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Einkapselungsmaterial für Solarzellen
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Die nachstehend beschriebene Erfindung betrifft die Verbesserung der
Einkapselungstechnologie von photovoltaischen Solarzellen für alle Zwecke, besonders
für terrestrische Anwendungen, um diese Stromgeneratoren gegen Witterungseinflüsse
zu schützen, ohne dabei den Wirkungsgrad 1t117U lässig zu verschlechtern, wie es
bisher unvermeidlich war.
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Der gegenwärtige Stand dieser Einkapselungsmethodik Lst in den offiziellen
Berichten des Status-Seminars silber die Nutzung der Sonnenenergie in Stuttgart
1975 veröffentlicht worden (Statusseminar des BMFT 24./25.09.75, Korrmissionsverlag
Gersbach & Sohn, München). Nach den dort niedergelegten Spezifikationen müssen
die Einbettungs bzw.
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Umhüllungsmaterialien hohe Transparenz im sichtbaren Bereich besitzen
und die Solarzellen gegen die bekannten Umwelteinflüsse schützen; sie müssen selbst
gegen diese
Einflüsse genügend resistent sein, insbesondere gegen
die kombinierte Einwirkung von UV-Strahlung und Feuchtigkeit im Betrieb über mehrere
Jahre. Ferner muß die Einkapselung optisch gut an das System I.uEt-Solarzellen angepaßt
sein, so daß in dieser Hinsicht keine Lelsttlngsverluste entstehen. Aufgrund dieser
Bedingungen konnte gemäß diesem Bericht bereits eine Auswahl unter potentiellen
Einhüllungs-Werkstoffen getroEEen werden, wobei in Betracht gezogen wurden: Polycarbonate,
Silicone, Epoxide, Polyester, Acrylharze und gewöhnliches Glas. In einem anderen
Bericht wird die Abdeckung von Solarzellen mit den bei der Konstruktion von photothermischen
Solar'rrne-Kollektoren namentlich in den USA gebräuchlichen fluorierten Kohlenwasserstoff-Mischpolymerisaten
erwähnt.
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Die drei zuerst genannten Werkstoffe wurden ausgeschieden, weil sie
bekanntlich eine zu geringe Beständigkeit: gegen W -Strahlung aufweisen und dementsprechend
ihre Transparenz jährlich um mehrere Prozent degradiert. Bei ihrer Verwendung müßten
zusätzliche Uv-Filter-Schichten auftebracht werden, was schon aus wirtschaftlichen
Gründen abgelehnt wird. Die Silicone neigen sogar zu Delaminations-Erscheinungen.
Die genannten Polyester sind zwar in modifizierter Form chemisch UV-stabilisiert,
jedoch liegen Angaben der NASA vor, wonach die Degradation in 5 Jahren
durchschnittlich
4 % erreicht, was als zu hoch angesehen wird. Über Acrylharze (llandelsname "Plexiglas"
oder "Lucite") äußert sich der Statusbericht optimistisch, obwohl die Einbettung
in reinem Acrylharz unmöglich ist, weil wegen der hohen Unterschiede in den Attsdehnungskoeffizienten
vom Silicium der Solarzellen und dem Acrylharz durch thermisches Zykeln zwischen
- 400 und + 800C die Kombination mechanisch zerstört wurde. Dieser Effekt soll zwar
durch die Einbettung von Glasfasern in dus Kunststoffglas vermieden werden, aber
dadurch wird die Transparenz und hiermit der Wirkungsgrad der Zellen unakzeptabel
stark vermindert. Außerdem ist inzwischen bekannt, daß sich in diesen Acrylgläsern
schon nach verhältnismäßit; kurz dauernder zyklischer Beanspruchung Haarrisse bi;
den, die Schmutz fangen und die Lichtdurchlässigkeit stark behindern.
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Diese Bestandsaufnahme zeigt, daß es bisher nicht gelungen ist, eine
optimale Abschirmung von Solarzeilen-Aggregaten gegen Umgebungseinflüsse zu finden,
besonders wenn man auch bedenkt, daß neben den bisher erwähnten Spezifikationen
auch zunächst sekundär erscheinende Eigenschaften, wie die mechanische Festigkeit
und der Preis, eine erhebliche Rolle spielen können. In diesem Zusammenhang geht
die vorliegende Erfindung erstmals davon aus, daß bei den bisherigen Erörterungen
über die Frage der Verschlechterung
des Wirkungsgrades der Solarzellen-Aggregate
durch die Art der Einschließungsmaterialien -abgesehen von der ca. 10 % betragenden
Absorption des einfallenden Sonnenlichtes - die Spektraiselektivität der optischen
Eigenschaften noch nicht systematisch bearbeitet worden ist und daß nach den nellen
Erkenntnissen hierdurch bei den bisherigen Anordaunqen Wirkungsgradverschlechterungen
tun rund SO % auftreten können, die durch die vorliegende Erfindung vermieden werden
sollen.
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Es ist dabei von der Tatsache auszugehen, daß sowohl bei den homojunction-Solarzellen
(z. B. Si) wie den heterojunction-Solarzellen (Typus CdS-Cu S) die Leerlaufspannung
oberhalb einer gewissen Temperatur (typisch etwa - 40 °C) mit steigender Temperatur
stark abfällt, der spezifische Widerstand weniger stark abnimmt und deshalb der
Wirkungsgrad insgesamt sinkt. Bei den billigeren Zellen vom CdS-CuxS-Typus sinkt
der Wirkungsgrad beispielsweise von etwa 7,3 % bei - 40 0C auf etwa 2,7 % bei +
120 0C ab, wie sich dies aus den in Fig. 1 wiedergegebenen repräsentativen Messungen
von Shirland 1966 an typischen Zellen dieser Art ergibt. Linear interpoliert fällt
der Wirkungsgrad je Grad Temperaturerhöhung um (6,00 - 2,700)/ 120 ° = 0,0275 %/Grad
und beträgt demgemäß bei einer Umgebungstemperatur von 20 0C # = 5,45 t. Bei schwachem
Sonnenschein,
z.B.10% der in unserem Lande maximalen Insolation von rund 1000 W/m2 erwärmt sich
die Solarzelle nicht merklich, dafür beträgt aber auch ihre elektrische Ausgangsleistung
nur ca. 10 % der Höchstleistung. Je stärker jedoch die Sonneneinstrahlung zunimmt,
desto mehr steigt die Übertemperatur # #t der Solarzelle über die Umgebungstemperatur
und umso geringer wird der Verstromunqswirkungsgrad. Beispielsweise bei den für
terrestrische Zwecke gut geeigneten CdS-CuxS-Zellen ist 6t bei gleicher isolation
I größer als bei den einkristallinen Si-Zellen, weil die ersteren einen hohen Schwärzungsqrad
haben und zudem matt sind, so daß sie sich ähnlich wir ein geschwärztes Blech bei
sommerlicher senkrechter Besonnung auf über 60 0C erwärmen. Bei dieser Temperattir
l,-trägt der Wirkungsgrad mit l = 4,35 % nut noch 72,5 % des Eispunktwertes.
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Tatsächlich wird die Temperatur noch erheblich über 50 ° bis 60 °C
steigen können. Ein schematischer Vergleich zwischen einer eingekapselten Solarzellenanordnung
einerseits und einem photothermischen Solarwärme-Kollektor andererseits, der hier
nicht in allen Einzelheiten dargelegt werden soll, zeigte, daß bei einem schwarzen
Strahlungsempfänger und einer Sonnenstrahlung von 1000 kcal/m2h die Wärmerückstrahlung
diese Intensität bei einer Absorbertemperatur von ca. 103 0C erreichte.
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Wenn moderne technische Solarwärme-Kollektoren höhere Leerlauftemperaturen
als 103 °C erreichen, so kann dies nur daran liegen, daß die im sichtbaren Sonnenlichtbereich
(0,4 - 0,8 /µm) von der Abdeckung möglichst wenig absorbierte Sonnenstrahlung im
infraroten W- 1 len -längenbereich von der Abdeckung nicht oder nur teilweise wieder
hinausgelassen wird ("Treibhaus-Effekt") Als idealer Verlauf der Transparenz iit:
gemaß Figur 2 die sog. cutoff-Kurve bekannt, die von A 0,4 /um bis zum Schnittpunkt
der Strahlungskurve des einfallenden Sonnenlichts (Figur 2, linke Kurve) mit der
Strahlungskurve ftir die thermische Rückstrahlung (Fig. 2, rechte Kurve) 100 # t
Transparenz aufweist, dann senkrecht bis #= o fällt: diese völlige Undurchlässigkeit
über den ganzen Rückstrahlungsbereich bis z. B. 40 um beibehält. Für die ptlOtO-thermischen
Solarwärme-Kollektoren ist es ein Glücksfall, daß alle bekannten anorganischen und
organischen Gläser der Folien, die im sichtbaren Wellenlängenbereich überwiegend
durchsichtig sind, im Infraroten überwiegend undurchlässig werden, weil in diesem
Frequenzbereich Y= C / die Eigenfrequenzen der Schwingungen und Drehungen der polaren
Moleküle und Radikale, enthaltend H-, C-, Cl-, F-, Si- und O-Atmone, in den Bereich
des nahen und mittleren Infrarot fallen. Als Beweis dafür zeigt Figur 3 - wiederum
über einer logarithmischen Wellenlängenskala - die Durchlässigkeiten von zwei Abdecksubstanzen,
die bei der Konstruktion
von photothermischen Solarwärme-Kollektoren
angewendet werden, nämlich gewöhnliches Silikat-Fensterglas und ein handelsübliches
Acrylglas (Plexiglas). Wie man sieht, besitzen beide Gläser im Bereich des sichtbaren
Lichtes eine fast vollständige Transparenz von #= O 9 und im Infraroten eine fast
verschwindende Transparenz#= 0, wobei die gemessenen Kurven sich weitgehend der
in Fig. 2 erklärten theoretischen Wunschkurve, der "cutoff-Kurve" mit einem Sprung
bei #=2,5µm anschmiegen, wodurch sich die in solchen Absorbern erreichten hohen
Leerlauftemperaturen von über 130 0C erklären. Es ist nun im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung bemerkenswert, daß nach dem bisherigen Stanze der Technik
dieselben Abdeck-Werkstoffe, wie z. B. Silikat-Fensterglas und Acrylglas, auch zur
Einkapselung der l)hotovoltaischen Solarzellen-Generatoren benutzt werden Lind deshalb
- auch wegen des hohen IR-Schwärzungsgrades -ebenfalls auf hohe Leerlauf temperaturen
aufgeheizt werden, anstatt möglichst kühl gehalten zu werden, um nicht den Wirkungsgrad
der Verstromung auf ca. die Hälfte zu vermindern.
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Um diese beispielsweise auch für die Lebensdauer von CdS-CuxS-Solarzellen
schädliche hohe Betriebstemperatur zu vermeiden, haben im eingangs erwähnten Statusbericht
einige
Autoren vorgeschlagen, die einyeschlossenen Solarzellen
mit einer Wasserkühlung zu versehen. Damit soll die Betriebstemperatur wenigstens
auf 60 0C gesenkt werden. Das hierbei austretende Kühlwasser von 60 0C ist zur Nutzbarmachung,
z. B. in Heißwasserspeichern, nicht heiß genug.
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Deshalb wurde vorgeschlagen, dieses 60°-ige Kühlwasser mit Hilfe einer
Wärmepumpe mit dem mittleren Wirkungsgrad ?WP p = 400 % nachzuerhltzen. Betrachtet
man @ diesen Vorschlag quantitativ, so erfordert die Erwärmung von eti) o auf 100
° etwa gleich viel Wärme v die1eznige zwischen 1er Einlauftemperatur 20 ° und Austrittemperatur
60 . der Prozeß erscheint allenfalls dann sinnvoll, wenn man Dieser die Wärmepumpe
mit dem von den Solarzellen gelieferten Strom betreibt, deren Wirkungsgrad von rund
# = 5 s, mulipliziert mit demjenigen der Wärmepumpe von #WP = 400 % ergibt einen
Gesamtwirkungsgrad der Kombination Solarzelle-Wärmepumpe von rund 20 %. Praktisch
bedeutet dies, daß eine soLcke Anordnung trotz der sehr aufwendigen Wärmepumpe maximal
nur etwa 1/5 der absorbierten Sonnenwärme fortschaffen oder gar zur Nacherhitzung
von Nutzwasser aufbringen kann.
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Selbst wenn man auf jede Entnahme von elektrischer Nutzleistung aus
den Solarzellen verzichtete, müßte man noch etwa das Vierfache an Strom aus einer
zusätzlichen Stromquelle addieren, um die Solarzellen-Batterie auf Umgebungstemperatur
zu halten und dadurch den dieser entsprechenden Wirkungsgrad zu nutzen.
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Diese wesentlichen und deshalb ausführlich ycschiiderten neuen Uberlegungen
führten zu der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, wonach die
durch die bisherige Einkapselungs-Technologie bewirkte Stauung der Solarwärme in
der Solarzellen-Batterie durch theoretische Spezifikation und Suche nach weniger
ungünstigen durchsichtigen Abdeckungsmaterialien merklich vermindert werden soll,
so daß ohne parasitaren zusätzlichen Nutzleistungsverbrauch ein höherer Verstromungs-Wirkungsgrad
dank einer nicht so hoch iiber Umgebungstemperatur liegenden Betriebstemperatur
erreicht werden kann.
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Diese neue Aufgabe wird bei einem Einkapselungsmaterial für Solarzellen
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es aus einem Material großer Transparenz im
gesamten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes und des Infrarotlichtes besteht.
Diese Bedingung wird nach den der Erfindung Ztlgrundeliegenden Erkenntnissen vorzugsweise
dann erfdllt, wenn das Einkapselungsmaterial aus einer organischen Verbindung mit
überwiegend homöopolaren Bindungen zwischen den einzelnen Atomen besteht. Vorzugsweise
handelt es sich um ein Polymerisat von Kettenmolekülen mit überwiegend homöopolar
gebundenen Kohlenwasserstoffen ohne eingebaute Halogenatome.
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Mach den der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnissen ist somit an
das neue Abdeckmaterial die wesentliche Forderung zu stellen, daß es keine Spektralselektivität
aufweist, sondern im Spektralbereich vom kurzwelligen Violett (/ = 0,4 jiln) bis
zum langwelligen Lande der infraroten Rückstrahlung (gemäß Figur 3 bis etwa 20 eine
annähernd uveränderliche und möglichst große Trans parenz aufweist. Daneben ist
natürlich zu fordern, da das einfallende Sonnenlicht durch das verwendete Material
möglichst geringfügig, höchstens um ca. 10 % geschwächt wird. Außerdem sollte das
Umhüllungsmaterial zu Platten oder Folien verarbeitbar sein, deren Dicke möglichst
kleiner als 1 mm ist. Das Material muß ferner eine auireichende Zerreißfestigkeit
aufweisen und soll natürlich möglichst billig sein.
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Es ist bekannt, daß SiO2 und A1203 eine große Transparenz im Infrarotbereich
aufweist. Diese Stoffe sind für das vorliegende Problem jedoch insofern wertlos,
als sie die übrigen oben angeführten Anforderungen nicht erfüllen.
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Wenn man die umfangreiche Literatur über die Absorptionsspektren der
anorganischen und organischen Gläser durchsieht, findet man fast nur Beispiele für
den in Figur 2 und 3 eingezeichneten cutoff-Typus; allerdings erreicht die Infrarot-Transparenz
nicht immer den Wert t = 0,
sondern bei z. B. bestimmten Polyäthylen-Qualitäten
etwa *= 75 o/o. Selbst dieser Betrag wäre für die Verwirklichung der vorliegenden
Erfindung nicht ausreichend.
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Durch neue theoretische Überlegungen wurde erfindungsgemäß die Stoffgruppe
ermittelt, bei der allenfalls noch geringe IR-Absorptionen auftreten könnten. Dabei
wirA von der Tatsache ausgegangen, daß es im Bereich tier organischen Chemie neben
den polaren Bindungskräften, die auf elektrischer Anziehung entgegengesetzter Ladungen
bestehen, auch homöopolare Bindungen gibt, wie z. B. zwischen den elektrisch gleichnamigen
Atomen im N2 - und O2-Molekül ind in der großen Fülle der einfachen Kohlenwasserstoffe
zwischen C- und H-Atomen. Da die hier interessierenden Folien t.L:s Polymerisaten
bestehen, konzentriert sich die Problematik auf die Frage, wie groß bei der praktisch
gemischten Bindung die Anteile des homöopolaren und des polaren Typus wirksam sind.
Besonders geringe Prozentsätze an polarer Bindung haben nach der Erfindung offenbar
Ketten wie Polyisopren, Polybutadien und Polypropylen. Im letztgenannten Polymerisat
ist das Schema der Kette bekanntlich
Es läßt sich vrmuten, daß durch die abwechselnde Anordnung von
H-C-H und ll-C-CfI3-C;iiedern die polaren Bindungskräfte weiter vermindert werden.
Tatsächlich hat die spektroskopische Untersuchung nach Figur 4 gezeigt, daß die
Polypropylen-Folie im IR-Bereich weniger Dispersion zeigt als jedes anderer bisher
bekannte organische Material.
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Auch die beiden anderen oben erwähnten Polymerisate ze elgen verhältnismäßig
wenig Maxima und Minima im IR-Bereich, aber Polypropylen ist insofern einzlgartig,
als ts nicht nur ca. 94 % des Sonnenlichtes durchläßt, sondern auch im für die Technik
wichtigen IR-Bereich Mittelwerte der Transmission um 7 = 90 % aufweist, also von
0,2 bis 50 µm praktisch fast völlig durchsichtig ist. Weiterhin ist vorteilhaft,
daß Folien dieser Art beim Walzen durch den Kunstgriff einer biaxialen Streckung
selbst bei Dicker von nur 10 bis 50 um ausreichende Zerrelßfestigkeit (300 - 400
kp/cm2) darbieten, die Erweichungsgrenze von 1600 - 1700C durch den Streckprozeß
nur wenig erniedrigt wird und die Verwendbarkeit bis zu 150 0C gewährleistet bleibt.
Der Brechungsindex ist trotz des Streckungseinflusses nur schwach anisotrop, und
sein Mittelwert von 1,51 ist nicht so hoch, daß die optische Anpassung an die einzuhüllenden
Solarzellen Schwierigkeiten machte Polypropylen ("PP") erfüllt auch alle zwar sekundären,
trotzdem aber wesentlichen Nebenbedingungen: es ist ein guter elektrischer Isolator,
wasserabweichend, physiologisch
unbedenklich, umweltfreundlich
(weil es bei Verbrennung weder Cl noch F entwickelt), selbst bei höheren Bremperaturen
wegen seiner paraffinischen Natur gegen Säuren und Laugen beständig, in Lösungsmitteln
erst über 80 °C löslich, für Case, Dämpfe und Flüssigkeiten noch undurchlässiger
als selbst Polyäthylen ("PE"). Speziell die biaxial gestreckten Folien sind zwar
nicht ganz so witternngsbeständig wie das Ausgangsmaterial und können mit der Zeit
(in einigen Jahren) unter der Einwtrktinq von UV-Strahlung korrodiert werden, jedoch
kann ein vorhandener UV-Stdbilisator und auch ein staubabweisendes Antistaticum
einqebaut werden. Dabei muß man aber bedenken, daß alle Arten von Zusätzen die erfindungsgemäße
Transmission dieser Folien beeinträchtigen können, eben weil diese Durchlissitkeit
von 0,2 bis 50 /um für PP einzigartig ist. Praktisch ist eine solche mäßige Degradation
auch belanglos, weil PP-Folie größenordnungsmäßig 100 mal billiger ist als die ETFE-Folie
(ETFE = Äthylen-Tetra-Fluor-Äthylen) oder Fensterglas, so daß man sie sowieso nicht
lohnintensiv vom Staub reinigen, sondern einfach in gewissen Abständen -- z. B.
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alljährlich - auswechseln wird.
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Die vorstehenden theoretischen Uberlegungen werden auf 3 verschiedenen
Wegen experimentell geprüft und bestätigt.
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1. Es wurde die übliche Apparatur zur Aufnahme der U,J-Kennlinien
von Solarzellen benutzt und nacheinander
die Kennline ganz Bedeckung
(Fig.5, äußerste Kurve rechts und oben) , nach diejenige mit Abdeckung durch eine
40 um dicke biaxial gestreckte PP-Folie, darauf eine mit Clasabdeckung (1 mm Diapositiv-Scheibchen)
und schließlich mit der erwähnten, zur thermischen Isolation von photothermischen
Sollarkollektoren verwendeten 100 µm dicken ETFE-Folie (innerste Kennlinie) registriert.
Man erkennt, daß I)ei der benutzten Eintrahlungsdichte S=60mW/cm2 die gemessene
Si-Einkristall-Solarzelle eine Kurzschluß Stromstärke von J = 61,5 mA ohne Abdeckung,
mit 0 PP-Einhüllung von 57,7 mA, für Glas von 56 mA und mit ETFE-Abdeckung von 59
mA, alle bei 33,2 ' Umgebungstemperatur, registriert. Diese Absolutwert) entsprechen
relativen Schwächungen gegenüber dem Wert bei fehlender Abdeckung von 6,5 % für
PP, 9 z für Glas und 15,5 % für ETFE. Man erkennt aus Figur 5 außerdem, daß auch
die Leerlaufspannungen Uo in dieser Reihenfolge abnehmen. Es ist aber technisch
wichtiger, die aus einem in die Kennlinie einqepaßten maximalen Rechteck entnehmbare
höchste Leistungsdichte abzulesen; diese beträgt ohne Abdeckung 24,6 mW/cm2, mit
PP-Folie 21,9, mit Glasabdeckung 21,5 und mit ETFE-Folie 18,7 mW/cm2, so daß der
Leistungsabfall durch die PP-Folie nur 11 %,. durch
Glas 12,7 %
und durch ETFE-Folie 18,3 % ausmacht.
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2. Da die Si-Solarzellen bekanntlich nicht aut den gesamten Wellenlängenbereich,
sondern selektiv vorzugsweise auf das kurzwellige IR-Licht ansprechen, titrden auch
analoge Messungen mit einem thermoelektrischen Meßgerät durchgeführt, das über die
Gesamtstrahtung der Sonne integriert. Hierbei ergab sich dieselba Reihenfolge der
Transmission von PP, Glas und ETFE mit nur geringen und zahlenmäßigen Unterschieden.
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3. Die für die vorliegende Erfindung angemessenste Prüfanordnung ist
die sonst für photothermische Solarwärme-Kollektorren übliche kalorimetrische Messung,
bei der man die Übertemperatur #t mißt, welche eine bestimmte Wassermenge erleidet,
wenn man sie mit der gemessenen Durchflußgeschwindigkeit D (L/h) durch den von der
jeweiligen Insolation S (Watt/m2 bzw. cal/m2.h) besonnten Kollektor durchfließen
läßt. Fig 6 zeigt die Meßergebnisse, wonach erwartungsgemäß t etwa hyperbolisch
mit wachsendem D abnimmt und die Kurven für ETFE, Glas und PP zwar in der erwarteten
Reihenfolge übereinander liegen, sich aber bis hinauf zu ca. 60 ' Ausflußtemperatur
quantitativ wenig unterscheiden. Erwartungsgemäß kann erst oberhalb dieser Temperatur,
die ein unabgedecktes geschwärztes Blech im Sonnenschein bekanntlich
erreicht,
die unterschiedliche Wärmedämmung infolge verschiedener IR-Transimission signifikant
werden.
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Die für maximale thermische Rückstrahlungs-Dämmung eingeführte ETFE-Folie
beispielsweise erhöht die Leerlauftemperatur eines unbedeckten geschwärzten A1-Bleches
bei S=682 (Watt/m2) - einem für unser Land typischen sommerlichen S-Wert - von 72,75°
um 84,00, also um 11,250, die Abdeckung mit 1 mm Glas auf 78,5°, also um 5,75° und
die PP-Bedeckung auf 75,4° um nur 2,65°.
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Entsprechende Messungen für 4 verschiedene Insolationen sind in Fig.
7 in einem #t, I-Diagramm dargestellt. Man erkennt, daß von schwachen bis höchsten
S-Werten unserer Breitengrade der Wärmestau infolge von Einkapselung der Solarzellen
erfindungsgemäß deutlich auf durchschnittlich 2,5° minimiert werden kann durch Übergang
zu Folien aus Polymerisaten von Kettenmolekülen mit überwiegend homöopolar ebundenen
Kohlenwasserstoffen ohne eingebaute Halogenatome.
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Es muß dabei verdeutlicht werden, daß es sich beim Übergang von Mineralglas
oder chlorierten bzw. fluorierten orginischen Folien auf PP keineswegs nur um eine
relative, sondern fast vollständige Beseitigung des Staues der Wärmestrahlung handelt,
denn der Restbetrag von durchschnittlich #t= = 2,50 läßt sich nach den bekannten
Formeln als überwiegend durch Wärmeleitung und Konvektion verursachter Wärmestau
identifizieren.
Daraus folgt für die Anwendung der erfindungsgemäßen Folien die praktisch wichtige
Lehre, ihre Oberfläche - umgekehrt wie im Falle der photothermischen Solarkollektoren
- möglichst groß zu machen, denn nach den erwähnten Formeln bringt schon eine Verdopplung
der Wärmeaustauschfläche eine Halbierung des durch Leitung und Konvektion bedingten
restlichen Wärmestaues.
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Grundsätzlich könnte man natürlich auch bei Verwendung der homöopolaren
Einhüllungsmaterialien den Strahlungsanteil des Wärmestaues durch die bekannten
Methoden aul= wendiger Optik, wie z. B. Interferenzschichten, weiter herabsetzen;
jedoch bleiben innerhalb der nach Figur 6 und 7 festgestellten Meßergebnisse innerhalb
von 2,5° höchstens einige 1/100 über, so daß diese zusätzlichen Maßnahmen als wirtschaftlich
nicht vertretbar angesehen werden müssen. Aber selbst im Falle der Anwendung solcher
optischer Zusatzmaßnahmen muß man sich erinneren, daß als Untergrund für solche
Interferenzschichten o. d. die "homöopolaren Folien" vorteilhafter sind als spektralselektive
fluorierte Kunststoffolien wie ETFE oder auch Mineralglas, weil diese durch ihre
eigene spektralselektive Absorption die erstrebte Gesamtoptik stören würde.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß für terrestrische Anwendungszwecke
Solarzellen-Aggregate mit durchsichtigen
Umhüllungsmaterialien
gegen Witterungseinflüsse abgeschirmt werden müssen. Die bekannten Materialien bewirken
eine Stauung der Sonnenwärme und damit eine Temperaturerhöhung, wodurch der Wirkungsgrad
der Solarzellen erheblich absinkt. Es ist erfindungsgemäß <lelungen, vorwiegend
homöopolar gebundene Kunststoffe ausfindig zu machen, die vom Violett bis fernen
Infrarot durchschnittlich über 90 % durchsichtig bleiben und dadurch den schädlichen
Wärmestau auf ca. 2,50 begrenzeti und die Wirkungsgradverschlechterung vermeiden.
Die ertindungsgemäße Umhüllung eines aus einer Anzahl von Solarzellen bestehenden
Aggregats findet - wie bereits erwähnt wurde - dann Anwendung, wenn das Aggregat
Umwelteinflüssen, also nsbesndere beim erdgebundenen Einsatz, ausgesetzt ist. Dir
gilt sowohl für Solarzellen aus Silizium als auch für solche, die aus Verbindungshalbleitern
mit Heteroübergängen bestehen. Der wesentliche Kern der Erfindung besteht in der
Lehre, solche Umhüllungen mit der Maßgabe auszuwählen, daß das Material möglichst
weitgehend homöopolare Bindungen enthält, da hierdurch Wärmestaus zwischen der Folie
und den Solarzellen vermieden werden können. Die vorliegende Erfindung ist schon
wirkungsvoll, wenn man die Sonnenstrahlung ohne Konzentration einfallen läßt. Die
erfindungsgemäße Einkapselung ermöglicht aber durch Verminderung der Wärmestaus
eine optische Lichtkonzentration und damit eine vervielfachte Belastung der Solarzellen.