DE202008008743U1

DE202008008743U1 - Photovoltaisches Solarmodul

Info

Publication number: DE202008008743U1
Application number: DE202008008743U
Authority: DE
Original assignee: Aleo Solar AG
Current assignee: Aleo Solar GmbH
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2018-07-03

Abstract

Photovoltaisches Solarmodul, mit mindestens einer ersten und einer zweiten photovoltaischen Solarzelle (102) aus kristallinem Silizium, einem Trägerelement (104) und einem Abdeckelement (110), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (104) einen Grundkörper (106) aus einem Metallblech, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Aluminium aufweist, auf welchem eine elektrische Isolationsschicht (108) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Solarmodul.
Photovoltaische Solarmodule sind anschlussfähige Montageeinheiten aus einer Mehrzahl miteinander verschalteter photovoltaischer Solarzellen. Als Solarzellen sind aus der Praxis mono- und polykristalline Siliziumzellen, amorphe Siliziumzellen und Dünnschichtsolarzellen aus Cadmium-Tellurid (CdTe) sowie Kupfer-Indium (Gallium-)Diselenid (CIS, CIGS) bekannt.
Wegen ihres hohen Wirkungsgrades werden im Stand der Technik mono- und polykristalline Siliziumzellen bevorzugt eingesetzt. Diese Solarzellen werden als Dünnschnitte mit einer Schichtstärke von etwa 200 μm aus einem Siliziumblock geschnitten, miteinander verschaltet auf einem Trägerelement appliziert und sonnenseitig mit einem Solarglas abgedeckt. So gebildete Solarmodule weisen einen Schichtaufbau auf, bei dem im Wesentlichen das Trägerelement die auf das Solarmodul wirkenden Kräfte aufzunehmen und über einen Rahmen an eine Bauwerksstruktur abzugeben hat.
Aus der DE 100 50 614 C1 ist ein photovoltaisches Solarmodul bekannt, welches im Wesentlichen aus zwei Glasscheiben besteht, zwischen denen innerhalb einer EVA-Folie (Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie) Solarzellen eingebettet sind. Die EVA-Folie ist dabei eine Schmelzkleberfolie, die es ermöglicht, in einem Temperaturvakuumprozess die Solarzellen mit einem Trägerelement, in diesem Falle den Glasscheiben zu einem Verbund zu vereinen. Dabei bilden die EVA-Folien (Schmelzkleberfolien) nach ihrer Verschmelzung praktisch eine homogene Folie.
Neben den oben genannten Glasscheiben sind aus der Praxis Trägerelemente aus Kunststoff bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photovoltaisches Solarmodul zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Stabilität aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung ist bei einem photovoltaischen Solarmodul mit mindestens einer ersten und einer zweiten photovoltaischen Solarzelle aus kristallinem Silizium, einem Trägerelement und einem Abdeckelement vorgesehen, dass das Trägerelement einen Grundkörper aus einem Metallblech, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Aluminium aufweist, auf welchem eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist. Dadurch wird die Stabilität des Solarmoduls gegenüber mechanischer Belastung, insbesondere durch Sturm- oder Schneelast verbessert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Trägerelement selbsttragend, insbesondere zu einer rahmenlosen Montage ausgebildet. Dadurch kann auf einen separaten Rahmen verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement einen Grundkörper aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist, auf welchem eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist. Ein Trägerelement mit einem Grundkörper aus einem wärmeleitfähigen Material bewirkt, dass über die der Sonne abgewandte Rückseite des photovoltaischen Solarmoduls Wärme abgeführt werden kann, so dass das erfindungsgemäße Solarmodul eine geringere Erwärmung aufweist, als aus dem Stand der Technik bekannte Solarmodule, wobei die gemäß der Erfindung ferner vorgesehene elektrische Isolationsschicht einen Kurzschluss zwischen den einzelnen Solarzellen verhindert. Durch die geringere Erwärmung wird die mit einem solchen Solarmodul erzielbare Energieausbeute erhöht.
Das Solarmodul gemäß der genannten besonders bevorzugten Ausführungsform hat ferner den Vorteil, mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand herstellbar zu sein, denn auf einem wärmeleitfähigen Material läßt sich eine elektrische Isolationsschicht besonders einfach herstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn – wie gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – das Trägerelement einen Grundkörper aufweist, der als Metallblech, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Aluminium gefertigt ist, wobei dann vorzugsweise die elektrische Isolationsschicht als Emaille-, Glas-, Lack-, Kunststoff- oder Pulverbeschichtung auf dem Grundkörper ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Isolationsschicht als Reflexionsschicht für Sonnenstrahlen ausgebildet ist, wobei die elektrische Isolationsschicht vorzugsweise als Schicht in der Farbe Weiss ausgeführt ist. Durch eine Reflexion von Sonnenstrahlen, insbesondere in den Bereichen zwischen den Solarzellen, wird eine Wärmeaufnahme durch das Solarmodul verringert, was zu einer geringeren Erwärmung des Solarmoduls führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Trägerelement zur Aussteifung Rippen oder Abkantungen, insbesondere Umbiegungen von 90° ausgebildet sind. Dadurch ist es auch bei hohen Belastungen möglich, auf einen Rahmen zu verzichten, was nicht nur den Herstellungsaufwand verringert sondern auch im Sinne einer günstigen Wärmeabfuhr zu einer verbesserten Umströmung des Solarmoduls durch die Umgebungsluft führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Trägerelement zwischen den Solarzellen Verformungszonen, insbesondere vorgeprägte Sollbiegezonen ausgebildet sind. Dadurch ist eine Möglichkeit geschaffen, dem unter Verwendung kristalliner Siliziumzellen geschaffenen Solarmodul eine von einer rein ebenen Erstreckung abweichende Form zu geben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Solarmodul an einer Fassade unter anderem als Sonnenschutz Verwendung finden soll oder als ein dachintegriertes System eingesetzt werden soll.
Eine Montage des photovoltaischen Solarmoduls an einer Bauwerksstruktur wird erleichtert, wenn – wie gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – an dem Trägerelement mindestens eine Anschlussstruktur zum Anschluss an eine Bauwerksstruktur, insbesondere ein Lochraster ausgebildet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement eine Wandstärke von 0,7 mm bis 2,0 mm, insbesondere eine Wandstärke von 1,0 mm aufweist, denn bereits ein 1 mm starkes Blech ergibt in Verbindung mit der Glasscheibe ein stabiles Konstrukt, insbesondere wenn der Lochkranz um das Modul für mehrere Befestigungselemente genutzt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Isolationsschicht als 0,1 mm starke Emaillebeschichtung ausgebildet ist. Die vorzugsweise vorgesehene Emaille ist eine glasähnliche Beschichtung, die eine hohe Dauerhaftigkeit und gute Isolationseigenschaften aufweist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Isolationsschicht als farbige, vorzugsweise uni oder gemusterte Designschicht ausgebildet ist. Dadurch werden künstlerische und/oder gestalterische Freiheiten geschaffen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Trägerelement mindestens eine, vorzugsweise mehrere Durchbrechungen vorgesehen sind, die für Dioden, die zur Verschaltung der Solarzellen vorgesehen sind, einen bzw. mehrere Aufnahmeräume bilden. In den Durchbrechungen, die vorzugsweise Löcher mit 10 mm Durchmesser sind, finden flache Dioden Platz, die sich sonst üblicherweise in einer separaten Anschlussdose befinden. Da sich die insbesondere flachen Dioden selber direkt oder über ihre Anschlussbändchen indirekt im Kontakt mit dem Rückseitenblech, insbesondere dessen Beschichtung befinden, wird so das Problem der Wärmeabfuhr entschärft.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 ein photovoltaisches Solarmodul gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
2 einen ersten Schnitt durch das photovoltaische Solarmodul in 1 gemäß der Ebene II in 1,
3 einen zweiten zu dem ersten Schnitt senkrechten Schnitt durch das photovoltaische Solarmodul in 1 gemäß der Linie III-III in 1,
4 ein erstes Verschaltungsschema für das photovoltaische Solarmodul in den 1 bis 3,
5 ein zweites, alternatives Verschaltungsschema für das photovoltaische Solarmodul in den 1 bis 3, und
6 ein drittes, alternatives Verschaltungsschema für das photovoltaische Solarmodul in den 1 bis 3.
Das anhand der 1 bis 3 erläuterte photovoltaische Solarmodul 100 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist sechsunddreißig Solarzellen 102 auf, welche aus polykristallinem Silizium bestehen und jeweils eine Schichtstärke von etwa 200 μm aufweisen. Diese Schichtstärke ist in 2 etwa 10-fach überzeichnet dargestellt.
Die Solarzellen 102 sind auf einem im Wesentlichen eben ausgebildeten Trägerelement 104 angeordnet, wobei das Trägerelement 104 einen Grundkörper 106 aufweist, auf welchem eine elektrische Isolationsschicht 108 ausgebildet ist. Der Grundkörper 106 ist bei der gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform ein Stahlblech mit einer Wandstärke von 1,0 mm. Die elektrische Isolationsschicht 108, die eine Schichtstärke von 0,1 mm aufweist, besteht aus einem Emaille-Material in der Farbe Weiß.
Das photovoltaische Solarmodul 100 weist darüber hinaus als Abdeckelement eine Solarglasscheibe 110 auf, welche über eine Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 mit dem Trägerelement 104 verbunden ist. Diese Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie deckt auch flache Leiterbahnen 114, über welche die einzelnen Solarzellen 102 miteinander verbunden sind, ab. Die Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie ist durch eine 15-minütige Wärmebehandlung in einer Wärmekammer bei 150°C vernetzt worden.
Anhand von 1 ist erkennbar, dass das Trägerelement 104 um das aus den Solarzellen 102 gebildete Feld 116 einen Rahmen 118 bildet, wobei dieser Rahmen 118 jedoch ohne Ebenenversatz gebildet ist. In dem Rahmen 118 sind Befestigungslöcher 120 ausgebildet, die ein regelmäßiges Lochraster bilden, welches als Anschlussstruktur zum Anschluss des Solarmoduls 100 an eine Bauwerksstruktur dient.
Anhand von 1 ist erkennbar, dass nicht nur der durch das Trägerelement 104 gebildete Rahmen 118, sondern auch die Bereiche zwischen den Solarzellen 102 in der Farbe Weiß und damit reflektierend ausgebildet sind. Durch die insgesamt sehr flache Ausführung des photovoltaischen Solarmoduls 100, bei dem auf einen strukturgebenden separaten Rahmen verzichtet ist, sowie durch den sehr gut wärmeleitfähigen Grundkörper 106 und die als Reflektionsschicht für Sonnenstrahlen ausgebildete elektrische Isolationsschicht 108 wird ein photovoltaisches Solarmodul 100 zur Verfügung gestellt, welches sich deutlich geringer erwärmt als Solarmodule gemäß dem Stand der Technik.
Das Feld 116 ist in drei Teilfelder 122, 123, 124 elektrisch unterteilt, wobei diese Teilfelder 122, 123, 124 über Dioden 126 – wie in 4 gezeigt – miteinander verschaltet sind. Mit den Dioden 126 werden so genannte „Hot Spots” verhindert, die durch einen Defekt oder eine Abschattung einer Solarzelle 102 entstehen können. Die Dioden 126, die auch innerhalb des Feldes 116 angeordnet sein können, sind in der Ebene des Solarmoduls 100 angeordnet und – wie in 3 gezeigt – in die Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 eingebettet. Der Anschluss der Dioden erfolgt über die flachen Leiterbahnen 114.
Die Dioden 126 befinden sich im Bereich von Öffnungen 128, die in dem Trägerelement 104 ausgebildet sind, um eine möglichst dünne Ausbildung der Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 ohne die Gefahr von Isolationsverlusten zu ermöglichen. Die mechanische Struktur des Trägerelements 104 wird dadurch allerdings nicht geschwächt, denn zum einen sind nur wenige Öffnungen 128 für die Dioden 126 vorzusehen, und zum anderen sind die Öffnungen 128 vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet.
Durch die Anordnung der Dioden 126 in Öffnungen 128 können diese platzsparend und am Ort mit den kürzesten elektrischen Wegen eingesetzt werden. Über die langen Kontakte der Anschlussleitungen (Ribbons, leitfähiges Bändchen zum Verschalten der Zellen/Strings untereinander) kann die Wärme aus der jeweiligen Diode 126 über die Anschlussleitung 114 in das Blech gelangen. Dadurch wird eine separate Anschlussdose, die sonst üblicherweise die Dioden enthält, überflüssig, wodurch auch ein Kostenvorteil entsteht.
Durch die in 4 gezeigte Anordnung dreier Dioden 126 ist das photovoltaische Solarmodul 100 in drei Teilfelder 122, 123, 124 aufgeteilt, wobei sich die Teilfelder 122, 123, 124 jeweils über zwei Spalten erstrecken. Gemäß den alternativen Verschaltungsschemata in den 5 und 6 sind dagegen sechs Dioden 126 vorgesehen, sodass sich jeweils sechs Teilfelder 122, 122', 123, 123', 124, 124' ergeben, sodass sich ein String zwar nach wie vor über zwei Spalten, jedoch nur noch über die Hälfte der Zeilen erstreckt. Dadurch werden die Wirkungen von Abschattungen oder defekten Solarzellen 102 verringert. Die Dioden 126 sind dabei nicht mehr seitlich benachbart zu den Solarzellen 102 wie in 1 gezeigt angeordnet, sondern innerhalb des Feldes 116 der Solarzellen 102.
Gemäß 5 ist bei einer Anordnung von sechs Dioden 126 vorgesehen, die elektrischen Anschlüsse 130 des Moduls durch das Trägerelement 104 hindurch auf dessen Rückseite und quasi mittig an dem Solarmodul 102 zu einer Dose zu führen.
Gemäß dem Verschaltungsschema in 6 können die elektrischen Anschlüsse ähnlich wie in 1 seitlich benachbart zu den Solarzellen 102 durch eine Öffnung 132 auf die Rückseite des Solarmoduls 100 geführt werden. Es ist aber auch möglich, die elektrischen Anschlüsse 130 um eine Kante des Trägerelements 104 herum auf dessen Rückseite zu führen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10050614 C1 [0004]

Claims

Photovoltaisches Solarmodul, mit mindestens einer ersten und einer zweiten photovoltaischen Solarzelle (102) aus kristallinem Silizium, einem Trägerelement (104) und einem Abdeckelement (110), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (104) einen Grundkörper (106) aus einem Metallblech, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Aluminium aufweist, auf welchem eine elektrische Isolationsschicht (108) ausgebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (104) selbsttragend, insbesondere zu einer rahmenlosen Montage ausgebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (106) aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (108) als Emaille-, Glas-, Lack-, Kunststoff- oder Pulverbeschichtung auf dem Grundkörper (106) ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (108) als Reflexionsschicht für Sonnenstrahlen ausgebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (108) als Schicht in der Farbe Weiß ausgeführt ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement zur Aussteifung Rippen oder Abkantungen, insbesondere Umbiegungen von 90° ausgebildet sind.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement zwischen den Solarzellen Verformungszonen, insbesondere vorgeprägte Sollbiegezonen ausgebildet sind.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement (108) mindestens eine Anschlussstruktur zum Anschluss an eine Bauwerksstruktur, insbesondere ein Lochraster ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (108) eine Wandstärke von 0,7 mm bis 2,0 mm, insbesondere eine Wandstärke von 1,0 mm aufweist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (108) als 0,1 mm starke Emaillebeschichtung ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (108) als farbige, vorzugsweise uni oder gemusterte Designschicht ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trägerelement (108) mindestens eine, vorzugsweise mehrere Durchbrechungen vorgesehen sind, die für Dioden, die zur Verschaltung der Solarzellen (102) vorgesehen sind, einen bzw. mehrere Aufnahmeräume bilden.