DE4125265A1

DE4125265A1 - Vorrichtung mit fotovoltaischen zellen

Info

Publication number: DE4125265A1
Application number: DE4125265A
Authority: DE
Inventors: Rainer Fuchslocher; Gerd Schmid
Original assignee: STROMEYER INGENIEURBAU GmbH
Current assignee: RAUPACH, PETER, DIPL.-VOLKSW., 8000 MUENCHEN, DE
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1992-03-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aus einer flexiblen Grundfolie und auf dieses aufgebrachten fotovoltaischen Zellen.

Derzeit erfolgt eine dauerhafte Einbettung fotovoltaischer Zellen auf Membrangeweben, die beispielsweise als flexible Überdachungshäute eingesetzt werden können, in Folien mit Schmelztemperaturen, die deutlich höher liegen als die Schmelztemperaturen von PES-PVC-Geweben. Ein Verschweißen bleibt hier ausgeschlossen.

Zur Verbesserung bekannter Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art dient die Lehre des Patentanspruches 1 bzw. 2 oder 3; dank dieser Maßgaben können Folienmodule, die bevorzugt aus Folien und zwischen diese eingebrachten - etwa auf dem Wege eines Laminierverfahrens eingeklebten - fotovoltaischen Zellen bestehen, zu größeren Einheiten verbunden oder aber auf textilen bzw. textilähnlichen Werkstoffen oder Werkstoffbahnen festgelegt werden.

Weitere günstige Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß werden die über die Zellenränder hinausragenden Folienbereiche perforiert und die Perforationen - zumindest einige von ihnen - mit aufgeschmolzenem Kunststoff gefüllt, der die durchdrungenen dann beidends mit Nietköpfen versehen sein - oder an einem Ende mit der Beschichtung eines Trägergewebes od. dgl. Membranbahn verschmolzen sein.

Zur einfachen Applikation des Kunststoffes ist dieser beispielsweise auf einen Gewebestreifen aufgetragen; an jeder Außenseite des Folienmoduls werden die Perforationen mit einem solchen Gewebestreifen abgedeckt, wonach der Aufschmelzvorgang beginnt.

Als günstig hat es sich nämlich erwiesen, die Schmelztemperatur des Kunststoffes zum Vernieten etwa der Schmelztemperatur der Beschichtung des Trägergewebes angepaßt zu wählen.

Durch das Perforieren der Fotozellen-Einbettfolie kann der aufgeschmolzene Kunststoff wie ein Niet beide Materialien verbinden; der als Aufschmelzniet wirkende Kunststoff ist an das Beschichtungsmaterial des Trägergewebes angeschlossen und füllt die Perforierung der zu befestigenden Folie, wobei die Ränder der Perforierung übergriffen werden.

Bei dieser Vorrichtung wird das Trägergewebe in seinem Tragverhalten nicht verändert, weshalb es keine technischen Zulassungsprobleme gibt. Es erlaubt eine Taschenbildung für Kabelführungen und ist ein Witterungsschutz für Trägergewebe durch besonders hochwertige Zelleneinbettfolien. Darüber hinaus wird die freie Belegbarkeit der Membranoberfläche mit Fotozellen während der Konfektionierung oder auf dem bereits montierten Membranbauwerk ermöglicht. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, daß die fotovoltaisch belegte Oberfläche in Teilflächen zerlegt und jede der Teilflächen mit einem der Konfektionierung oder auf dem bereits montierten Membranbauwerk ermöglicht. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, daß die fotovoltaisch belegte Oberfläche in Teilflächen zerlegt und jede der Teilflächen mit einem Rechner verbunden ist. Für diesen Gedanken wird selbständig Schutz begehrt.

Es wird dadurch eine Minimierung der Verschattungsverluste und eine Optimierung der Nutzung räumlich gekrümmter Tragwerke erreicht.

In herkömmlichen PV-Anlagen sind alle Module im gleichen Azimut- und Deklinationswinkel ausgerichtet, wodurch alle Zellen die gleiche Strahlungsmenge erhalten.

Da Membran- und Seilnetzbauten durch ihre räumlichen Krümmungen an jeder Stelle anders geneigt und orientiert sind, entsteht vor allem bei höheren Spannungsebenen das Problem, daß die entsprechende Anzahl von Zellen (bei 48 Volt etwa 140 Zellen) nicht mehr gleich geneigt und orientiert ist.

Aufgrund der nichtlinearen Kennlinie der Solarzellen kommt es in der Reihenschaltung bei unterschiedlichem Anstellwinkel zur Sonne zu einem überproportionalen Leistungsabfall. Weniger gut beleuchtete Zellen zwingen der gesamten Reihe ihren Strom auf und dominieren das Leistungsbild dieser Reihe.

Die Hersteller käuflicher Module wirken diesem Mangel mit Bypass-Dioden entgegen, die in Abständen von jeweils 20 Zellen dem Strom ein Überspringen dieser defekten Bereiche ermöglicht. Beim Ausfall eines 20-Zellen-Bereichs innerhalb einer 48-Volt-Anlage sinkt die Spannung auf 40 Volt. Damit liegt nicht genügend Spannung am Laderegler der Batterie an, und die Energie der restlichen 100 Zellen kann nicht genutzt werden.

Deshalb wird die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung angeboten, bei der eine flexible Zusammenschaltung von Zellgruppen (resp. Modulgruppen) bei höheren Spannungsebenen durchgeführt ist.

Dabei gibt es vor allem zwei Varianten.

Variante 1

Die fotovoltaisch belegte Oberfläche wird in Teilflächen zerlegt, welche direkt mit einem zentralen Rechner verbunden werden. Eine Spannungsmessung aller Zell- Bereiche, eine Sortierung in Töpfe gleicher Spannung und ein anschließendes Wandeln der Spannungen auf gleiche Höhe ermöglicht die konstante Erzeugung einer zuvor definierten Spannung, mit der die Batterie geladen wird.

Der Vorteil dieser flexiblen Verschaltung von PV-Zellen auf leichten Flächentragwerken besteht darin, daß nur noch bekannt sein muß, welche Flächen zwischen 15° und 55° geneigt sind sowie max. ±30° von der Südrichtung abweichen. Die optimale Verschaltung gleichstark bestrahlter Zellbereiche wird elektronisch gesteuert. Damit können die Nachteile der räumlichen Krümmung von leichten Flächentragwerken ausgeglichen werden. Gleichzeitig werden aber auch die überproportional wirksamen Nachteile standortbedingter Verschattungen eleminiert.

Variante 2

Erreicht eine Zell- bzw. Modulgruppe nicht die geforderte Spannungsebene, so werden nach entsprechenden Spannungsmessungen flexibel Zellgruppen zugeschaltet, bis der Laderegler der Batterie öffnet.

Im Gegensatz zu einer vergleichenden Messung aller Zellen nach ihrer Spannung und einer Sortierung in Töpfe gleicher Spannung und einem anschließenden Wandeln der Spannungen auf gleiche Höhe wird dieses Verfahren nur einen Bruchteil an Verschaltungsaufwand erfordern.

Auch hier werden die überproportional wirksamen Nachteile von standortbedingten Verschattungen eleminiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine schräge Draufsicht auf zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines mit Fotozellen versehenen Flächenstücks;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch Fig. 1 nach deren Linie II-II;

Fig. 3 eine Schrägsicht auf eine andere Ausführung eines mit Fotozellen versehenen Flächenstücks;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Fig. 3.

Auf ein Trägergewebe 10 mit einer Kunststoffbeschichtung 11 ist in Fig. 1 ein Folienmodul 12 aufgebracht. Letzteres weist auf einer Grundfolie 13 in Abstand zueinander fotovoltaische Zellen 14 auf, die von einer Deckfolie 16 überlagert sind. Die einzelnen Schichten und der Zwischenraum sind überhöht dargestellt.

Durch ein Perforieren der Randbereiche oder Ränder 18 des Folienmoduls 12 sowie durch Aufschmelzen von PVC entsteht eine nietenartige Verbindung mit der Beschichtung 11 des Trägergewebes 10. Ein solcher Niet 20 verbindet die beiden Werkstoffe. Dabei muß das Trägergewebe 10 nicht durchstoßen werden, denn der sog. Aufschmelzniet 20 verbindet sich mit dem Material der Beschichtung 11 des Trägergewebes 10, füllt die in Fig. 1 bei 22 nur angedeutete Perforierung des Folienmoduls 12 und überfließt die Ränder 18 dieser Perforierung 22.

Als Aufschmelzniet sind alle Kunststoffe einsetzbar, deren Schmelztemperatur so hoch oder höher ist, als die Schmelztemperatur der Beschichtung 11 des Trägergewebes 10, jedoch haben sich Kunststoffe als besonders günstig erwiesen, deren Schmelztemperatur jener der Beschichtung 11 etwa entspricht.

Das Aufnieten der Folienmodule 12 ist beispielsweise mit Schmelzklebepistolen oder durch chemische Verbindungen (Quellverschweißung), Heißluft oder Hochfrequenzschweißen möglich.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3, 4 überlappen sich zwei Folienmodule 12, deren Randbereiche 18 einander überlappen, in diesem Falle durchgreift der aufgeschmolzene Kunststoff die in einer Achse A fluchtenden Perforierungen 22 und bildet einen Niet 21 mit beidendig vorhandenen Nietköpfen.

Hier ist die Schmelztemperatur des eingesetzten Kunststoffes nur durch den Schmelzpunkt der Folien 13, 16 des Folienmoduls 12 begrenzt; dieser Schmelzpunkt muß höher liegen als die Schmelztemperatur des Kunststoffes.

Claims

1. Vorrichtung aus einer flexiblen Grundfolie (13) und auf diese aufgebrachten fotovoltaischen Zellen (14), die einzeln oder in Gruppen von einer Deckfolie (16) od. dgl. überlagert sind und ein Folienmodul (12) bilden, das perforiert und im Bereich der Perforation/en (22) mittels aufgeschmolzenen Kunststoffes, insbesondere PVC, mit der Grundfolie (13) verbunden ist.

2. Vorrichtung aus einer flexiblen Grundfolie (13) und auf diese aufgebrachten fotovoltaischen Zellen (14), die einzeln oder in Gruppen von einer Deckfolie (16) od. dgl. überlagert sind und ein Folienmodul (12) bilden, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Folienmodul (12) perforiert und im Bereich der Perforation/en (22) mittels aufgeschmolzenen Kunststoffes, insbesondere PVC, mit einem Trägergewebe (10) verbunden ist.

3. Vorrichtung aus einer flexiblen Grundfolie (13) und auf diese aufgebrachten fotovoltaischen Zellen (14), die einzeln oder in Gruppen von einer Deckfolie (16) od. dgl. überlagert sind und ein Folienmodul (12) bilden, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Folienmodul (12) mit Perforation/en (22) versehen ist, die mit Perforation/en zumindest eines anderen Folienmoduls (12) fluchten, und jeweils fluchtende Perforationen der Folienmodule von einem Kunststoffkörper (21) durchsetzt sind, der aus aufgeschmolzenem Kunststoff, insbesondere PVC, im Perforationsbereich hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergewebe (10) beschichtet und die Beschichtung (11) mit dem aufgeschmolzenen Kunststoff im Bereich der Perforation (22) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschmolzene Kunststoff, insbesondere das PVC, den von der Beschichtung (11) des Trägergewebes (10) entfernt liegenden Rand der Perforation (22) radial übergreift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschmolzene Kunststoff, insbesondere das PVC, die fluchtenden Perforationen (22) durchsetzt und beidends deren Ränder, bevorzugt in der Art eines Nietenkopfes, übergreift.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des aufgeschmolzenen Werkstoffes für den Kunststoffkörper (20, 21) etwa der Schmelztemperatur der Beschichtung (11) des Trägergewebes (10) entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Kunststoffkörpers (20, 21) jener der Beschichtung (11) des Trägergewebes (10) ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (22) in der Folie (13, 16) des Folienmoduls (12) außerhalb der fotovoltaischen Zellen (14) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung aus einer flexiblen Grundfolie (13) und auf diese aufgebrachten fotovoltaischen Zellen (14), die einzeln oder in Gruppen von einer Deckfolie (16) od. dgl. überlagert sind und ein Folienmodul (12) bilden, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die fotovoltaisch belegte Oberfläche in Teilflächen zerlegt und jede der Teilflächen mit einem Rechner verbunden ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der aufzuschmelzende Werkstoff Teil eines PVC-beschichteten Streifens ist.