DE19956021C1 - Solarscheibenanordnung für Fahrzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Solarscheibenanordnung für Fahrzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarscheibenanordnung für Fahrzeuge, die mit einer transparenten Scheibe (10), mindestens einer an der Scheibenunterseite befestigten Solarzelleneinheit (18) und mindestens einer Sammelelektrode (14) zum Ableiten der von der bzw. jeder Solarzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie versehen ist, wobei elektrische Verbinder (22) zwischen der bzw. jeder Sammelelektrode und der bzw. jeder Solarzelleneinheit vorgesehen sind und die bzw. jede Solarzelleneinheit aus kristallinen Solarzellen besteht. Die bzw. jede Sammelelektrode (14) ist als Schicht direkt auf die Scheibenunterseite oder eine darauf aufgebrachte Zwischenschicht (12) aufgebracht und ist auf ihrer von der Scheibe abgewandten Seite von den elektrischen Verbindern (22) kontaktiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarscheibenanordnung für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Eine solche gattungsgemäße Solarscheibenanordnung ist beispielsweise aus der DE 41 05 396 A1 bekannt, wobei eine Mehrzahl von kristallinen Solarzellen, die untereinander über Lötverbinder miteinander verbunden sind, zwischen einer innenliegenden metallischen Trägerschicht und einer außenliegenden gewölbten Glasdeckschicht angeordnet ist, die an ihrer den Solarzellen zugewendeten Seite mit einem keramischen Siebdruckmuster versehen ist, das auf die Glasdeckschicht aufgeschmolzen ist. Die Solarzellen sind jeweils mittels einer Klebefolie mit der Glasdeckschicht und der metallischen Trägerschicht verklebt. Als Sammelleiter dienende Leiterbahnen, die mit einem Abnahmeanschluß verbunden sind, sind ebenfalls zwischen den beiden Klebefolien eingeklebt, wobei die Solarzellen ebenfalls mittels Lötverbindern mit diesen Leiterbahnen verbunden sind. Ein Teil des Siebdruckmusters erstreckt sich entlang dem Rand des Solardeckels und überdeckt dabei den Abnahmeanschluß sowie die Leiterbahnen. Ferner sind streifenförmige Teile des Siebdruckmusters vorgesehen, um die Durchsicht auf die darunterliegenden Lötverbinder zu verhindern.
Aus der EP 0 343 628 A2 ist eine Solarscheibenanordnung für ein Fahrzeugdach bekannt, bei welcher eine äußere Glasplatte mit einer Alkali-Barriere beschichtet ist, auf welche lichtdurchlässige Elektroden aufgedampft sind. Auf diese lichtdurchlässigen Elektroden ist mittels Siebdruck und anschließendem Einbacken einer Silberpaste eine gitterartige Elektrode sowie eine Sammelelektrode aufgebracht. Anschließend wird auf die lichtdurchlässigen Elektroden eine Schicht eines amorphen lichtelektrischen Materials aufgebracht, auf welches wiederum eine rückseitige Elektrode aufgebracht wird. Auf die rückseitigen Elektroden folgt eine gefärbte Zwischenlage, beispielsweise aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA), an welche sich die innenliegende Glasplatte anschließt. Die Gitterelektroden dienen dazu, die lichtdurchlässige Elektrode und die rückseitige Elektrode zweier benachbarter amorpher Solarzellen zu verbinden, um eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Solarzellen herzustellen. Die Sammelelektrode dient dazu, den Strom mehrerer amorpher Solarzellen abzuführen. Im Randbereich, in welchem auch die Sammelelektrode verläuft, ist direkt auf der Unterseite der äußeren Glasplatte eine die Sicht abschirmende gefärbte Lage aufgebracht, bei welcher es sich um keramische Farbtinte handeln kann, die mittels eines Druckverfahrens aufgebracht und anschließend eingebacken wird.
Nachteilig bei dem aus DE 41 05 396 A1 bekannten kristallinen Solarzellenverbund ist, daß die Positionierung der einzelnen Solarzellenstrings, der Lötverbinder sowie der als Sammelelektrode dienenden Leiterbahnen während des Laminationsvorgangs kompliziert und störanfällig ist, so daß sich die Herstellung des Moduls aufwendig gestaltet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solarscheibenanordnung sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen, wobei die Herstellung vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Solarscheibenanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, daß keine separaten Leiterbahnen bzw. Leiterstreifen oder Lötverbinder als Sammelelektroden erforderlich sind, so daß das Risiko einer unbeabsichtigten Verschiebung dieser Verbinder beim Laminieren ausgeschaltet wird, diese Verbinder als Teile eingespart werden, Platz eingespart wird, der für eine Klebeanbindung zur Verfügung steht, eine genauere Reproduzierbarkeit der Sammelelektroden erzielt wird und der Ausschuß reduziert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die bzw. jede Sammelelektrode auf eine Zwischenschicht aufgebracht, die von einer nicht-transparenten Abdeckschicht gebildet wird, bei welcher es sich vorzugsweise um eine aufgedruckte Fritte handelt, die vor allem im Umfangsrandbereich der Scheibe ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner die bzw. jede Sammelelektrode aufgedruckt, wobei die bzw. jede Sammelelektrode vorzugsweise von einer Leitpaste gebildet wird, die im Siebdruckverfahren aufgedruckt und eingebrannt wird. Vorzugsweise wird die bzw. jede Solarzelleneinheit von einem Solarzellenstring aus mehreren seriell angeordneten Solarzellen gebildet, wobei jede Solarzelleneinheit vorzugsweise zwischen zwei Schmelzklebefolienlagen einlaminiert ist, wobei eine der Schmelzklebefolienlagen vorzugsweise direkt an der Scheibenunterseite anliegt und auch die bzw. jede Sammelelektrode auf der von der Scheibenunterseite abgewandten Seite überdeckt. Dabei sind die elektrischen Verbinder durch Ausnehmungen in der die Sammelelektroden überdeckenden Schmelzklebefolienlage auf die Sammelelektrode geführt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Solarscheibenanordnung um den Solardeckel für ein Fahrzeugdach.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden ist die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Unterseite einer erfindungsgemäßen Solarscheibenanordnung ist, wobei die einzelnen Elemente zum Teil freigeschnitten sind;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Unterseite eines erfindungsgemäßen Solardeckels in einer ersten Ausführungsform zeigt; und
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht der Unterseite eines Solardecks in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des Randbereichs der Unterseite einer Solarscheibenanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei eine transparente Glasscheibe 10 in ihrem Umfangsrandbereich auf der Unterseite mit einer sogenannten Glasfritte 12 bedruckt ist, die mittels Siebdruck und anschließendem Einbrennen als UV-Schutzschicht und Sichtschutz aufgebracht wurde. Auf einem Teil des mit der Glasfritte 12 bedruckten Bereichs der Glasscheibe 10 ist eine Sammelelektrode 14 aufgebracht, die dadurch hergestellt wird, daß eine hochleitfähige Druckpaste mit einem spezifischen Widerstand von vorzugsweise weniger als 0,024 Q/mm2/m in einer Dicke von mindestens 15 µm mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht wird und anschließend in die Glasscheibe 10 bzw. die Glasfritte 12 eingebrannt wird. Auf den mit der Glasfritte 12 bzw. der Sammelelektrode 14 bedruckten Bereich der Glasplatte 10 sowie auf den unbedruckten Bereich der Glasplatte 10 wird eine erste Schmelzklebefolie 16 aufgebracht, die jedoch nicht bis zum Rand der Glasscheibe 10 reichen muß. Auf diese erste Schmelzklebefolie 16 werden kristalline Solarzellen 18 aufgebracht, die in Form von Solarzelleneinheiten, die jeweils von einem Solarzellenstring aus mehreren seriell angeordneten Solarzellen 18 gebildet wird, angeordnet sind. Die Solarzellen eines Strings sind dabei jeweils mittels Zellenverbindern 20 elektrisch in Reihe geschaltet. Die von der Glasscheibe 10 abgewandte Seite der in Fig. 1 dargestellten Solarzelle 18 ist dabei mit zwei Sammelleitern 22 kontaktiert, welche dazu dienen, den von den Solarzellen 18 des entsprechenden Solarzellenstrings erzeugten Strom zu der Sammelelektrode 14 zu führen. Zu diesem Zweck sind die beiden anderen Enden der Sammelleiter 22 so auf die Sammelelektrode 14 geführt, daß sie die Seite der Sammelelektrode 14 kontaktieren, welche von der Glasscheibe 10 abgewandt ist. Dabei ist die erste Schmelzklebefolie 16 an den Kontaktstellen mit Ausnehmungen 24 versehen. Auf die von der Glasscheibe 10 abgewandte Seite der Solarzellen 18, der Sammelleiter 22 sowie der ersten Schmelzklebefolie 16 ist eine zweite Schmelzklebefolie 26 aufgebracht, um den Solarzellenverbund zu schützen. Die Schmelzklebefolien 16 und 26 können beispielsweise aus Ethylen-Vinyl-Acetat bestehen.
Die in Fig. 1 beschriebene Technik wird vorzugsweise verwendet, um einen Solardeckel für ein Fahrzeugdach zu bilden, wie er in den Fig. 2 und 3 in zwei Ausführungsformen dargestellt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist in einem mittleren Bereich des Solardeckels ein Durchsichtsbereich 28 vorgesehen, in welchem sich weder eine Abdeckfritte noch Solarzellen befinden. Im vorderen oder hinteren Randbereich des Solardeckels ist ein nur schematisch angedeutetes Solarzellenpaket 30 vorgesehen, welches im wesentlichen in der in Fig. 1 beschriebenen Art aufgebaut ist. In dem Umfangsbereich der Glasscheibe 10 außerhalb des Solarzellenpakets 30 ist eine schwarze Glasfritte 12 aufgebracht, die einerseits als UV-Schutz und andererseits als Abdeckung für bestimmte mechanische oder elektrische Elemente dient. Das Solarzellenpaket 30 ist auf der von der Glasscheibe 10 abgewandten Seite mit einer Abdeckfolie laminiert. Aus dem Solarzellenpaket 30 ist zu beiden Seiten jeweils eine in der in Fig. 1 beschriebenen Weise ausgebildete Sammelelektrode 14 herausgeführt, die jeweils zu einem Lötpunkt 32 führt, der als Anschluß an entsprechende Kontaktteile dient.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist im wesentlichen die gesamte Glasscheibe 10 mit Solarzellen 18 versehen, die in drei Strings angeordnet sind, die in Reihe zueinander geschaltet sind, indem Sammelleiter 22 jeweils aus der am seitlichen Rand liegenden Solarzelle 18 jedes der drei Strings herausgeführt sind und mit einer gemäß Fig. 1 ausgebildeten Sammelelektrode 14 verbunden sind. Zwei der Sammelelektroden 14 dienen dazu, zwei in Fig. 3 nicht dargestellte Lötpunkte bzw. Kontaktpunkte mit dem entsprechenden Pol des von den drei Strings gebildeten Solarmoduls zu verbinden, während die beiden anderen Sammelelektroden 14 dazu dienen, die Reihenschaltung der drei Solarzellenstrings zu bewirken.
Der von dem Solardeckel erzeugte Strom kann in bekannter Weise beispielsweise zum Nachladen der Fahrzeugbatterie oder zum Betrieb eines Standlüfters verwendet werden.
Falls keine Abdeckung eines Teils der Glasplatte mittels einer Fritte erforderlich ist, kann diese weggelassen werden und die Sammelelektrode kann dann direkt auf die Glasscheibe aufgedruckt werden. Falls andererseits weitere Zwischenschichten auf der Glasplatte erforderlich sind, kann die Sammelelektrode auch auf diese Zwischenschichten aufgebracht werden.
Bezugszeichenliste
10
Glasscheibe
12
Glasfritte
14
Sammelelektrode
16
erste Schmelzklebefolienschicht
18
Solarzellen
20
Zellenverbinder
22
Sammelleiter
24
Ausnehmungen in
16
26
zweite Schmelzklebefolienschicht
28
Durchsichtbereich
30
Solarzellenpaket
32
Lötpunkt

Claims (17)

1. Solarscheibenanordnung für Fahrzeuge, mit einer transparenten Scheibe (10), mindestens einer an der Scheibenunterseite befestigten Solarzelleneinheit (18) und mindestens einer Sammelelektrode (14) zum Ableiten der von der bzw. jeder Solarzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie, wobei elektrische Verbinder (22) zwischen der bzw. jeder Sammelelektrode und der bzw. jeder Solarzelleneinheit vorgesehen sind und die bzw. jede Solarzelleneinheit aus kristallinen Solarzellen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Sammelelektrode (14) als Schicht direkt auf die Scheibenunterseite oder eine darauf aufgebrachte Zwischenschicht (12) aufgebracht ist und auf ihrer von der Scheibe abgewandten Seite von den entsprechenden elektrischen Verbindern (22) kontaktiert ist.
2. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Sammelelektrode (14) auf eine Zwischenschicht (12) aufgebracht ist, die von einer nicht-transparenten Abdeckschicht gebildet wird.
3. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht von einer aufgedruckten Fritte (12) gebildet wird.
4. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (12) nur im Umfangsrandbereich der Scheibe (10) ausgebildet ist.
5. Solarscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Sammelelektrode (14) aufgedruckt ist.
6. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Sammelelektrode (14) von einer Leitpaste gebildet wird, die im Siebdruckverfahren aufgedruckt und eingebrannt ist.
7. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Sammelelektrode (14) mindestens 15 µm beträgt.
8. Solarscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Solarzelleneinheit von einem Solarzellenstring aus mehreren seriell angeordneten Solarzellen (18) gebildet wird.
9. Solarscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Solarzelleneinheit (18) zwischen zwei Schmelzklebefolienlagen (16, 26) einlaminiert ist.
10. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schmelzklebefolienlagen (16) direkt an der Scheibenunterseite anliegt.
11. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt an der Scheibenunterseite anliegende Schmelzklebefolienlage (16) auch die bzw. jede Sammelelektrode (14) auf der von der Scheibenunterseite abgewandten Seite überdeckt.
12. Solarscheibenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbinder (22) durch Ausnehmungen (24) in der die bzw. jede Sammelelektrode (14) überdeckende Schmelzklebefolienlage (16) auf die Sammelelektrode(n) geführt sind.
13. Solarscheibenanordnung nach Ansprach 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzklebefolienlagen (16, 26) aus Ethylen-Vinyl-Acetat bestehen.
14. Solarscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) von einer Glasscheibe gebildet wird.
15. Solarscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Solarscheibenanordnung um den Solardeckel für ein Fahrzeugdach handelt.
16. Verfahren zum Herstellen einer Solarscheibenanordnung für ein Fahrzeug, wobei auf eine transparente Scheibe (10) mindestens eine Sammelelektrode (14) aufgebracht wird, eine erste Schmelzklebefolienlage (16) auf einen Bereich der Scheibe aufgebracht wird, welcher den Bereich der Sammelelektrode(n) mit einschließt, mindestens eine Solarzelleneinheit (18) in einen von der Schmelzklebefolienlage abgedeckten Bereich eingebracht wird, die bzw. jede Sammelelektrode auf ihrer von der Scheibe abgewandten Seite durch Öffnungen in der ersten Schmelzklebefolienlage mittels elektrischen Verbindern (22) mit der bzw. jeder Solarzelleneinheit elektrisch verbunden wird, eine zweite Schmelzklebefolienlage (26) auf die bzw. jede Solarzelleneinheit aufgebracht wird, und die Solarscheibenanordnung laminiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem zur Bildung der bzw. jeder Sammelelektrode eine Leitpaste mit einer Leitfähigkeit von weniger als 0,024 Ohm/mm2/m aufgebracht wird.
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