DE10341169B4

DE10341169B4 - PV-integriertes Doppelglaselement

Info

Publication number: DE10341169B4
Application number: DE10341169A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Bendel; Peter Funtan
Original assignee: Inst Solare Energieversorgungstechnik Iset; Institut fuer Solare Energieversorgungstechnik ISET
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-09-06
Filing date: 2003-09-06
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2023-09-07
Also published as: DE10341169A1

Abstract

PV-integriertes Doppelglaselement (1) zur Integration in eine Gebäudehülle, das
– auf der Innenseite ein Photovoltaikmodul (2) aufweist, das mittels eines eingeprägten Rückstroms, der mehrfachen Höhe des Kurzschlussstromes (I_K), über Kontakte (2a) erwärmt werden kann,
– wobei das Photovoltaikmodul (2) semitransparent mit mindestens 10% Lichtdurchlässigkeit und von einer außenseitigen Glasscheibe (3) mittels Abstandshalter (4) und einem luft- oder gasgefüllten Zwischenraum (5) thermisch getrennt ausgeführt ist,
– wobei die außenseitige Glasscheibe (3) auf der Innenseite mit einer Wärmestrahlungsreflexionsschicht (7) ausgeführt ist, die in Korrelation mit der spektralen Empfindlichkeit des semitransparenten Photovoltaikmoduls (2) einen Wellenlängenbereich unterdrückt, der physikalisch nicht an der Stromgenerierung beteiligt ist, und
– auf der Rückseite des Photovoltaikmoduls (2), die gleichzeitig die Rauminnenseite darstellt, ein Temperatursensor (2b) zur Messung der Oberflächentemperatur und Regelung der Erwärmung angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein PV-integriertes Doppelglaselement, das insbesondere in Doppelglasfassaden, Shed-Dächern oder Atriumsbereichen von Gebäuden eingebaut ist.
Photovoltaikmodule sind entsprechend ihrem Zweck einer Sonnenstrahlung ausgesetzt, um aus der Strahlung auf der Grundlage des photovoltaischen Effekts Strom zu generieren. Dabei werden, abhängig von der verwendeten Technologie, wie z. B. monokristallin, multikristallin, amorph, CdTe, CIS, EFG u. a. vorrangig spezielle Anteile des Sonnenlichtspektrums zur Stromerzeugung genutzt. In Jahreszeiten mit geringen Außentemperaturen müssen, zur Verhinderung von kalten Fallströmungen, in der unmittelbaren Nähe von Doppelglasfassaden, Shed-Dächern oder Atriumsbereichen zusätzliche Heizkörper installiert werden, um das Wohlfühlklima zu erreichen. So wurde auch bisher beim Einsatz von PV-integrierten Doppelglasmodulen verfahren. Diese zusätzlichen Heizeinrichtungen erfordern einen höheren technischen Aufwand, auch führen sie meist nicht zu einer ästhetischen architektonischen Lösung.
In der Patentliteratur werden Lösungen für Isolierglasscheiben mit mehreren Glasscheiben ( DE 38 01 989 A1 ) offenbart, wobei die Isolierglasscheibe einen Solargenerator aufweist.
In der Offenlegungsschrift DE 39 03 521 A1 wird ein ähnlicher Aufbau wie oben beschrieben, jedoch mit dem Zusatz, dass wärmedämmende Schichten zu Einsatz kommen.
Auch die offenbarte Lösung in DE 46 26 757 A1 verwendet durchsichtige dünne Schichten zur IR-Absorption in Verbundglasscheiben.
Die Offenlegungsschrift DE 36 17 439 A1 geht davon aus, die Erwärmung durch die Energie aus Batterien zu realisieren, wobei die Spannungsanpassung durch eine Spannungswandler erreicht wird, der im Sekundärkreis eine Gleichrichterdiode aufweist, also einen Gleichstrom benutzt.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein PV-integriertes Doppelglaselement vorzuschlagen, durch das kalte Fallströmungen verhindert werden und zusätzlich keine Heizeinrichtungen installiert werden müssen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein PV-integriertes Doppelglaselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafterweise werden in Fassaden, Shed-Dächern und Atriumsbereichen semitransparente PV-Module eingesetzt, so dass z. B. ca. 10% des Sonnenlichtes durch das PV-Modul hindurchtreten können, während die restlichen 90% des Sonnenlichtes an der Stromerzeugung beteiligt sind. Auf Grund der nichtlinearen Bewertung der Lichtintensität durch das menschliche Auge werden die relativ geringen Beleuchtungsstärken nicht als störend bzw. unzureichend empfunden. Das PV-integrierte Doppelglaselement hat das PV-Modul auf der Innenseite angeordnet. Damit die Randabschattung des PV-Moduls durch den Schichtenaufbau möglichst gering gehalten werden kann, wird der photovoltaisch aktive Teil in der Fläche optimiert. Weiterhin wird der Abstand des PV-Moduls und der Außenscheibe optimierend reduziert sowie optional der Zwischenraum mit Inertgas gefüllt, so dass die Wärmedurchgangszahlen trotzdem noch in den geforderten Normwerten liegen. Auf der Rückseite des PV-Moduls, die gleichzeitig die Rauminnenseite darstellt, wird ein möglichst unauffälliger Temperatursensor zur Messung der Oberflächentemperatur angebracht. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen im Winter wird in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur ein Rückstrom in das PV-Modul eingeprägt. Durch diesen Rückstrom erwärmt sich die Halbleiterschicht in zulässigen Grenzen und damit der gesamte Glasaufbau des PV-Moduls.
Vorteilhafterweise werden dadurch die kalten Fallströmungen verhindert und durch eine temperaturgeführte Rückstromregelung der notwendige elektrische Energieaufwand optimiert. Die für die Umwandlung des photovoltaischen Gleichstroms in den netzseitigen Wechselstrom erforderlichen Stromrichter können in ihrer Betriebsführung so verändert werden, dass bei vorgegebenen Bedingungen, z. B.: unzureichende Einstrahlung, Außentemperatur im Minusbereich, ein Teil des PV-Generators mit einem Rückstrom (mehrfacher Kurzschlussstrom I_K) beaufschlagt wird, bis die Grenztemperatur erreicht wird, die vom Temperatursensor gemessen werden kann. Danach wird der Rückstrom reduziert bzw. abgeschaltet, je nach Regelungskonzept.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen PV-integrierten Doppelglaselementes anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines heizbaren PV-integrierten Doppelglaselementes;
2 mögliche Einsatzorte mit angepassten Ausführungsformen.
1 zeigt ein PV-integriertes Doppelglaselement 1 mit einem integrierten semitransparenten PV-Modul 2 mit den elektrischen Kontaktanschlüssen 2a, dem Temperatursensor 2b in einem Verbund mit einer Glasscheibe 3, getrennt durch die Abstandshalter 4, die einen luft- oder gasgefüllten Zwischenraum 5 zur Erhöhung der Wärmedämmung bilden. Die Lichteinfallsrichtung wird durch den Pfeil 6 definiert. Auf der Innenseite der Frontglasscheibe befindet sich eine Wärmestrahlungsreflexionsschicht 7, die in Korrelation mit der spektralen Empfindlichkeit des semitransparenten PV-Moduls einen bestimmten Wellenlängenbereich unterdrückt, der physikalisch nicht an der Stromgenerierung beteiligt ist. Die möglichen Solarzellenmaterialien können kristallin (z. B. monokristallines oder multikristallines Silizium), dünnfilmig (z. B. CdTe, CIS) oder dünnschichtig (z. B. amorphes Si, Double- oder Triple-Zellen) sein.
2 stellt verschiedene Ausführungsformen dar. 2a zeigt die Ausführung für PV-integrierte Doppelglas-Warmfassaden bzw. senkrechte PV-integrierte Außenwände von Gebäuden, Wintergärten oder ähnlichen Gebäudehüllen. In 2b wird die Anwendung in einem Atriumsdach dargestellt, während 2c eine Anwendung in einer Shed-Dach Konstruktion zeigt. Für alle Ausführungsformen kommt der grundsätzliche PV-integrierte Doppelglaselementaufbau zum Einsatz.