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Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul mit einem Aufdruck.
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Die Notwendigkeit, den Energieverbrauch und die negativen ökologischen Auswirkungen von Gebäuden zu reduzieren, ist heute die größte Herausforderung der Bauindustrie. Gebäude sind heute zum Beispiel in den Vereinigten Staaten für 40% des Energieverbrauchs verantwortlich. Eine beschleunigte Zunahme der städtischen Bevölkerung droht dieses Problem zu verstärken.
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Eine der bekanntesten Technologien für grüne Energie ist die der Photovoltaikmodule. Eine ihrer Einschränkungen besteht darin, dass man, um signifikante Energiemengen zu erhalten, eine große von den Modulen zu bedeckende Fläche von etwa 10m2/1kW sicherstellen muss. Dies ist besonders schwierig in Städten, wo Hochhäuser die Einfamilienhäuser dominieren, so dass im Verhältnis zur Größe der Gebäude nur kleine Dachflächen für die Installation der Photovoltaikmodule zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Fläche durch die Installation von Photovoltaikmodulen als Teil der Gebäudefassaden zu vergrößern.
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Gebäudeintegrierte Photovoltaik, sogenannte building-integrated photovoltaics, (BIPV) sind photovoltaische Materialien, die als Ersatz für konventionelle Baumaterialien in Teilen der Gebäudehülle wie Dach, Oberlichter oder Fassaden eingesetzt werden. Sie werden zunehmend in den Bau von Gebäuden als Haupt- oder Nebenquelle für elektrische Energie integriert. Der Vorteil der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) gegenüber gebräuchlicheren, nicht integrierten Systemen besteht darin, dass die anfänglichen Kosten durch die Reduzierung der Ausgaben für Baumaterialien und Arbeitsaufwand, die normalerweise für den Bau des Gebäudeteils, den die BIPV-Module ersetzen, aufgewendet werden müssten, ausgeglichen werden können. Diese Vorteile machen BIPV zu einem der am schnellsten wachsenden Segmente der Photovoltaikindustrie.
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Allerdings gibt es ein Hindernis - das Aussehen der Photovoltaikmodule. Das Aussehen von Photovoltaikmodulen wird typischerweise durch die dunkelblaue Farbe des kristallinen Siliziums und die hellen Streifen der elektrischen Kontakte bestimmt, daher werden Photovoltaikmodule nicht als sehr schön und nicht als geeignet für eine umfassende Verwendung als Teil von Gebäudefassaden angesehen.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, Photovoltaikmodule in Gebäude einzubauen: Man kann zwischen der Verwendung herkömmlicher, aber immer noch effizientester, siliziumkristalliner aktiver Medien wählen oder sich für neu entwickelte transparente Dünnschichttechniken entscheiden. Die Erfindung betrifft Photovoltaikmodule auf Basis klassischer silziumkristalliner Photovoltaikzellen. Nicht nur, dass dieser Typ nach wie vor die höchsten Werte des Umwandlungswirkungsgrades bietet, auch seine Ästhetik kann leicht verändert werden, indem nur das Abdeckelement beeinflusst wird, ohne dass der aktive Teil ausgewechselt werden muss. Das Abdeckelement wird am häufigsten aus Glas hergestellt und die Photovoltaikzelle wird im Laminierungsprozess integriert. Diese Technologie ermöglicht es zum Beispiel, ganze Fassadenelemente mit integrierten Photovoltaik-Lösungen zu konzipieren, die zusammen montiert werden können, ohne dass eine Fassade und photovoltaische Elemente separat installiert werden müssen.
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Was die Techniken zur Modifizierung von Photovoltaikzellenabdeckelementen betrifft, so ist es am effektivsten und kostengünstigsten, ein bestimmtes Bild oder geometrisches Muster auf die Glasabdeckung zu drucken. Dies ist möglich mit keramischer Tinte oder Emaille und durch verschiedene Drucktechniken wie Siebdruck, Tintenstrahldruck usw. Die Vorteile dieser Technik liegen in den geringen Kosten für Design und Produktion. Der Hauptnachteil ist der durch den Aufdruck verursachte Lichtverlust bei der Transmission.
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Wie oben beschrieben können Photovoltaikzellen in Gebäude integriert werden, indem siliziumkristalline Photovoltaikzellen verwendet werden. Das Aussehen derartiger Photovoltaikmodule kann geändert werden, in dem das Abdeckelement, das üblicherweise aus Glas besteht, modifiziert wird. Dies ist auch technisch der einfachste Weg, da übliche Photovoltaikzellen verwendet und zwischen zwei Glasplatten laminiert werden können, wobei die obere Glasplatte das gewünschte Aussehen aufweist.
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Die Veröffentlichungen
WO 2012/129706 A1 ,
EP 3 460 996 A1 ,
US 2019/0088808 A1 ,
US 2019/0068109 A1 und
WO 2019/161762 A1 befassen sich mit der Modifizierung des Abdeckglases.
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Eine der am häufigsten angewandten Methoden zur Verbesserung der Ästhetik von siliziumkristallinen Photovoltaikzellen besteht darin, ein punkt- oder streifenförmiges Muster einer bestimmten Farbe auf ihr Abdeckelement zu drucken. Auf diese Weise hat der Teil des Abdeckelements, der nicht von der Tinte bedeckt ist, eine unveränderte, hohe Transparenz. Für den entfernten Betrachter, der nur die Gesamtfarbe des Photovoltaikmoduls betrachtet, die durch die Farbkombination der Photovoltaikzellen und der Tinte gegeben ist, kann eine deutliche Veränderung der Ästhetik des Photovoltaikmoduls bewirkt werden.
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Das Drucken von geometrischen Mustern kann jedoch auch zu unerwünschten visuellen Effekten führen, insbesondere wenn das Photovoltaikmodul aus verschiedenen Winkeln betrachtet wird. Ein solcher Effekt wird als Moire-Effekt bezeichnet; dabei entstehen großflächige Interferenzmuster, die erzeugt werden können, wenn ein undurchsichtiges Linienmuster mit transparenten Lücken von einem anderen ähnlichen Muster überlagert wird.
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US 2016/0190367 A1 offenbart eine farbabstimmbare Solarzelle, die den ästhetischen Eindruck verbessern kann, während ein Moire-Muster in der Solarzelle verhindert und Schwindel aufgrund eines Farbunterschieds gemindert und die visuelle Ermüdung verbessert wird.
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US 2017/0110617 A1 offenbart Vorrichtungen, die mit Photovoltaikelementen versehen sind, die vor einem Bild platziert werden sollen, und bei denen die Abmessungen und Anordnungen der Photovoltaikelemente so gewählt sind, dass die visuelle Verschlechterung des Bildes durch die Photovoltaikelemente minimiert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Photovoltaikmodul bereitzustellen, bei dem die Ästhetik verbessert ist und das Auftreten eines Moire-Effekts vermindert ist.
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Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Photovoltaikmodul mit einem Aufdruck gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul mit einem Aufdruck, mindestens umfassend ein Substrat, mindestens eine Zwischenschicht, eine Photovoltaikzelle mit Kontaktlinien, ein Abdeckelement mit einer Innenseite und einer Außenseite, und einem Aufdruck, wobei die Photovoltaikzelle zwischen dem Substrat und dem Abdeckelement angeordnet ist, das Substrat und das Abdeckelement über die mindestens eine Zwischenschicht miteinander verbunden sind und der Aufdruck auf der Innenseite oder der Außenseite des Abdeckelements in Form eines Musters aufgebracht ist.
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Erfindungsgemäß ist das Muster des Aufdrucks derartig ausgebildet, dass das Auftreten eines Moire-Effekts vermindert ist.
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Alternativ kann das Muster des Aufdrucks auch so ausgebildet sein, dass ein Moire-Effekt in vorteilhafter Weise genutzt wird. In einer solchen Ausführungsform ergibt sich aufgrund des Moire-Effekts bei der Überlagerung des Musters des Aufdrucks auf dem Abdeckelement mit den Kontaktlinien der Photovoltaikzelle ein für den Betrachter des Photovoltaikmoduls besonders ansprechendes Aussehen des Photovoltaikmoduls.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aufdruck auf der Innenseite des Abdeckelements aufgebracht. Bei einer derartigen Anordnung ist der Aufdruck vorteilhafterweise vor äußeren Einflüssen und dadurch verursachten Beschädigungen geschützt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Aufdruck auf der Außenseite des Abdeckelements aufgebracht.
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Der Aufdruck weist bevorzugt eine Dicke von 15 µm (Mikrometer) bis 50 µm auf.
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Der Aufdruck kann durch Aufdrucken einer keramischen Tinte oder Emaille mittels verschiedener Drucktechniken wie Siebdruck, Tintenstrahldruck usw. auf das Abdeckelement aufgebracht sein.
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Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:
- 1 eine Kombination einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe,
- 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls, und
- 3a) bis 3d) Draufsichten auf Ausführungsformen von Photovoltaikmodulen ohne einen Aufdruck auf dem Abdeckelement und mit einem Aufdruck auf dem Abdeckelement.
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In der 1 ist die teilweise Überlagerung einer ersten Scheibe 7 mit einem Aufdruck 6 in Form eines opaken Streifenmusters und einer zweiten Scheibe 8 mit einem Aufdruck 6 in Form eines zu dem Aufdruck 6 aufgebrachten Streifenmuster analogen opaken Streifenmusters gezeigt. Dabei ist die zweite Scheibe 8 zu der ersten Scheibe 7 verdreht, so dass die Streifen des Aufdrucks 6 auf der ersten Scheibe 7 um 10° gedreht zu den Streifen des Aufdrucks 6 auf der zweiten Scheibe 8 sind. Wie in der 1 zu erkennen ist, kommt es durch Überlagerung des Streifenmusters auf der ersten Scheibe 7 mit dem Streifenmuster auf der zweiten Scheibe 8 zu einem Moire-Effekt.
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In der 2 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls1 gezeigt. Das in der 2 im Querschnitt gezeigte Photovoltaikmodul 1 umfasst ein Substrat 2, eine Zwischenschicht 3, eine Photovoltaikzelle 4 mit Kontaktlinien 9, ein Abdeckelement 5 mit einer Innenseite 5a und einer Außenseite 5b und einen Aufdruck 6. Die Photovoltaikzelle 4 ist zwischen dem Substrat 2 und dem Abdeckelement 5 angeordnet. Das Substrat 2 und das Abdeckelement 5 sind über die mindestens eine Zwischenschicht 3 miteinander verbunden. Die Zwischenschicht 3 besteht aus zwei Lagen so dass in dem Photovoltaikmodul 1 die Photovoltaikzelle 4 in der Zwischenschicht 3 eingelagert ist. In der in der 2 gezeigten Ausführungsform ist der Aufdruck 6 auf der Außenseite 5b des Abdeckelements 5 in Form eines Musters aufgebracht. Alternativ kann der Aufdruck 6 auch auf der Innenseite 5a des Abdeckelements aufgebracht sein, so dass dieser vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
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In der 3a) ist die Draufsicht auf ein Photovoltaikmodul 10 ohne einen Aufdruck und in den 3b) bis 3d) sind die Draufsichten auf Photovoltaikmodule 1 mit einem Aufdruck 6 auf dem Abdeckelement 5 gezeigt. Wie in der 3a) zu erkennen ist, sind bei einem Photovoltaikmodul 10 ohne Aufdruck die fünf hellen Kontaktlinien 9 deutlich zu erkennen. In der in der 3b) gezeigten Ausführungsform sind die Streifen des Aufdrucks 6 senkrecht zu den fünf Kontaktlinien 9 ausgerichtet und die fünf Kontaktlinien 9 sind weiterhin deutlich zu erkennen. In der in der 3c) dargestellten Ausführungsform sind die Streifen des Aufdrucks 6 parallel zu den Kontaktlinien 9 ausgerichtet und es ist nur eine Kontaktlinie 9 sichtbar, die anderen Kontaktlinien 9 sind durch die Streifen des Aufdrucks 6 verdeckt. In der in der 3d) dargestellten Ausführungsform sind die Streifen des Aufdrucks 6 gegenüber den Kontaktlinien 9 verdreht, wodurch sich durch den sich ergebenden Moire-Effekt ein ansprechendes Aussehen des Photovoltaikmoduls 1 ergibt. Es versteht sich, dass der Aufdruck auch in Form eines Punktemusters ausgebildet sein kann und sich mit einem solchen Muster ebenfalls ansprechend aussehende Photovoltaikmodule ergeben können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Photovoltaikmodul
- 2
- Substrat
- 3
- Zwischenschicht
- 4
- Photovoltaikzelle
- 5
- Abdeckelement
- 5a
- Innenseite
- 5b
- Außenseite
- 6
- Aufdruck
- 7
- erste Scheibe
- 8
- zweite Scheibe
- 9
- Kontaktlinien
- 10
- Photovoltaikmodul ohne Aufdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/129706 A1 [0009]
- EP 3460996 A1 [0009]
- US 2019/0088808 A1 [0009]
- US 2019/0068109 A1 [0009]
- WO 2019/161762 A1 [0009]
- US 2016/0190367 A1 [0012]
- US 2017/0110617 A1 [0013]
