the clear varnish covers the solar cells 2 at the top.

Anwendungsgebiete für die hier beschriebenen PVT-Module 100 sind Solarzellen 2 aller Art, zum Beispiel kristalline oder bifaziale kristalline Module oder Dünnschichtmodule. Weiterhin kommen insbesondere folgende Einsatzgebiete der Module 100 in Betracht: Aufdach, Industrie, Freifläche, Niedertemperatur-Wärmenetze, schwimmende Anlagen, große Freiflächen-Solarparks, insbesondere in heißen Gegenden wie USA, Indien, Spanien, Arabien, Australien, Chile.Areas of application for the PVT modules 100 described here are solar cells 2 of all types, for example crystalline or bifacial crystalline modules or thin-film modules. Furthermore, the following areas of application for the modules 100 come into consideration in particular: rooftop, industry, open space, low-temperature heating networks, floating systems, large open-space solar parks, especially in hot areas such as the USA, India, Spain, Arabia, Australia, Chile.

Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Prozesszeiten und Herstellungskomplexität können verringert werden. Dies führt zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der PVT-Module 100 insbesondere im Unterschied zu herkömmlichen PVT-Modulen mit Kupferrohren.The PVT module 100 according to the various exemplary embodiments can be produced comparatively inexpensively. Process times and manufacturing complexity can be reduced. This leads to increased economic efficiency of the PVT modules 100, particularly in contrast to conventional PVT modules with copper tubes.

Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele zeichnet sich aus durch eine verbesserte Zuverlässigkeit und Qualität auf Grund der doppelte Fügeverbindung mittels Klebung/Lamination und Klemmung im Rahmen 5. Zudem sind deutliche Vereinfachungen im Produktionsprozess möglich. Wesentlich weniger Einsatz von teuren Materialien ist realisierbar. Niedrigere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit sind somit möglich.The PVT module 100 according to the various exemplary embodiments is characterized by improved reliability and quality due to the double joint connection using gluing/lamination and clamping in the frame 5. Significant simplifications in the production process are also possible. Significantly less use of expensive materials can be achieved. Lower costs and greater profitability are therefore possible.

BezugszeichenReference symbols

100100
Photovoltaik-thermisches Modul (PVT-Modul)Photovoltaic thermal module (PVT module)
11
FrontglasFront glass
22
SolarzelleSolar cell
33
elektrischer Zellverbinderelectrical cell connector
44
LaminationsfolieLamination film
55
RahmenFrame
5a5a
obere Halterungtop bracket
5b5b
untere Halterunglower bracket
5c5c
KlemmverbindungClamp connection
66
RückwandBack wall
77
HaftschichtAdhesive layer
1010
FlächenkühlkörperSurface heat sink
10a10a
erste Platte, den Solarzellen zugewandtfirst plate, facing the solar cells
10b10b
zweite Platte, den Solarzellen abgewandtsecond plate, facing away from the solar cells
10c10c
KühlkanalCooling channel
1111
Hauptflächemain area
1212
erster Bereichfirst area
1313
zweiter Bereichsecond area
1414
AbstandDistance
2121
Foliefoil
2222
KlebeverbindungAdhesive connection
2323
FrontbeschichtungFront coating
2424
Lackschichtvarnish layer
2525
SchichtstapelLayer stack
2626
StapelrichtungStacking direction

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  • DE 1020211230004 [0032]DE 1020211230004 [0032]

Claims (13)

Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit - einer Vielzahl von Solarzellen (2), und - einem Flächenkühlkörper (10), wobei - der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a), die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die zweite Platte (10b) auf einer Hauptfläche (11) der ersten Platte (10a) angeordnet ist, sodass ein erster Bereich (12) der ersten Platte (10a) von der zweiten Platte (10b) abgedeckt ist und ein zweiter Bereich (13) der ersten Platte (10a) frei von der zweiten Platte (10b) ist.Photovoltaic thermal module (100) with - a variety of solar cells (2), and - a surface heat sink (10), whereby - the surface heat sink (10) is based on at least one inorganic material and contains a plurality of cooling channels (10c), the surface heat sink having two plates (10a, 10b) between which the cooling channels (10c) are formed, a first of the plates ( 10a), which faces the solar cells (2), is planar, wherein the cooling channels (10c) are defined by a second of the plates (10b), which faces away from the solar cells (2), and wherein the second plate (10b) is arranged on a main surface (11) of the first plate (10a), so that a first area (12) of the first plate (10a) is covered by the second plate (10b) and a second area (13) of the first plate (10a) is free of the second plate (10b). Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 1, bei dem sich die erste Platte (10a) über eine größere Fläche erstreckt als die zweite Platte (10b).Photovoltaic thermal module Claim 1 , in which the first plate (10a) extends over a larger area than the second plate (10b). Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Bereich (13) der ersten Platte (10a) umlaufend um die zweite Platte (10b) angeordnet ist.Photovoltaic thermal module Claim 1 or 2 , in which the second region (13) of the first plate (10a) is arranged circumferentially around the second plate (10b). Photovoltaik-thermisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend einen Trägerrahmen (5), der das Photovoltaik-thermische Modul (100) mechanisch trägt, wobei der Trägerrahmen (5) in Kontakt mit dem zweiten Bereich (13) der ersten Platte (10a) ist.Photovoltaic thermal module according to one of the Claims 1 until 3 , comprising a support frame (5) which mechanically supports the photovoltaic-thermal module (100), the support frame (5) being in contact with the second region (13) of the first plate (10a). Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 4, bei dem der Trägerrahmen (5) die Solarzellen (2) und die erste Platte (10a) miteinander verklemmt.Photovoltaic thermal module Claim 4 , in which the support frame (5) clamps the solar cells (2) and the first plate (10a) together. Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit - einer Vielzahl von Solarzellen (2), und - einem Flächenkühlkörper (10), wobei - der Flächenkühlkörper (10) eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a) den Solarzellen (2) zugewandt ist und durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die erste Platte (10a) eine Folie (21) und/oder einen Lack (24) aufweist.Photovoltaic thermal module (100) with - a variety of solar cells (2), and - a surface heat sink (10), whereby - the surface heat sink (10) contains a plurality of cooling channels (10c), the surface heat sink having two plates (10a, 10b), between which the cooling channels (10c) are formed, a first of the plates (10a) being the solar cells (2) is facing and the cooling channels (10c) are defined by a second of the plates (10b), which faces away from the solar cells (2), and wherein the first plate (10a) has a film (21) and/or a varnish (24). having. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6, bei dem die Folie (21) und/oder der Lack (24) und die zweite Platte (10b) mittels einer Klebeverbindung (22) miteinander verbunden sind.Photovoltaic thermal module (100) according to Claim 6 , in which the film (21) and/or the lacquer (24) and the second plate (10b) are connected to one another by means of an adhesive connection (22). Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Folie (21) und/oder der Lack (24) unmittelbar auf den Solarzellen (2) angeordnet ist.Photovoltaic thermal module (100) according to Claim 6 or 7 , in which the film (21) and / or the paint (24) is arranged directly on the solar cells (2). Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 bis 8, wobei die erste Platte (10a) mittels einer Folie (21) und/oder eines Lacks (24) gebildet ist.Photovoltaic thermal module (100) according to Claim 6 until 8th , wherein the first plate (10a) is formed by means of a film (21) and / or a varnish (24). Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 bis 9, bei dem die Solarzellen (2) in dem Lack (24) einbettet sind.Photovoltaic thermal module (100) according to Claim 6 until 9 , in which the solar cells (2) are embedded in the paint (24). Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, aufweisend eine Frontbeschichtung (23), die auf einer dem Flächenkühlkörper (10) abgewandten Seite der Solarzellen (2) angeordnet ist und die die Solarzellen (1) abdeckt, wobei die Frontbeschichtung (23) mittels einer Folie oder eines Lack gebildet ist.Photovoltaic thermal module (100) according to one of the Claims 6 until 10 , having a front coating (23) which is arranged on a side of the solar cells (2) facing away from the surface heat sink (10) and which covers the solar cells (1), the front coating (23) being formed by means of a film or a varnish. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Ansprüchen 10 und 11, wobei das Photovoltaik-thermische Modul (100) einen Schichtstapel (25) aufweist, der in einer Stapelrichtung (26) aufweist: - die zweite Platte (10b), die die Kühlkanäle (10c) definiert, - den Lack (24), der als Schicht ausgebildet ist und in dem die Solarzellen (2) eingebettet sind, - die Frontbeschichtung (23), die den Lack (24) abdeckt.Photovoltaic thermal module (100) according to Claims 10 and 11 , wherein the photovoltaic-thermal module (100) has a layer stack (25) which has in a stacking direction (26): - the second plate (10b), which defines the cooling channels (10c), - the paint (24), which is designed as a layer and in which the solar cells (2) are embedded, - the front coating (23), which covers the paint (24). Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit - einer Vielzahl von Solarzellen (2), die in einer Lackschicht (24) eigebettet sind, und - einem Flächenkühlkörper (10), wobei - der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a), die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und - der Flächenkühlkörper (10) an der Lackschicht (24) befestigt ist.Photovoltaic thermal module (100) with - a large number of solar cells (2) which are embedded in a layer of lacquer (24), and - a surface heat sink (10), whereby - the surface heat sink (10) is based on at least one inorganic material and contains a plurality of cooling channels (10c), the surface heat sink having two plates (10a, 10b) between which the cooling channels (10c) are formed, a first of the plates ( 10a), which faces the solar cells (2), is planar, with the cooling channels (10c) being defined by a second of the plates (10b), which faces away from the solar cells (2), and - The surface heat sink (10) is attached to the lacquer layer (24).
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