WO1999019914A1 - Solarmodul mit funktionsintegrierter rückseite - Google Patents

Solarmodul mit funktionsintegrierter rückseite Download PDF

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WO1999019914A1
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Volker Benz
Michael Blumenschein
Markus Krall
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the combination of a solar module, such as photovoltaic modules, with a carrier element, the carrier element being able to perform other functions, such as temperature control, in addition to the supporting function.
  • Plastic parts with integrated elements for generating light energy are known.
  • DE-A 42 19 075 describes, for example, soundproof walls made of plastic glass with at least one plastic glass pane, at least one energy-generating element which is suitable for solar energy being embedded in the plastic glass pane.
  • soundproof walls preferably comprise plastic glass panes made of polymethyl methacrylate and photovoltaic elements or elements with heat transfer liquids, such as hoses, pipes or cavities.
  • the energy generation elements can be connected by gluing and gluing to the plastic glass panes or preferably by embedding them.
  • flexible photocell assemblies are known, in which the photocells are embedded between foils made of ethylene-vinyl acetate or ethylene-tetrafluoroethylene copolyme ⁇ saten
  • Composites made of hard plastic layers with elastic intermediate layers are also known from the prior art, for example from EP-A 608 748, in which plastic composites made of polymethacrylate sheets are described, the intermediate layers made of thermoplastic elastomers, consisting of comb polymers based on poly (meth) acrylate bases, In JP-A 61, 132,343 (Chem Abstr 105, 154387e), acrylic glass laminates are described, consisting of two outer panes made of hard plastic and an intermediate layer made of a soft plastic, for example an elastomer based on methyl acrylate and methyl methacrylate, which are coated on both sides with a antistatic agent and an acrylic adhesive
  • DE 28 52 216 describes a solar collector made of a polyacrylic material with luminescent or fluorescent admixtures. A combination of a solar collector and solar cells is also possible. The primary goal here is to increase the light spread
  • JP 58 023 870 (Mitsui Polychemicals Co) describes the usual encapsulation of photovoltaic cells in composites with a glass cover layer.
  • the carrier layer consists of polyvinylfluoride and has no further functions
  • DE 30 13 037 (Licentia GmbH) describes light solar cell modules, the embedding material for the solar cells being used at the same time as an adhesive for the cover layer
  • JP 60 253 253 (Toppan P ⁇ nting Co) describes rear panels for solar cell modules which are produced by sputtering of polymers. The sputtered rear panels do not roll
  • JP 06 085 306 (Canon KK) describes the fastening of monolithic solar cells by means of double-sided adhesive tape on metal roofs
  • the cell laminate is attached, for example, to stainless steel and attached to the side of the noise protection wall facing away from noise.
  • the photovoltaic element module is attached to the noise barrier by riveting. This rigid connection of the photovoltaic module to the noise barrier means that problems caused by thermal expansion are inevitable.
  • DE 41 05 389 (Webasto) describes a translucent pane for vehicles, in particular a translucent cover for sunroofs and sunroofs.
  • the active part of the solar composite consists of a particle surface area made of crystalline, opaque semiconductor material in the outer edge area of the lying panes and of a second partial area which is covered with amorphous and thus transparent semi-extended material.
  • the solar cell elements are attached to the panes using adhesive films.
  • DE 39 43 516 (Kunert) describes a window, wall, roof or breast element made of glass with at least two transparent panes, the photovoltaic layer being arranged in the cavity between the two glass panes. However, this arrangement ensures that the photovoltaic layer is separate heats up and the efficiency of the photocells drops sharply
  • the object is achieved by an arrangement according to the invention in which energy generation modules are applied to functional carrier elements by means of methods known per se and thus create a functionally integrated solar module.
  • the rear of the module consists of a double-wall sheet made of PMMA, e.g. PLEXIGLAS SDP 16 colorless, the front made of 4 mm PLEXIGLAS. Both cast and extruded PLEXIGLAS can be used, which are commercially available under the trade names PLEXIGLAS GS or PLEXIGLAS XT.
  • the solar cells will become available fixed with UV-resistant and transparent acrylic adhesive tape on the underside (SDP 16) After a circumferential seal has been attached, the cover plate (PLEXIGLAS) is put on and the entire unit is fixed with e.g. clips.
  • the resulting chamber is sealed with Silgel 612 (Wacker AG) from filled below Before the cells, the current conductors as well as the chamber surface were primed with G 790.
  • the primer G 790 is obtained from Wacker AG and applied in diluted form (1 1, vol / vol) in petroleum ether
  • a flat fixation of the outside of the chamber prevents the "PLEXIGLAS panes" from bulging.
  • the fixation remains present until the Silgel 612 has cured until it is no longer possible to flow.
  • the seal forms the end of the function-integrated module, it remains in the module. It becomes a transparent one Acrylic seal is used, so it is almost not recognizable.
  • cooling air or another cooling medium for example water or cooling brine, can be passed, if necessary suitable devices can be found in the application DE 195 14 372 8 (reactor, adhesive bonding)
  • the cooling of the solar cell increases the degree of efficiency, since the degree of efficiency generally drops due to an increase in temperature during the irradiation Example 1 b
  • the surface of the carrier element does not have to be completely covered with solar modules.
  • the Makrolon S3P (triple-wall sheet) 16 has a k-value of 2.1 W / m 2 • K and the fire certificate B1 (non-burning, non-draining).
  • the element is suitable, for example, for use in roofing
  • Triple triple sheet made of polycarbonate.
  • the element is used for thermal insulation and energy generation.
  • the 25 MAKROLON multi-wall sheet means a multi-wall sheet made of polycarbonate.
  • PLEXIGLAS XT Heat-Stop is a registered trademark of Röhm GmbH and describes a PMMA molded body with an IR-reflecting layer. The surface is partially covered with cells so that light can pass through in the areas not covered by cells. Heat-Stop significantly reduces the heat input while the light transmission is maintained almost completely.
  • PLEXIGLAS GS Green 701 colored transparent e.g. fluorescent, 3 mm thick
  • a selective transmission is achieved in order to create a special color impression in the room, e.g. for plants (greenhouses) or
  • PLEXIGLAS XT is the brand name for crystal clear PLEXIGLAS obtained by extrusion.
  • PLEXIGLAS GS is the brand name for PLEXIGLAS manufactured using the casting process.
  • PLEXIGLAS S4P quadrometry-wall sheet 32 white 01680
  • Plate have a certain thickness, for example at least 15 mm.

Abstract

Solarzellenmodule (Photovoltaikzellen oder Wärmegewinnungseinheiten) werden auf Trägern angeordnet, die Träger erfüllen neben der Tragfunktion weitere Funktionen wie Isolierung, Temperierung oder Abschattung.

Description

„Solarmodul mit funktionsintegrierter Rückseite"
BESCHREIBUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Kombination eines Solarmoduls, wie beispielsweise Photovolaik-Module, mit einem Trägerelement, wobei das Trägerelement in der Lage ist, neben der Tragfunktion weitere Funktionen, wie beispielsweise Temperierung, zu erfüllen.
Stand der Technik
Kunststoffteile mit integrierten Elementen zur Gewinnung von Lichtenergie sind bekannt.
DE-A 42 19 075 beschreibt beispielsweise Schallschutzwände aus Kunststoffglas mit mindestens einer Kunststoffglasscheibe, wobei in die Kunststoffglasscheibe mindestens ein Energiegewinnungselement eingebettet ist, das zur Solarenergiegewinnung geeignet ist. Vorzugsweise umfassen solche Schallschutzwände Kunststoffglasscheiben aus Polymethylmethacrylat und photovoltaische Elemente bzw. Elemente mit Wärmeüberträgerflüssigkeiten, wie beispielsweise Schläuche, Rohre oder Hohlräume. Die Energiegewinnungselemente können durch Auf- und Verkleben mit den Kunststoffglasscheiben oder bevorzugt durch Einbettung mit diesen verbunden werden. Weiterhin sind flexible Photozellenverbunde bekannt, bei denen die Photozellen zwischen Folien aus Ethylen-Vinylacetat- oder aus Ethylen- Tetrafluorethylen-Copolymeπsaten eingebettet sind
Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus Verbünde aus harten Kunststoffschichten mit elastischen Zwischenschichten bekannt, beispielsweise aus EP-A 608 748, in der Kunststoffverbunde aus Polymethacrylatplatten beschrieben werden die Zwischenschichten aus thermoplastischen Elastomeren, bestehend aus Kammpolymerisaten auf Poly(meth)acrylat-Basιs, aufweisen In der JP-A 61 ,132,343 (Chem Abstr 105, 154387e) werden Acrylglas-Laminate beschrieben, bestehend aus zwei Außenscheiben aus hartem Kunststoff und einer Zwischenschicht aus einem weichen Kunststoff, beispielsweise einem Elastomeren auf Basis Methylacrylat und Methylmethacrylat, die beidseitig mit einem antistatischen Agens und einem Acrylat-Kleber versehen ist
DE 28 52 216 beschreibt einen Solarkollektor aus einem Polyacrylmateπal mit lumineszierenden oder fluoreszierenden Beimischungen Eine Zusammenstellung aus Solarkollektor und Solarzellen ist ebenfalls möglich Hier steht das Ziel der erhöhten Lichtausbreite im Vordergrund
US-PS 4,357,486 beschreibt einen weiteren mit luminiszierenden Verbindungen ausgerüsteten Solarkollektor Hier steht die Verstärkung des Lichtsammeieffekts im Vordergrund
JP 58 023 870 (Mitsui Polychemicals Co ) beschreibt die übliche Einkapselung von photovoltaischen Zellen in Verbünde mit einer Glasdeckschicht Die Tragerschicht besteht aus Polyvinylfluoπd und besitzt keine weiteren Funktionen DE 30 13 037 (Licentia GmbH) beschreibt leichte Solarzellenmodule, wobei das Einbettungsmateπal für die Solarzellen gleichzeitig als Klebemittel für die Abdeckschicht eingesetzt wird
DE 31 42 129 (Siemens AG) beschreibt Solarzellenmodule, die biegbar sind und Verstarkungselemente aufweisen
JP 60 253 253 (Toppan Pπnting Co ) beschreibt rückseitige Panele für Solarzellenmodule, die durch Besputtern von Polymeren hergestellt werden Die besputterten Ruckseitenpanele rollen sich nicht
JP 06 085 306 (Canon KK) beschreibt die Befestigung von monolithischen Solarzellen mittels doppelseitigem Klebeband auf Metalldachern
DE 44 43 317 (Rohm GmbH) beschreibt die Einbettung von Energiekonversionselemeπten in ein Elastomer beispielsweise ein Ethylen- Vinylacetat-Copolymer und die Abdeckung durch ein transparentes Polymethacrylat, wie beispielsweise PLEXIGLAS GS 233 unter Ausbildung einer stabilen Einheit
DE 43 31 425 (Blue Planet AG) beschreibt ein Solarmodul, welches auf einer Lochplatte angeordnet ist, die Offnungen der Lochplatte sind durch den Kunststoff verschlossen, der zum Eingießen der Solarzellen verwendet
DE 91 08 635 (West Solar GmbH) beschreibt eine Solarkollektoranordnung mit Solarzellen, wobei die Solarzellen auf einen Plattenwarmeraustauscher angeordnet sind Dieser Verbund wird durch eine Schrumpffolie zusammengehalten Die Solarzellen können mit dem Plattenwarmeraustauscher auch klebeverbunden sein DE 39 15 833 (Schwab) gemäß Anspruch 1 besteht die Vorrichtung darin, daß die Photovoltaik-Elemente beheizt werden. Dies führt zu einem dramatischen Abfall des Wirkungsgrades der Photozellen.
US 4,835,918 (MWB Messwandler Bau AG), hier wird eine Zelldachkonstruktion beschrieben, auf die Solarelemente gelegt werden. Die Solarelemente müssen dünn und flexibel sein um die zwangsläufigen Bewegungen des Zelldachs mit zu machen.
DE 195 82 211 (Edelmann), hier wird das Zelllaminat beispielsweise auf Edelstahl befestigt und an der Lärm abgewandten Seite des Lärmschutzwalls angebracht. Die Befestigung des Photovoltaik-Element- Moduls an der Lärmschutzwand erfolgt durch Vernieten. Durch diese starre Verbindung des Photovoltaik-Moduls mit der Lärmschutzwand sind die Probleme durch die thermischen Ausdehnungen vorprogrammiert.
DE 41 05 389 (Webasto) beschreibt eine lichtdurchlässige Scheibe für Fahrzeuge insbesondere eine lichtdurchlässigen Deckel für Schiebedächer und Hebedächer. Der aktive Teil des Solarverbundes besteht aus einem in dem Außenrandbereich der liegenden Scheiben Teilchflächenbereich aus kristallinen undurchsichtigen Halbleiterwerkstoff und aus einem zweiten Teilbereich der mit amorphen und damit durchsichtigen Halbweiterwerkstoff bedeckt ist. Die Befestigung der Solarzellenelemente an den Scheiben erfolgt durch Klebefolien. DE 39 43 516 (Kunert) beschreibt ein Fenster-, Wand-, Dach- oder Brustungselement aus Glas mit wenigstens zwei transparenten Scheiben wobei die photovoltaische Schicht im Hohlraum zwischen den beiden Glasscheiben angeordnet ist Durch diese Anordnung wird allerdings erreicht, daß die photovoltaische Schicht sich aufheizt und der Wirkungsgrad der Photozellen stark absinkt
Aufgabe und Losung
Es besteht also die Aufgabe, Solarelemente, wie beispielsweise photovoltaische Zellen oder thermische Kollektoren, so auf Tragern anzuordnen, dass neben der Energiegewinnung durch das Solarelement noch weitere Funktion durch das Tragerelement erfüllt werden können Diese Funktionen können beispielsweise sein
Selektive Absorption von Licht bestimmter Wellenlangenbereiche z B
IR-Strahlung
Selektiver Durchlaß von Licht bestimmter Wellenlangenbereiche
Abschattung
Kombination der Solarmodule mit Warnfarben, Signalfarben oder fluoreszierenden Farben
Wärmedämmung
Temperierung der Solarzellen, insbesondere der photovoltaischen
Elemente
Lichtleitung Ferner bestand die Aufgabe, einen Verbund aus Solarelementen und Trägern so zu schaffen, daß die zwangsläufig auftretenden Spannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Trägerelement und Solarzelle kompensiert werden. Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung gelöst, in dem man Energiegewinnungsmodule mittels an sich bekannter Methoden auf funktioneile Trägerelemente aufbringt und so ein funktionsintegriertes Solarmodul schafft.
BEISPIELE
Beispiel 1
Die Ruckseite des Moduls besteht aus einer Stegdoppelplatte aus PMMA, beispielsweise PLEXIGLAS SDP 16 farblos, die Vorderseite aus 4 mm PLEXIGLAS Es kann sowohl gegossenes als auch extrudiertes PLEXIGLAS verwendet werden, welches unter den Handelsbezeichnungen PLEXIGLAS GS bzw PLEXIGLAS XT im Handel erhältlich ist Die Solarzellen werden mit UV-bestandigen und transparenten Acrylklebeband auf die Unterseite (SDP 16) fixiert Nachdem eine umlaufende Dichtung angebracht wurde, wird die Deckplatte (PLEXIGLAS) aufgelegt und die Gesamteinheit mit z B Klammern fixiert Die so entstandenen Kammer wird mit Silgel 612 (Wacker AG) von unten gefüllt Vorher wurden sowohl die Zellen, die Stromleiter als auch die Kammerflache mit G 790 geprimert Der Primer G 790 wird von der Wacker AG bezogen und in verdünnter Form (1 1 , Vol/Vol) in Petrolether aufgebracht
Eine flächige Fixierung der Kammeraußenseite verhindert eine "Bauchigkeit" der PLEXIGLAS-Scheiben Die Fixierung bleibt solange präsent, bis das Silgel 612 soweit ausgehartet ist, dass kein Verfließen mehr möglich ist Die Dichtung bildet den Abschluß des funktionintegrierten Moduls, sie bleibt im Modul Wird eine transparente Acryldichtung verwendet, so ist diese fast nicht zu erkennen Durch die Kanäle der Stegplatte kann Kuhlluft oder eine anderes Kuhlmedium, z B Wasser oder Kuhlsole geleitet werden, ggf maandπerend Geeignete Vorrichtungen sind der Anmeldung DE 195 14 372 8 (Reaktor, Verklebung) zu entnehmen
Die Kühlung der Solarzelle erhöht den Wirkunsgrad, da im allgemeinen der Wirkungsgrad durch Temperaturerhöhung wahrend der Bestrahlung absinkt Beispiel 1 b
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1.
Solarmodul mit Wärmedämmeffekt
Vorderseite: PLEXIGLAS GS, 4 mm dick
Rückseite: S3P (Stegdreifachplatte) 16 MAKROLON, 16 mm dick
Die Fläche des Trägerelements müssen nicht vollständig mit Solarmodulen bedeckt sein.
Vorteil: Lichteintrag.
Die Makrolon S3P (Stegdreifachplatte) 16 hat einen k-Wert von 2,1 W/m2 • K und das Brandzertifikat B1 (nicht brennend, nicht abtropfend). Das Element eignet sich beispielsweise zum Einsatz zur Überdachung von
Verkaufsstätten.
Unter der Stegdreifachplatte aus MAKROLON verstehen wir eine
Stegdreifachplatte aus Polycarbonat.
Beispiel 1 c
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1. Vorderseite: PLEXIGLAS XT, 4 mm dick
Rückseite: S4P (Stegvierfachplatte) 25 MAKROLON mit k-Wert
1 ,7 W/m2 - K, 25 mm dick
Das Element dient zur Wärmedämmung und Energiegewinnung. Unter der Stegvierfachplatte 25 MAKROLON verstehen wir eine Stegvierfachplatte aus Polycarbonat. Beispiel 2
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1.
Vorderseite: PLEXIGLAS XT, 4 mm dick
Rückseite: PLEXIGLAS XT Heatstop 4029, 3 mm dick
PLEXIGLAS XT Heat-Stop ist eine eingetragene Marke der Röhm GmbH und bezeichnet einen mit einer IR-reflektierenden Schicht versehenen PMMA-Formkörper. Die Oberfläche wird teilweise mit Zellen belegt, so dass Licht an den nicht durch Zellen abgedeckten Stellen durchtreten kann. Heat- Stop reduziert deutlich den Wärmeeintrag bei nahezu vollständiger Aufrechterhaltung der Lichttransmission.
Beispiel 2b
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1. Vorderseite: PLEXIGLAS XT glasklar, 4 mm dick
Rückseite: PLEXIGLAS GS Grün 701 , farbig transparent z.B. fluoreszierend, 3 mm dick
Durch den Verbund erfolgt ein farbliche Intepretation in Horizontal- und Vertikalverlagerung (Dach, Fassade, Freiflächenüberdachung) ohne Reduktion der Intensität auf Zelle, da Vorderseite glasklar ist. Das Gesamtsystem sieht wie homogen gefärbt aus. Es erfolgt eine Reduktion des Licht und Wärmeeintrages auch bei nicht vollflächiger Belagerung des
Trägers mit Zellen.
Es wird eine selektive Transmission erreicht, um besonderen Farbeindruck im Raum zu erzeugen, z.B. bei Pflanzen (Gewächshäusern) oder
Lebensmittelläden.
PLEXIGLAS XT ist die Markenbezeichnung für durch Extrusion gewonnenes glasklares PLEXIGLAS.
PLEXIGLAS GS ist die Markenbezeichnung für im Gußverfahren hergestelltes PLEXIGLAS.
Beispiel 3
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1. Vorderseite: PLEXIGLAS farblos 4 mm
Rückseite: PLEXIGLAS S4P (Stegvierfachplatte) 32 weiß 01680,
32 mm dick
Es erfolgt eine Lichtreduktion, bei nicht vollflächiger Belagerung des Verbundes. Der Verbund hat keine Blendwirkung und eine hohe Wärmedämmung. Beispiel 4
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1 Vorderseite: PLEXIGLAS 4 mm transparent Rückseite: Lichtleitplatte PLEXIGLAS XT 00025 Daylight,
8 mm dick
Verwendungsmöglichkeiten: a) als Light Sheet vor der Fassade vorgehängt b) als Tageslichtelement in das Oberlicht integriert.
Beispiel 5
Herstellung des Verbundes wie bei Beispiel 1.
Verwendung des Verbundes zur Schallisolation oder Reduktion des
Schalles.
Vorderseite: PLEXIGLAS S3P 32 klar, 4 mm
Rückseite: PLEXIGLAS XT 15 mm oder PLEXIGLAS S3P 32
Es erfolgt eine Schallreduktion um ca. 28 db
Um die Effektivität des Schallschutzes zu erhöhen, muß die PLEXIGLAS-
Platte eine bestimmte Dicke aufweisen, beispielsweise mindestens 15 mm.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verbundsysteme aus Energiegewinnungselementen und einem funktioneilen Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der funktionelle Träger des Verbundsystems aus einem temperierbaren Element besteht und das das Ernergiegewinnungs- Element auf dem temperierbaren Element in eine elastische Zwischenschicht eingebettet ist.
2. Verbundsystem aus Energiegewinnungselementen und einem funktioneilen Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der funktioneile Träger des Verbunds aus einer teildurchlässigen Kunststoffschicht besteht und das das Ernergiegewinnungs-Element auf dem temperierbaren Element in eine elastische Zwischenschicht eingebettet ist.
3. Verbundsysteme nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als funktionelle Träger des Verbundes ein Träger aus mit einer IR-Strahlung reflektierenden Schicht versehenen PMMA-Formkörper verwendet wird.
4. Verbundsysteme aus Energiegewinnungselementen und einem funktionellen Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der funktionelle Träger des Verbunds aus einer Schicht mit Abschattungsfunktion besteht.
5. Verbundsysteme aus Energiegewinnungselementen und einem funktioneilen Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der funktionelle Träger aus einem Schalldämmelement besteht.
6. Verbundsysteme aus Energiegewinnungselementen und einem funktioneilen Träger,
dadurch gekennzeichnet,
daß der funktionelle Träger aus einem Lichtleitelement besteht.
PCT/EP1998/006486 1997-10-15 1998-10-13 Solarmodul mit funktionsintegrierter rückseite WO1999019914A1 (de)

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DE19822390.0 1998-05-19
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