DE2712172A1 - Einkapselungsmaterial fuer solarzellen - Google Patents

Einkapselungsmaterial fuer solarzellen

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DE2712172A1 DE19772712172 DE2712172A DE2712172A1 DE 2712172 A1 DE2712172 A1 DE 2712172A1 DE 19772712172 DE19772712172 DE 19772712172 DE 2712172 A DE2712172 A DE 2712172A DE 2712172 A1 DE2712172 A1 DE 2712172A1
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Description

  • Einkapselungsmaterial für Solarzellen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • alljährlich - auswechseln wird.
  • Die vorstehenden theoretischen Uberlegungen werden auf 3 verschiedenen Wegen experimentell geprüft und bestätigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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°.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Einkapselungsmaterial filr Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Material groner Transparenz im gesamten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes und des Infrarotlichtes besteht.
  2. 2) Einkapselungsmaterial für Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer organischen Verbindung mit überwiegend homöopolaren Bindungen zwischen den einzelnen Atomen besteht.
  3. 3) Einkapselungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, durch gekennzeichnet, daß es aus einem Polymerisat von Kettenmolekülen mit überwiegend homöopolar gebundenen Kohlenwa3serstoffen ohne eingebaute Halogenatome besteht.
  4. 4) Einkapselungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Polypropylen besteht.
  5. 5) Einkapselungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Polyisopren besteht.
  6. 6) Einkapselungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Polybutadien besteht.
  7. 7) Einkapselungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer Folie hat, die ein aus Solarzellen betehendes Aqregt zumindest teilweise umgibt bzw. abdeckt.
  8. 8) Einkapselungsmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien zur Erhöhung der Zerreißfestigkeit beim Herstellen durch Walzen biaxial gestreckt werden.
  9. 9) Einkapselungsmaterial nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien eine Dicke von 10 - SO um haben.
  10. 10) Einkapselungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des durch Wärmeleitung und Konvektion bedingten Rest-Wärmestaus die Oberfläche des Umhdllungsmaterials möglichst groß gewählt wird.
  11. 11) Anwendung eines Einkapselungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Schutz der für terrestrische Zwecke vorgesehenen Solarzellen-Aggregate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55150258A (en) * 1979-04-04 1980-11-22 Rohm Co Ltd Semiconductor device
DE4331425A1 (de) * 1993-09-16 1995-03-23 Bmc Solar Ind Gmbh Solarmodul mit Lochplatte
DE19514908C1 (de) * 1995-04-22 1996-04-18 Ver Glaswerke Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls
DE10223173B4 (de) * 2002-05-24 2010-04-08 Solarc Innovative Solarprodukte Gmbh Solarmodul mit Gehäuse, gefüllt mit einer als Fluid vorliegenden Matrix

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