DE102023100868A1

DE102023100868A1 - Formkörper und Verfahren für ein Photovoltaik-Modul

Info

Publication number: DE102023100868A1
Application number: DE102023100868.4A
Authority: DE
Inventors: Jiri Springer; Wilhelm Stein
Original assignee: Sunmaxx Pvt GmbH
Current assignee: Sunmaxx Pvt De GmbH
Priority date: 2022-08-02
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2024-02-08

Abstract

Ein Formkörper (6, 7) zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls, insbesondere eines Photovoltaik-thermischen Moduls (4), weist auf. - eine entlang einer Hochrichtung (Z) konkav gewölbte oder konvex gewölbte Oberseite (11) zum Wölben eines Schichtstapels (12) mit mindestens zwei Schichten (1, 2, 3) für das Photovoltaikmodul (4). Zudem wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels (12) für ein Photovoltaikmodul angegeben.

Description

Es wird ein Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls angegeben, insbesondere zum Herstellen eines Photovoltaik-thermischen Moduls. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul angegeben, insbesondere für ein Photovoltaik-thermisches Modul.
Die Druckschrift WO 2015/184402 betrifft ein Photovoltaikmodul mit einer integrierten Flüssigkühlung.
Es ist wünschenswert, einen Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls anzugeben, der eine verlässliche Herstellung ermöglicht. Zudem ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul anzugeben, das eine zuverlässige Bearbeitung des Schichtstapels und damit insbesondere eine zuverlässige Herstellung des Photovoltaikmoduls ermöglicht.
Ausführungsformen der Offenbarung betreffen einen Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls, insbesondere eines Photovoltaik-thermischen Moduls. Weitere Ausführungsformen der Offenbarung betreffen ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul, insbesondere für ein Photovoltaik-thermisches Modul. Insbesondere ist das Verfahren Teil eines Herstellungsverfahrens für ein Photovoltaikmodul. Beispielsweise wird bei dem Verfahren ein Formkörper gemäß zumindest einer der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen des Formkörpers gelten somit auch für das Verfahren und umgekehrt.
Der Formkörper weist eine entlang einer Hochrichtung konkav gewölbte oder konvex gewölbte Oberseite auf. Der Formkörper mit der gewölbten Oberseite ist ausgebildet zum Wölben eines Schichtstapels für das Photovoltaikmodul. Der Schichtstapel weist mindestens zwei Schichten auf. Der Schichtstapel ist nachfolgend Teil des Photovoltaikmoduls. Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe, eine Laminationsfolie und/oder einen Flächenkühlkörper. Beispielsweise sind bereits Solarzellen mit der Glasscheibe verbunden und der Flächenkühlkörper wird mittels Laminieren an der Glasscheibe mit den Solarzellen befestigt.
Beispielsweise ist das Photovoltaikmodul ein konventionelles Photovoltaikmodul ohne Kühlkörper. Beispielsweise weist das Photovoltaikmodul kristalline Solarzellen und/oder Dünnschichtsolarzellen auf. Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe und den kristallinen Solarzellen. Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe und den Dünnschichtsolarzellen. Mittels des Formkörpers lassen sich beispielsweise bewusst gewölbte Module herstellen, zum Beispiel für Fassaden. Es ist auch möglich bei konventionellen Photovoltaikmodulen mittels des Formkörpers ungewünschte Wölbungen auszugleichen, um möglichst plane Module zu realisieren.
Mittels des Formkörpers ist der Schichtstapel wölbbar beziehungsweise biegbar. Während der Herstellung des Photovoltaikmoduls ist es somit möglich, den Schichtstapel mit Hilfe des Formkörpers gewünscht zu wölben. Diese Wölbung gleicht insbesondere Spannungen aus, die in dem Schichtstapel aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoffizienten entstehen können. Ohne den Formkörper würden diese Spannungen zu einer ungewollten Wölbung des Schichtstapels führen. Der Formkörper ermöglicht eine entgegengesetzte Wölbung des Schichtstapels während der Herstellung, sodass die Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten nachfolgend diese Wölbung genau ausgleichen und ein planer Schichtstapel vorliegt. Dieser Schichtstapel verzieht sich nicht mehr ungewollt aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten des Schichtstapels.
Aufgrund seiner konvexen oder konkaven Form wird der Formkörper auch als Linse, insbesondere als mechanische Linse, bezeichnet. Als eine konkave Wölbung entlang der Hochrichtung wird im Kontext dieser Offenbarung insbesondere eine nach innen gekrümmte Form der Oberseite verstanden, wobei die Hochrichtung senkrecht auf eine Haupterstreckungsebene der Oberseite steht. Entsprechend ist unter einer konvexen Wölbung eine nach außen gekrümmte Form zu verstehen, wobei die Hochrichtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Oberseite steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Formkörper eine Mehrzahl flächig ausgedehnter Platten auf. Die Platten sind entlang der Hochrichtung aufeinandergestapelt. Die Hochrichtung ist quer zur flächigen Ausdehnung ausgerichtet. Insbesondere weisen die flächig ausgedehnten Platten eine unterschiedlich große flächige Ausdehnung zueinander auf. Somit ist mittels der aufeinandergestapelten Platten der gewölbte Formkörper ausbildbar. Um beispielsweise die konvex gewölbte Oberseite auszubilden, werden in der Hochrichtung die ausgedehnten Platten kleiner. Beispielsweise ist die Oberseite mittels einer flächigen Abschlussplatte ausgebildet, die die aufeinandergestapelten Platten nach oben abdeckt. Somit ist eine plane Oberseite realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Formkörper alternativ oder zusätzlich zu der Mehrzahl der Platten eine Mehrzahl von Stäben auf. Die Stäbe sind jeweils entlang der Hochrichtung länglich ausgedehnt. Die Stäbe sind quer zur Hochrichtung nebeneinander angeordnet. Mittels unterschiedlich langer Stäbe ist die gewölbte Oberseite ausbildbar. Es ist auch möglich, Platten und Stäbe zu kombinieren, beispielsweise in der Hochrichtung zunächst flächig ausgedehnte Platten und nachfolgend länglich ausgedehnte Stäbe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Formkörper aus einem Vollkörper gebildet. Somit ist der Formkörper einstückig ausgebildet. Beispielsweise ist der Formkörper aus einem einzigen Materialblock gefräst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberseite vollflächig. Insbesondere bei der Verwendung eines Vollkörpers und/oder bei der Verwendung der Mehrzahl der Platten ist die Oberseite vollflächig ausgebildet. Auch bei der Verwendung von Stäben kann die Oberseite vollflächig ausgebildet sein. In diesem Fall muss allerdings eine zusätzliche Abdeckschicht auf die Oberseite der Stäbe aufgebracht sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Oberseite eine Ausnehmung oder mehrere Ausnehmungen aufweist. Beispielsweise werden die Zwischenräume zwischen den Stäben als Ausnehmung bezeichnet. Es ist auch möglich, auf die Stäbe eine Abschlussstruktur, beispielsweise ein Drahtgeflecht, aufzubringen, um die Oberseite mit den Ausnehmungen auszubilden. Alternativ ist die eine ganzflächige Abschlussplatte vorgesehen, um eine plane Oberseite auf den Stäben auszubilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberseite nur entlang einer Längsachse gewölbt. Die Längsachse verläuft quer zur Hochrichtung. Entlang einer Querachse, die quer zur Längsachse und zur Hochachse verläuft, ist die Oberseite nicht gewölbt. Entlang der Querachse verläuft die Oberseite geradlinig.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist die Oberseite entlang der Längsachse gewölbt und entlang der Querachse. Somit ist mittels des Formkörpers eine Wölbung des Schichtstapels entlang aller Raumrichtungen in einem einzigen Wölbeprozess möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Formkörper eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K), insbesondere 50 W/(m·K). Der Formkörper weist eine Wärmeleitfähigkeit auf, die groß genug ist, um während der Herstellung und Bearbeitung in den Schichtstapel einzubringende und/oder abzuführende Wärme ausreichend gut zu leiten. Auch andere Werte für die Wärmeleitfähigkeit sind möglich. Beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/(m·K) oder mindestens 400 W/(m·K). Aufgrund der ausreichend hohen Wärmeleitfähigkeit ermöglicht der Formkörper ein Kühlen des Schichtstapels nach einem Laminationsprozess zum Verbinden der Schichten des Schichtstapels. Es ist auch möglich, den Formkörper während des Laminationsprozesses zu verwenden. In diesem Fall leitet der Formkörper aufgrund der genügend großen Wärmeleitfähigkeit die für die Laminierung notwendige Wärme zum Schichtstapel. Der Schichtstapel kühlt gemäß Ausführungsbeispielen auf dem Formkörper ab. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kühlt der Schichtstapel nicht auf dem Formköper ab, sondern wird nach dem Laminieren noch erhitzt von dem Formkörper abgelöst. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird der Schichtstapel nicht auf dem Formköper laminiert, sondern wird nach dem Laminieren auf den Formkörper aufgebracht und gewölbt, insbesondere in einem erhitzten Zustand.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Formkörper aus einem Kunststoff gebildet. Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist der Formkörper zusätzlich oder alternativ aus einem Metall gebildet, beispielsweise aus einem Aluminium oder Stahl. Es ist möglich, dass der Formkörper lediglich ein einziges Material aufweist oder aus einer Materialkombination gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Bereitstellen des Schichtstapels auf. Der Schichtstapel wird auf einem Formkörper gemäß einem der hier beschriebenen Ausführungsformen gestapelt, sodass der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt, insbesondere an der Oberseite des Formkörpers. Dadurch wird der Schichtstapel mittels des Formkörpers gewölbt. Nachfolgend wird der Schichtstapel von dem Formkörper gelöst. Nach dem Lösen ist der Schichtstapel insbesondere plan. Die Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wirken entgegen der Wölbung des Schichtstapels und gleichen diese somit bei vorgesehenen Betriebstemperaturen des Photovoltaikmoduls aus. Gemäß zumindest einem weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Aufheizen des Schichtstapels. Das Aufheizen dient zum Laminieren zumindest eines Teils des Schichtstapels während der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt. Somit sind das Wölben und das Laminieren des Schichtstapels in einem gemeinsamen Prozess durchführbar.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Reduzieren einer Temperatur des Schichtstapels, während der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt. Der Schichtstapel kühlt nach dem Laminieren ab, während der Schichtstapel mittels des Formkörpers gewölbt wird. Der Abkühlschritt des Schichtstapels während des Anliegens an dem Formkörper ist auch möglich, wenn der Schichtstapel unabhängig von dem Formkörper laminiert wurde und somit während des Laminierens nicht an dem Formkörper anliegt. In diesem Fall wird der Schichtstapel nach dem Laminieren vor dem Abkühlen an die Oberseite des Formkörpers angelegt und gewölbt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Schichtstapel mit mindestens einem metallischen Flächenkühlkörper und einer Glasscheibe bereitgestellt. Der metallische Flächenkühlkörper und die Glasscheibe weisen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Mittels der Wölbung ist dennoch eine plane Ausbildung des metallischen Flächenkühlkörpers und der Glasscheibe realisierbar, sodass nachfolgend beim Betrieb des Photovoltaikmoduls keine ungewollten Spannungen und Wölbungen auftreten.
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 oder dick dargestellt sein.
Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines Formkörpers mit einem Schichtstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel,
1B eine schematische Darstellung eines Photovoltaik-thermischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Formkörpers mit einem Schichtstapel gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3A bis 3G jeweils schematische Darstellungen des Formkörpers gemäß unterschiedlicher Ansichten und/oder Ausführungsbeispielen, und
4 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Photovoltaik-thermischen Moduls.

Ein Photovoltaik-thermisches Modul 4 (1B, 4), kurz PVT-Modul genannt, kombiniert Photovoltaikmodule 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.
Das PVT-Modul 4 weist einen Schichtstapel 12 auf. Der Schichtstapel 12 weist eine Mehrzahl von entlang einer Hochrichtung Z gestapelten Schichten auf. Der Schichtstapel 12 weist insbesondere ein PVT-Laminat 1 mit einer Glasscheibe 13 auf. Der Schichtstapel 12 weist eine Laminationsfolie 2 auf. Die Laminationsfolie 2 ist zwischen dem PVT-Laminat 1 und einem Flächenkühlkörper 3 angeordnet. Das PVT-Laminat 1 weist insbesondere zusätzlich Solarzellen 102, elektrische Zellverbinder 103 und weitere Elemente auf, um den Photovoltaikteil des PVT-Moduls 4 zu bilden.
Die Schichten des Schichtstapels 12 werden mittels eines Laminationsprozesses unter Einwirkung von hohen Temperaturen zusammengefügt. Beispielsweise werden hierfür Temperaturen von 130 °C bis 150 °C verwendet, sodass das PV-Laminat 1 mittels der Laminationsfolie 2 mit dem Flächenkühlkörper 3 verbunden wird.
1A zeigt den Schichtstapel 12 während eines Herstellungs- beziehungsweise Bearbeitungsschrittes.
Mittels eines Formkörpers 6 ist der Schichtstapel 12 wölbbar. Der Formkörper 6 weist eine konvex gewölbte Oberseite 11 auf. Die Oberseite wölbt sich somit nach außen in der Hochrichtung Z. Der Schichtstapel 12 wird gegen die Oberseite 11 gedrückt, sodass der Schichtstapel 12 aufgrund der gewölbten Oberseite 11 auch gewölbt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 mit dem konvex gewölbten Formkörper 6 liegt das PV-Material 1 unmittelbar auf dem Formkörper 6 auf und der Flächenkühlkörper 3 ist dem Formkörper 6 abgewandt. Der Schichtstapel 12 ist so auf dem Formkörper 6 aufgelegt, dass das PV-Material 1 der Oberseite 11 zugewandt ist und insbesondere die Oberseite 11 unmittelbar berührt.
Der Formkörper 6 ist mit einer Heizplatte oder Kühlplatte 5 thermisch und/oder mechanisch verbunden. Es ist möglich, dass der Formkörper 6 zum Laminieren des PV-Materials 1 mit dem Flächenkühlkörper 3 in einem Laminationsofen angeordnet ist. Der Schichtstapel 12 ist während des Laminationsprozesses auf der Oberseite 11 angeordnet und gewölbt. Mittels der Heizplatte 5 wird die Wärme mittels des Formkörpers 6 auf den Schichtstapel 12 übertragen. Hierfür weist der Formkörper 6 eine ausreichend gute Wärmeleitfähigkeit auf.
Es ist auch möglich, dass der Schichtstapel 12 unabhängig von dem Formkörper 6 laminiert wird. Der Schichtstapel 12 wird beispielsweise wie herkömmlich laminiert.
Nach dem Laminationsprozess, sowohl wenn der Schichtstapel 12 während des Laminierens auf dem Formkörper 6 auflag als auch wenn der Laminationsprozess ohne dem Formkörper 6 stattgefunden hat, kühlt der Schichtstapel 12 auf dem Formkörper 6 ab. Beispielsweise wird also der Schichtstapel 12 nach dem Laminieren noch bei hoher Temperatur auf die Oberseite 11 aufgelegt und so aufgedrückt, dass der Schichtstapel 12 gemäß der Oberseite 11 gewölbt wird.
Die Wölbung des Schichtstapels 12 führt dazu, dass bei der Abkühlung auftretende Spannungen und Wölbungen im Schichtstapel 12 ausgeglichen werden. Der Flächenkühlkörper 3, der stärker gestreckt wird als das PV-Laminat 1, zieht sich beim Abkühlen stärker zusammen als das PV-Material 1 und insbesondere als die Glasscheibe 13. Dieses Zusammenziehen führt dazu, dass die mittels des Formkörpers 6 induzierte Wölbung ausgeglichen wird. Aufgrund der Abkühlung wölbt sich der Schichtstapel 12 genau in die entgegengesetzte Richtung zu der mittels des Formkörpers 6 induzierten Wölbung.
Der abgekühlte Schichtstapel 12 weist somit bei normalen Betriebstemperaturen von beispielsweise -30 °C bis +80 °C eine plane Ausdehnung entlang einer Ebene quer zur Hochrichtung Z auf. Ungewollte Wölbungen, die während des Abkühlens oder im Betrieb aufgrund der auftretenden Temperaturschwankungen herkömmlich entstehen können, sind so vermeidbar oder zumindest reduzierbar. Ein derartiger Schichtstapel 12 beziehungsweise das Photovoltaik-thermische Modul nach der Abkühlung ist schematisch in 1B dargestellt. Das PVT-Modul 4 weist entlang der Hochrichtung Z keine ungewollten Wölbungen auf und ist plan entlang einer Ebene angeordnet, die durch eine Längsachse L und eine Querachse B aufgespannt ist. Die Längsachse L, die Querachse B und die Hochrichtung Z sind insbesondere jeweils senkrecht zueinander angeordnet.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Hochrichtung Z eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 2cm bis 10cm auf, insbesondere in einem Bereich von 3cm bis 6cm.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Querachse B eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 0,8m bis 1,5m auf, insbesondere in einem Bereich von 1,1m bis 1,2m.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Längsachse L eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 1,5m bis 2m auf, insbesondere in einem Bereich von 1,7m bis 1,8m.
2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Formkörpers 7. Im Unterschied zum Formkörper 6 ist der Formkörper 7 konkav gewölbt, sodass die Oberseite 11 eine konkave Wölbung entlang der Hochrichtung Z aufweist. Ansonsten ist es möglich, dass der Formkörper 6 und der Formkörper 7 gleichartig aufgebaut sind.
Der Schichtstapel 12 wird während der Bearbeitung so auf die Oberseite 11 aufgelegt, dass der Flächenkühlkörper 3 dem Formkörper 7 zugewandt ist. Das PV-Laminat 1 und insbesondere Glasscheibe 13 sind dem Formkörper 7 abgewandt angeordnet. Beispielsweise ist das PV-Laminat 3 in direktem Kontakt mit der Oberseite 11 des Formkörpers 7. Diese Anordnung ermöglicht die Wölbung des Schichtstapels 12 vergleichbar zum Ausführungsbeispiel der 1A, bei der der Flächenkühlkörper 3 stärker gestreckt wird als das PV-Laminat 1 und insbesondere als die Glasscheibe 13. Nach dem Abkühlen ist dann ein planares Photovoltaik-thermisches Modul 4 gemäß 1B realisierbar.
Der Formkörper 7 weist eine Einbuchtung 9 oder mehrere Einbuchtungen 9 auf. Die Einbuchtungen 9 dienen dazu, Anschlusselemente 8 des PVT-Moduls 4 aufzunehmen. Die Anschlusselemente 8 sind beispielsweise hydraulische Anschlussstutzen und/oder elektrische Anschlüsse. Die Einbuchtungen 9 ermöglichen trotz des Anschlusselements 8 eine ausreichende Kontaktierung zwischen der Oberseite 11 und dem Flächenkühlkörper 3.
3A bis 3G zeigen schematische Ansichten und verschiedene Ausführungsbeispiele des Formkörpers 6. Der konkav gewölbte Formkörper 7 weist gemäß Ausführungsbeispielen korrespondierend die gleichen Merkmale und Ausgestaltungen auf. Daher werden die Merkmale nachfolgend im Zusammenhang mit dem Formkörper 6 erläutert und gelten jedoch genauso auch für den Formkörper 7.
3A zeigt eine Aufsicht entlang der Hochrichtung Z auf die Oberfläche 11 des Formkörpers 6. Die Oberseite 11 gemäß 3A ist vollflächig ausgebildet und weist insbesondere keine Unterbrechungen auf. Somit ist eine große Auflagefläche zwischen dem PV-Material 1 und der Oberseite 11 möglich. Zum Ausbilden der vollflächigen Oberseite 11 ist der Formkörper 6 beispielsweise aus einem Vollkörper 15 gebildet (3E). Beispielsweise ist der Formkörper 6 mit der durchgehenden Oberseite 11 aus einem einzigen Materialblock ausgebildet, beispielsweise ausgefräst und so der Vollkörper 15 ausgebildet.
3B zeigt eine Aufsicht entlang der Hochrichtung Z auf den Formkörper 6 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 6 ist aus einer Mehrzahl von Stäben 11 ausgebildet. Die Stäbe sind nebeneinander gleichgerichtet angeordnet. Die Stäbe 10 erstrecken sich entlang der Hochrichtung Z. Enden 17 der Stäbe 10 bilden die Oberseite 11 des Formkörpers 6.
Die Oberseite 11 weist zwischen den Stäben 10 Ausnehmungen 16 auf. Die Oberseite 11 ist somit nicht vollflächig ausgebildet, sondern mit Unterbrechungen, die mittels der Ausnehmungen 16 gebildet sind. Die Stäbe 10 sind so angeordnet, dass die gewölbte Oberseite 11 ausgebildet ist. Insbesondere weisen die Stäbe 10 hierfür unterschiedliche Längen entlang der Hochrichtung Z auf. In den Zwischenräumen und durch die Ausnehmung 16 hindurch ist insbesondere ein guter Wärmetransport möglich, beispielsweise um ein gutes Kühlen des Schichtstapels 12 zu ermöglichen.
3C zeigt eine Schnittansicht oder eine Seitenansicht des Formkörpers 6 entlang einer Ebene, die durch die Längsachse L und die Hochrichtung Z aufgespannt wird. In der Ansicht ist die Wölbung der Oberseite 11 entlang der Hochrichtung Z erkennbar. Die Wölbung weist einen Radius R auf. Beispielsweise weist der Radius einen Wert in einem Bereich von 1,5m bis 13m auf.
3D zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die durch die Querachse B und die Hochrichtung Z aufgespannt wird, also insbesondere durch eine Ebene quer zur Ebene der 3C. Beispielsweise weist der Radius einen Wert in einem Bereich von Im bis 10m auf.
Der Formkörper 6 ist beispielsweise so an der Oberseite 11 gewölbt, wie in 3C und 3D dargestellt. Die Wölbung weist einen Radius R auf.
Die Wölbung ist somit entlang der Längsachse L (3C) und entlang der Querachse B (3D) ausgebildet. Es ist möglich, dass die beiden Radien, die in den 3C und 3D dargestellt sind, gleich sind. Es ist auch möglich, dass die beiden Radien, die in den 3C und 3D dargestellt sind, unterschiedlich zueinander sind.
Es ist auch möglich, dass der Formkörper 6 lediglich entlang einer einzigen der Längsachse L und der Querachse B gewölbt ist, also entweder wie in 3C dargestellt oder wie in 3D dargestellt und nicht beides. Entlang der anderen der Längsachse L und der Querachse B ist der Formkörper 6 dann nicht gewölbt, sondern weist einen geraden Verlauf der Oberseite 11 in der Schnittansicht auf.
3F zeigt eine Seitenansicht des Formkörpers 6 gemäß 3B. Die Stäbe 10 sind entlang der Längsachse L und der Querachse B nebeneinander angeordnet. Die Enden 17 bilden gemeinsam die Oberseite 11 aus. Zwischen den Stäben 10 sind die Ausnehmungen 16 angeordnet.
3G zeigt den Formkörper 6 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Formkörper 6 ist aus einer Mehrzahl von flächig ausgedehnten Platten 14 gebildet. Die Platten 14 sind jeweils entlang der Längsachse L und der Querachse B flächig ausgedehnt. Die Platten 14 sind entlang der Hochrichtung Z aufeinandergestapelt. Die Platten 14 weisen insbesondere zueinander unterschiedliche flächige Ausdehnungen auf. In Hochrichtung Z werden die Platten 14 beispielsweise immer kleiner, sodass die gewölbte Oberseite 11 ausgebildet wird.
Auch Kombinationen der Ausgestaltungen gemäß 3A bis 3G sind möglich. Beispielsweise ist ein Teil des Formkörpers 6 aus dem Formkörper 15 gebildet, ein Teil ist aus den Platten 14 gebildet und ein weiterer Teil ist aus den Stäben 10 gebildet. Es ist auch möglich, dass nur der Vollkörper 15, nur die Platten 14 oder nur die Stäbe 10 vorhanden sind und beispielsweise mit der Heizplatte 5 oder der Kühlplatte 5 verbunden sind. Wölbungen entlang lediglich einer der Längsachse L und der Querachse B oder entlang beider Achsen L, B sind sowohl bei dem Vollkörper 15, den Platten 14 als auch den Stäben 10 möglich.
Der Grad der Wölbung ist insbesondere vorgegeben durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des PV-Laminats 1 mit der Glasscheibe 13 und des Flächenkühlkörpers 13. Je unterschiedlicher die Wärmeausdehnungskoeffizienten sind, desto stärker ist die Wölbung der Oberseite 11 ausgebildet. Die Wölbung ist so groß ausgebildet wie die Wölbungen, die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten würden, jedoch in entgegengesetzte Richtung entlang der Hochrichtung Z. Der Grad der Wölbung der Oberseite 11 hängt somit von den verwendeten Materialien und/oder Legierungen der Schichten des Schichtstapels 12 ab, insbesondere von dem Material des Flächenkühlkörpers 3 und von der Art der Glasscheibe 13. Zudem hängt die Wölbung der Oberseite 11 beispielsweise von der Dicke der Schichten des Schichtstapels 12 ab. Es ist auch möglich, dass die Wölbung der Oberseite 11 von der Art des Flächenkühlkörpers 3 abhängt, also insbesondere ob der Flächenkühlkörper 3 zwei Platten 3a, 3b (4) oder lediglich eine einzige Platte 3b aufweist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Photovoltaik-thermischen Moduls 4.
Das PVT-Modul 4 gemäß 4 weist das Frontglas 13 auf. An einer dem Frontglas 13 gegenüberliegenden Seite befindet sich eine Rückwandfolie 105. Mehrere, zum Beispiel kristalline Solarzellen 102, sind über elektrische Zellverbinder 103 miteinander verbunden und zwischen dem Frontglas 13 und der Rückwandfolie 105 angeordnet. Das PVT-Modul 4 wird beispielsweise durch eine Trägerrahmen 107, zum Beispiel aus Aluminium, mechanisch getragen.
Das PVT-Modul 4 weist den Flächenkühlkörper 3 auf, insbesondere aus Aluminium. Solche Flächenkühlkörper 3, auch als Kühlplatte bezeichnet, werden zum Beispiel in der Automobiltechnik verwendet. Der Flächenkühlkörper 3 weist beispielsweise zwei dünne Aluminiumbleche 3a, 3b auf. Zudem ist ein Verbindungsmittel zum Verbinden der beiden Belche 3a, 3b vorgesehen. In eine der beiden Platten 3a, 3b ist beispielsweise durch einen Stanzvorgang eine Kanalstruktur mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 3c eingeprägt. Diese Kanalstruktur besteht beispielsweise aus vielen Verästelungen und ist darauf optimiert, möglichst effizient Wärme abzuführen und möglichst niedrige Druckverluste zu ermöglichen.
Die Al-Kühlplatte 3 ist beispielsweise mittels einer Haftschicht 109 auf die Rückwandfolie 105 aufgeklebt oder auflaminiert.
Der Flächenkühlkörper 3 gemäß 4 basiert insbesondere auf den Aluminiumplatten 3a, 3b, die beispielsweise eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen. Ein Innendurchmesser der Kühlkanäle 3c ist beispielweise zwischen 1 mm und 15 mm und kann entlang der Kanäle unterschiedlich sein. Es ist auch möglich, den Flächenkühlkörper 3 aus Glasplatten zu bilden. Es ist auch möglich, den Flächenkühlkörper 3 nur aus einer einzigen Platte 3b mit den Kühlkanälen 3c zu bilden, die direkt an die Haftschicht 109 oder die Rückwandfolie 105 angrenzt.
Der Flächenkühlkörper 3 weist beispielsweise genau einen Zulauf und einen Rücklauf auf, die in 4 nicht explizit dargestellt sind. Ausgehend von dem Vorlauf und dem Rücklauf erfolgt eine Verästelung der Kühlkanäle 3c, sodass mit zunehmender Entfernung vom Vorlauf und/oder vom Rücklauf eine Breite der Kühlkanäle abnehmen kann. Beispielsweise sind die Verzweigungen Bifurkationen oder Trifurkationen.
Beispielsweise ist das PVT-Modul 4 ausgebildet wie in der Patentanmeldung PCT/ EP2022/072670 beschrieben. Beispielsweise ist das PVT-Modul 4 ausgebildet wie in der Patentanmeldung DE 10 2022 123 915.2 beschreiben.
Photovoltaik-Module oder einfach PV-Module sind heute schon eine Säule der Energieversorgung und werden in Zukunft zur fossilfreien und CO2-freien Energieversorgung noch deutlich an Bedeutung gewinnen. Dabei sind die Kosten in den letzten 10 Jahren um ca. 90% gefallen, so dass Solarstrom heutzutage weltweit die günstigste Stromerzeugungsform darstellt. Dennoch wandelt ein PV-Modul heute lediglich ca. 20% der eingestrahlten Sonnenenergie in Strom um, der Rest geht als Abwärme verloren.
Wenn die Abwärme nutzbar gemacht wird, kann die Gesamteffizienz eines PV-Moduls deutlich gesteigert werden. Diese Module werden als Photovoltaik-Thermische Module oder kurz PVT-Module bezeichnet. Neben elektrischer Energie produzieren sie gleichzeitig auch Wärme, zumeist in Form von Warmwasser.
Dem hier beschriebenen PVT-Modul 4 liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: bei der Herstellung der PVT-Module 4 haben die eingesetzten Materialien unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Die Frontabdeckung eines Solarmoduls ist meist aus Glas, insbesondere aus der Glasscheibe 13. Die Kühlplatte oder Wärmetauscherplatte, die auch als Flächenkühlkörper 3 bezeichnet werden kann, ist meist aus Metall. Beide Materialien haben sehr unterschiedliche mechanische Ausdehnungskoeffizienten. Bevorzugt werden die beiden Materialien aber durch einen Laminationsprozess bei hoher Temperatur zusammengefügt. Z.B. mittels EVA-Folie, die auch als Laminationsfolie 3 bezeichnet werden kann, bei ca. 130°C-140°C.
Beim darauffolgenden Abkühlen können die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten dazu führen, dass sich der Schichtstapel 12 und/oder das PVT-Modul 4 verbiegt, da das Aluminium sich stärker zusammenzieht als das Glas. Dies führt zu mechanischen Spannungen und kann dazu führen, dass das Modul 4 nicht mehr gerahmt werden kann, also beispielsweise der Trägerrahmen 107 montiert werden kann. Weiterhin kann es auch die Langzeitstabilität beeinträchtigen. Darüber hinaus findet die Verbiegung des PVT-Moduls 4 nicht nur bei der Abkühlung von der Laminationstemperatur statt, sondern auch im Betrieb auf dem Dach, wo ebenfalls unterschiedliche Temperaturen zwischen - 20°C/ -40°C und 80°C herrschen können.
Der hier beschriebene PVT-Modul 4 macht nun unter anderem von der Idee gebrauch, das PVT-Modul 4 nach der Lamination bei Raumtemperatur möglichst flach vorliegen zu haben.
In einer Ausführungsform wird dazu das Modul 4 nach dem Laminationsprozess bei noch hohen Temperaturen entweder an Luft oder in einer Kühlpresse „überstreckt“. D.h. es wird die mechanische Linse 6, 7 verwendet, die auch als Formkörper 6, 7 bezeichnet werden kann und auf die das PVT-Modul 4 bspw. mit dem Glas 13 nach unten aufgelegt wird. Bspw. als konvexe Form 6, auf die das Modul 4 aufgelegt wird. Es kann aber auch umgekehrt in die konkave Form 7 gelegt werden. Dies hätte den zusätzlichen Vorteil, dass eventuell vorhandenen, abstehende Stutzen, die auch als Anschlusselement 8 bezeichnet werden können, in die Form 7 miteingearbeitet werden können.
Beispielsweise kühlt das PVT-Modul 4 in dieser Form ab. Die Form oder Biegung kompensiert dabei genau die normalerweise eintretende Durchbiegung in die andere Richtung des PVT-Moduls 4, sodass es bei Raumtemperatur flach oder nahezu flach ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird das PVT-Modul 4 bereits während des Laminationsprozesses in die entsprechende Form 6, 7gelegt, so dass die Überstreckung schon während der Lamination bei hohen Temperaturen stattfindet, während dessen sich die Materialien tatsächlich miteinander verbinden. Dies ist dann noch effektiver.
Durch die Linsenform der Form 6, 7 kann dieses auch als mechanische Linse bezeichnet werden.
Die mechanische Linse 6, 7 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen, kann vollflächig sein oder nur eine Skelettstruktur (Kostenersparnis). Sie kann auch nur aus unterschiedlich hohen (Metall)-Stäben 10 bestehen oder aus unterschiedlich hohen Metallplatten 14 die übereinander geschichtet sind. Die Struktur kann aus dem Vollen gefräst sein oder anderweitig zusammengebaut.
Wichtig ist dabei auch den Temperaturtransfer von der Heizplatte 5 in die zu laminerende Struktur 12 zu gewährleisten und nicht zu unterbrechen.
Weitehin kann die Struktur in einer einzigen Richtung L, B eine Linsenform aufweisen, aber bevorzugt gleich in beide Richtungen L, B, damit das PVT-Modul am Ende in alle Richtungen eben ist.
Anwendungsgebiete für das hier beschriebene PVT-Modul 4 sind Solarzellen 102 aller Art, zum Beispiel kristalline oder bifaziale kristalline Module oder Dünnschichtmodule. Weiterhin kommen insbesondere folgende Einsatzgebiete der Module 4 in Betracht: Aufdach, Industrie, Freifläche, Niedertemperatur-Wärmenetze, schwimmende Anlagen (auch als Floating PV bezeichnet), große Freiflächen-Solarparks, insbesondere in heißen Gegenden wie USA, Indien, Spanien, Arabien, Australien, Chile
Der hier beschriebenen Formkörper 6, 7 ermöglicht eine verbesserte Zuverlässigkeit und Qualität der PVT-Module durch doppelte Fügeverbindung mittels Klebung/ Lamination und Klemmung. Eine deutliche Vereinfachung im Produktionsprozess ist mögliche. Wesentlich weniger Einsatz von teuren Materialien, niedrigere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit sind realisierbar.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neues Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichen:

1: PV-Laminat
2: Laminationsfolie
3: Flächenkühlkörper
4: Photovoltaik-thermisches Modul (PVT-Modul)
5: Heizplatte oder Kühlplatte
6: Formkörper, konvex
7: Formkörper, konkav
8: Anschlusselement
9: Einbuchtung
10: Stäbe
11: Oberseite
12: Schichtstapel
13: Glasscheibe
14: Platte
15: Vollkörper
16: Ausnehmungen
17: Ende
102: Solarzelle
103: elektrischer Zellverbinder
105: Rückwandfolie
107: Trägerrahmen
109: Haftschicht
3: Flächenkühlkörper
3a: erste Platte, den Solarzellen zugewandt
3b: zweite Platte, den Solarzellen abgewandt
3c: Kühlkanal
R: Radius
L: Längsachse
B: Querachse
Z: Hochrichtung

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 2015184402 [0002]
EP 2022072670 [0058]
DE 1020221239152 [0058]

Claims

Formkörper (6, 7) zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls, insbesondere eines Photovoltaik-thermischen Moduls (4), aufweisend - eine entlang einer Hochrichtung (Z) konkav gewölbte oder konvex gewölbte Oberseite (11) zum Wölben eines Schichtstapels (12) mit mindestens zwei Schichten (1, 2, 3) für das Photovoltaikmodul (4).
Formkörper nach Anspruch 1, aufweisend eine Mehrzahl flächig ausgedehnter Platten (14), die entlang der Hochrichtung (Z) aufeinander gestapelt sind, wobei die Hochrichtung (Z) quer zur flächigen Ausdehnung ausgerichtet ist.
Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Mehrzahl entlang der Hochrichtung (Z) länglich ausgedehnter Stäbe (10), wobei die Stäbe quer zur Hochrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Formkörper nach Anspruch 1, wobei der Formkörper (6, 7) aus einem Vollkörper (15) gebildet ist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberseite (11) vollflächig ausgebildet ist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberseite (11) eine Ausnehmung (16) aufweist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Oberseite (11) entlang nur einer Längsachse (L) gewölbt ist, wobei die Längsachse (L) quer zur Hochrichtung (Z)verläuft.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Oberseite (11) entlang einer Längsachse (L) gewölbt ist und entlang einer Querachse (B) gewölbt ist, wobei die Längsachse (L) und die Querachse (B) jeweils quer zur Hochrichtung (Z) verlaufen.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Formkörper (6, 7) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m-K) aufweist.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Formkörper (6, 7) aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gebildet ist.
Formkörper nach einem Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Einbuchtung (9) für ein Anschlusselement (8) des Photovoltaikmoduls.
Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Oberseite (11) in Abhängigkeit von den Wärmeausdehnungskoeffizienten zumindest zwei der Schichten (1, 2, 3) des Schichtstapels (12) gewölbt ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels (12) für ein Photovoltaikmodul, insbesondere für ein Photovoltaik-thermisches Modul (4), - Bereitstellen des Schichtstapels (12), - Stapeln des Schichtstapels (12) auf einen Formköper (6, 7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, sodass der Schichtstapel (12) an dem Formköper (6, 7) anliegt, und dadurch - Wölben des Schichtstapels (12) mittels des Formkörpers (6, 7), - Lösen des Schichtstapels (12) von dem Formkörper (6, 7).
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend: - Aufheizen des Schichtstapels (12) während eines Laminierens zumindest eines Teils des Schichtstapels (12) während der Schichtstapel (12) an dem Formkörper (6, 7) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, umfassend: - Reduzieren einer Temperatur des Schichtstapels (12) während der Schichtstapel (12) an dem Formkörper (6, 7) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Bereitstellen des Schichtstapels (12) umfasst: - Bereitstellen des Schichtstapels (12), der zumindest einen metallischen Flächenkühlkörper (3) und eine Glasscheibe (13) aufweist.