DE4301404C1 - Verfahren zur Herstellung von Solargeneratoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Solargeneratoren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Solargeneratoren in Form von regelmäßigen oder unregelmäßi­ gen Oberflächen mobiler oder stationärer Objekte, wobei in Reihen- und/oder Parallelschaltung miteinander verbundene, gerichtet angeordnete, in Harz eingebettete Solarzellen­ module eine rückseitige Trägerschicht aus glasfaserver­ stärktem Kunstharzlaminat aufweisen.
Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von flächigen, ebenen Solargeneratoren, bei denen die Solarzellenmodule in Reihen- oder Gruppenschaltung mechanisch untereinander verbunden und durch aufwendige Rahmenkonstruktionen mechanisch zusammenmon­ tiert sind. Die Solarzellenmodule sind bei dieser Bauweise von stabilen Glasscheiben abgedeckt, die deren Verschmutzung verhindern und eine leichte Reinigung gestatten.
In dieser Rahmenbauweise werden die Solargeneratoren auf das Objekt über bestimmte stabile Montagepunkte montiert, z. B. auf Dächern oder zusammen mit Parkscheinautomaten. Diese Mon­ tagepunkte verlangen eine massive Ausführung des tragenden Objekts und eine Verstärkung der Tragkonstruktionen oder der Oberfläche des Objektes, weil diese Solargeneratoren von schwerer Bauweise sind.
So entfallen bei dieser kompakten Bauweise 6,1 kg Gesamtmas­ se anteilig auf jeden verbauten Solarzellenmodul, obwohl ein Solarzellenmodul im uneingebauten Zustand nur 0,6 kg wiegt. Diese ebenflächige Rahmenbauweise läßt eine optimale Träger­ flächenausnutzung auf den Trägerobjekten nicht zu, da die Solargeneratoren nur in bestimmten symmetrischen Abmessungen zu haben sind. Solargeneratoren haben bedingt durch die Rah­ menbauweise und die plane Ausrichtung auf den Energiebedarf der projektierten Verbraucher auslegbare Leistungskapazitä­ ten. Das Herstellungsverfahren ist material- und zeitaufwen­ dig. Diese Solargeneratoren wirken in Ihrer Anwendung ästhe­ tisch oft störend und formgestaltungswidrig.
Nach der EP 0 002 816 A1 werden in einem Spritzgußverfahren als erste Schicht Acrylformen hergestellt, welche an ihrer Innenseite Vertiefungen zur Aufnahme je einer Solarzelle auf­ weisen. Auf die Innenseite der ersten Schicht werden zunächst flüssiger Kunststoff für eine zweite Schicht aufgebracht und sodann die Solarzellen in den noch nicht festen Kunststoff eingedrückt. Es entstehen zwei dicke Werkstoffschichten über der Solarzellenmoduloberfläche. Mit diesem Acrylformenverguß, der als Halbzeug im Solarzellengenerator verbleibt, kann man einen leichten Witterungsschutz oder gar eine Unterbringung in der dünnen Außenhaut solarzellentragender leichter Objekte nicht erreichen.
Aus der DE-OS 24 45 642 ist bekannt, für die Einhüllung von Solarzellen auf deren Unter- und Oberseite einen einzigen Werkstoff zu verwenden, um Wärmeausdehnungsprobleme, also thermomechanische Belastungen, zu lösen. Als geeignete Werk­ stoffe kommen Polyesterharz, Acrylharz, polymeres Acrylpoly­ ester und Epoxidharz mit oder ohne Glasfaserverstärkung in Frage. Die allseitige Einhüllung der Solarzellen in Laminat bringt jedoch dann, wenn es noch Tragfunktionen zu übernehmen hat, große Verluste der Lichtintensität, Minderung der Lei­ stungsaufnahme, einen Mehraufwand an Solarzellen und Instal­ lationsfläche mit sich. Mehrfach-Lichtbrechungen treten ein. Die Unterbringungsmöglichkeit von Solarzellenmodulen in ei­ ner Außenhaut der Objekte oder die Bildung leichter tragen­ der Flächen der Objekte durch diesen Solargenerator selbst erscheint damit nicht realisierbar.
Aus der US 4 116 207 ist ein Solargenerator bekannt, bei dem auf einer rückseitigen Trägerschicht aus glasfaserverstärktem Kunstharzlaminat in Siliconharz eingebettete Solarzellenmodu­ le angeordnet sind. Beim Herstellungsverfahren wird die Trä­ gerschicht unbedingt zur Verbesserung der Haftung an der Ober­ fläche aufgerauht, worauf das Siliconharz aufgeklebt wird, womit befürchtete Schichtablöseerscheinungen bei dieser Ma­ terialverschiedenheit vermieden werden sollen. Eine Einbet­ tung der Solarzellenmodule bereits in einem dünnen Deckharz erscheint damit nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Solargeneratoren in rahmenloser Bauweise für - insbeson­ dere nicht ebene - regelmäßige oder unregelmäßige Oberflä­ chen mobiler oder stationärer Objekte zu schaffen, die ästhetische, beliebig gestaltete Formen zulassen, selbsttra­ gend und oberflächenstabil ausführbar sind, die optimale Ausnutzung des Tageslichtangebotes zulassen, eine leichte Objektoberfläche (Außenhaut) sowie eine leichte Objektaus­ führung der solargeneratortragenden Objekte und den Wegfall der bisherigen Rahmenbauweise und notwendiger Einfaß- und besonderer Stütz- sowie massiver Tragkonstruktionen gestatten.
Die Aufgabe wird mit den Mitteln nach den Merkmalen des An­ spruches gelöst. Demnach wird ein transparentes, aushärtba­ res Harz in eine Form mit einer geglätteten Oberfläche ein­ gebracht. Dieses ausgehärtete Harz deckt die darauf ausge­ legten und verdrahteten Solarzellenmodule als Deckharz ab. Das darauf ausgebrachte Harz bettet die Solarzellenmodule anschließend ein und verbindet sie nach Aushärtung unterein­ ander. Eine danach aufgetragene Schicht dieses Harzes bindet die Harzschicht mit den eingegossenen Solarzellenmodulen mit dem glasfaserverstärkten Kunstharzlaminat. Das glasfaserver­ stärkte Kunstharzlaminat wird auf der Außenseite mit einer Versiegelung abgeschlossen (Abschlußauftrag). Zum Schluß werden die Solargeneratoren dann auf eine bekannte Weise der Form entnommen. Unter Kunstharzlaminat versteht man mit Kunst­ harz getränkte Glasfasern, dies können Stapelbindermatten, Gewebe, Glasseide usw. sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung, die die Folge der Arbeitsschritte am Schichtenaufbau erkennen läßt, beschrieben.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Solargeneratoren wird transparentes Harz 1 in eine Form vorbestimmter Wahl zur Bildung der künftigen Außenhaut aufgetragen.
Auf das Harz 1 werden Solarzellenmodule 2, gerichtet nach dem im Anwendungsfall erwarteten Sonneneinfallswinkel, aus­ gelegt und verdrahtet. Anschließend wird erneut transparen­ tes Harz 1 eingetragen, bis die in Gehäuseeinheiten gefaß­ ten handelsüblichen Solarzellenmodule 2 vollständig bedeckt sind. Als nächster Schritt folgt ein von den statischen Vorgaben abhängiger Laminataufbau aus Glasfaserschichten mit Kunstharz. Dieses Kunstharzlaminat 3 stellt dann das tragen­ de Bauteil mit den nicht ebenen, regelmäßigen oder unregelmä­ ßigen Oberflächen von mobilen oder stationären Objekten dar und wird mit einer Versiegelung 4 an der Innenseite versehen. Nach dem Entformen wird die gesamte Außenhaut über den Solar­ zellenmodulen 2 poliert, um eine optimale Funktion für den Lichteinfall zu erreichen. Bei diesem Verfahren werden die Solarzellenmodule 2 in die tragenden Fläche der Objekte inte­ griert.
Die Zeichnung zeigt ein nach dem Verfahren hergestellten So­ largeneratorausschnitt. Er besteht aus dem transparenten Harz 1, das über, zwischen und unter den in Gehäuseeinheiten ge­ faßten Solarzellenmodule 2 diese allein umhüllt. Die Solar­ zellenmodule 2 sind je nach Wahl in Reihen- oder Parallel­ schaltung untereinander vernetzt und mit dem transparentem Harz 1 zu dem darunterliegenden Kunstharzlaminat 3 verbunden. Das Kunstharzlaminat 3 ist wiederum auf der Unterseite mit der Versiegelung 4 versehen.
In den verschiedenen Schichten könne unterschiedliche Harze 1 je nach Belastungsanforderung angewendet werden. Die Objek­ te der nach diesem Verfahren erzeugten Solargeneratoren kön­ nen mobil oder ortsunveränderlich sein. Als naheliegende An­ wendungsfälle sind Dachflächen und Außenwände von Wohnmobilen, Außen- und Decksflächen von Bootskörpern, Parkscheinautomaten, zur Beleuchtung von Reklame- und Schauvitrinen sowie beleucht­ baren Wegweiserkästen zu nennen.
Der Solargenerator bildet die Außenhaut der Objekte. Diese Solargeneratoren weisen eine hohe Beständigkeit gegen säurenenthaltende Umwelteinflüsse, z. B. auch gegen Meerwas­ ser, sauren Regen usw., auf. Glasfaserverstärktes Kunstharz­ laminat ist stabiler als Glas, welches keine hohen mechani­ schen Belastungen verträgt. Mit dem Formenfertigungsverfah­ ren konnten Lichteinfallsverbesserungen, eine Verbesserung der Leistungsaufnahme und der Tragefunktion des Solargenera­ tors und für die Objekte, in die das Solarzellenmodul inte­ griert ist, erreicht werden. Mit diesem Verfahren können Flächenteile mit unregelmäßigem Verlauf mit Solarzellenmodu­ len ausgelegt und damit in frei wählbarer Formenvielfalt zur Erzielung hoher Leistungskapazitäten effizient genutzt werden. Auch die Vorfertigung der Solargeneratoren in Segmenten und das anschließende Vergießen mit Harz zu einem Monolithen bie­ tet sich an. Mit diesem Verfahren ist die Herstellung schnel­ ler und kostengünstiger zu realisieren, die Erzeugnisse be­ sitzen optische Vorteile, genügen höheren gestalterisch- ästhetischen Ansprüchen und es ergeben sich beträchtliche Gewichtsminderungen.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von Solargeneratoren in Form von regelmäßigen oder unregelmäßigen Oberflächen mobiler oder stationärer Objekte, wobei in Reihen- und/oder Paral­ lelschaltung miteinander verbundene, gerichtet angeordnete, in Harz eingebettete Solarzellenmodule eine rückseitige Trägerschicht aus glasfaserverstärktem Kunstharzlaminat aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
    • - daß ein transparentes, aushärtbares Harz (1) in eine Form mit einer geglätteten Oberfläche eingebracht wird, welche dann ausgehärtet die Solarzellenmodule (2), darauf ausge­ legt und verdrahtet, als Deckharz abdeckt,
    • - daß darauffolgend Harz (1) aufgebracht wird, welches die Solarzellenmodule (2) einbettet sowie nach Aushärtung untereinander verbindet,
    • - daß eine weitere Schicht dieses Harzes (1) aufgetragen wird, welche mit ihrer Unterseite das Deckharz mit den eingegossenen Solarzellenmodulen (2) und ein weiterhin aufgebrachtes glasfaserverstärktes Kunstharzlaminat (3) bindet,
    • - daß das glasfaserverstärkte Kunstharzlaminat (3) auf der Außenseite mit einer Versiegelung (4) abgeschlossen wird und
    • - daß die Solargeneratoren dann auf eine bekannte Weise der Form entnommen werden.
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