WO2016025969A1 - Photovoltaikmodul mit integrierter lichtlenkender struktur basierend auf interner totalreflexion - Google Patents

Photovoltaikmodul mit integrierter lichtlenkender struktur basierend auf interner totalreflexion Download PDF

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Bernhard Lamprecht
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Wolfgang NEMITZ
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Definitions

  • the prism-like structures of the light-conducting films in such a way that light striking the light-conducting prism-like structures is conducted in the direction of the solar cells, it is ensured that light incident on the edge regions of the photovoltaic module does not remain unused but also toward the center the photovoltaic module is reflected, where it encounters a solar cell, in which the light energy is converted into electrical energy, whereby the total energy yield of the photovoltaic module is increased to nearly 100% of the possible energy yield.
  • alternately formed areas with air or gas inclusions which have a complementary to the prism-like structures of the film geometry.

Abstract

Bei einem Photovoltaikmodul (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten wenigstens auf einer Seite in einer Verkapselungsfolie (5) eingebetteten in Abstand voneinander angeordnete Solarzellen (2) sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie (6) und eine lichtdurchlässigen Deckplatte, sind in von Solarzellen (2) freien Bereichen des Photovoltaikmoduls (1) lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folien integriert sowie alternierend die prismenähnlichen Strukturen (4) und komplementären Luft- und Gaseinschlüsse (8) angeordnet. Die prismenähnlichen Strukturen (4) der lichtleitenden Folien sind derart angeordnet, dass auf die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) treffendes Licht in Richtung der Solarzellen (2) geleitet wird. Beidseits der Solarzelle ist eine Verkapselungsfolie (5) angeordnet und die lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folie ist im Inneren der Verkapselungsfolie (5) angeordnet, und die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildenden Folien sind gegebenenfalls durch eine transparente Polymerfolie (6, 12) abgedeckt.

Description

PHOTOVOLTAIKMODUL MIT INTEGRIERTER LICHTLENKENDER STRUKTUR BASIEREND AUF INTERNER TOTALREFLEXION Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Photovoltaikmodul umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten wenigstens auf einer Seite in einem Verkapselungs- material, insbesondere einer Verkapselungsfolie eingebetteten in Abstand voneinander angeordnete Solarzellen, sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie und eine lichtdurchlässigen Deckplatte.
Photovoltaikmodule umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von miteinander elektrisch verschaltenen Solarzellen, welche im Inneren des Photovoltaikmoduls flächig angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Solarzellen ebenso wie insbesondere am Rand des Photovoltaikmoduls befinden sich Bereiche, welche nicht durch Solarzellen bedeckt sind und somit nicht für die Nutzung von Solarenergie zur Verfügung stehen. Hierbei sind die Lücken zwischen den einzelnen Zellen meist relativ schmal, allerdings wird die Leistungsfähigkeit der Module durch den üblicherweise etwa 2 cm breiten Rand, welcher elektrisch nicht aktiv ist und derzeit auch nicht nutzbar ist, beeinträchtigt, so dass insgesamt nur etwa 90 % der Modulfläche mit Solarzellen bedeckt sind und für die Um- Wandlung des Sonnenlichts in Energie zur Verfügung stehen, was insgesamt eine nicht unbeträchtliche ungenutzte Fläche bedeutet. Um einen derartigen Verlust an umwandelbarer Sonnenenergie zu minimieren, wurden in letzter Zeit verschiedenste Lösungen vorgeschlagen, in welchen strukturierte Folien zum Einsatz gebracht werden, mit welchen die Reflexion des Sonnenlichts von jenen Bereichen, in welchen Solarzellen nicht vor- liegen, zu Bereichen, in welchen Solarzellen vorhanden sind, unterstützt werden soll, um die Energieausbeute zu maximieren.
So ist beispielsweise in der US 5,994,641 A ein Photovoltaikmodul beschrieben, in welchem eine Rückseitenfolie zum Einsatz gelangt, welche mit Licht reflektierenden Mitteln, insbesondere einem symmetrischen, V-förmigen Sägezahnprofil versehen ist, an dessen geneigten Flächen das einfallende Licht zu den mit Solarzellen versehenen Bereichen reflektiert werden soll. Nachteilig an einer derartigen Lösung ist, dass die V-förmigen Sägezahnprofile symmetrisch ausgebildet sind und dass Licht sowohl zum Zentrum des Photovoltaikmoduls als auch zu seinem Äußeren reflektiert wird, so dass wiederum nur ein geringer Teil des Lichts, welches nicht unmittelbar auf die Solarzellen auftrifft, auf diese reflektiert werden kann und zur weiteren Energiegewinnung zur Verfügung steht. Eine weitere derartige Lösung ist in der WO 2010/096700 beschrieben, in welcher ein mikro-geprägter, reflektierender, optischer Film in jenen Bereichen des Photovoltaikmo- duls angeordnet ist, welche nicht durch die Solarzellen bedeckt sind. Auch bei dieser Lösung werden Folien bzw. Filme zum Einsatz gebracht, in welche im Wesentlichen regelmäßige prismenförmige Strukturen geprägt sind und mit welchen versucht wird, mittels Reflexion das auf die nicht mit Solarzellen bedeckten Bereiche des Photovoltaik- moduls einfallende Licht für eine Umwandlung in elektrische Energie zu gewinnen, indem versucht wird es auf die in dem Photovoltaikmodul vorhandenen Solarzellen zu reflek- tieren. Auch die in diesem Dokument zum Einsatz gelangenden Strukturen weisen im Wesentlichen die Form von symmetrischen Prismen auf und es ist somit nicht gewährleistet, dass Licht ausschließlich in eine gewünschte Richtung zu den Solarzellen reflektiert wird. Allerdings ist es bei sämtlichen derzeit bekannten Systemen erforderlich, dass die strukturierten Folien mit einer reflektierenden Beschichtung, insbesondere Metallbe- Schichtung versehen sind.
Aus der JP 2006 049487A sind Photovoltaikmodule mit einer Mehrzahl von elektrisch verschalteten, beabstandet angeordneten und wenigstens teilweise in Verkapselungsfolien eingebetteten Solarzellen bekannt geworden. Bei diesen Photovoltaikmodulen wird eine Verkapselung so ausgebildet, dass sie sich nicht bis zum Rand einer Deckplatte bzw. Rückseitenabdeckung erstreckt, um die Funktionsfähigkeit des Photovoltaikmoduls nach einem Laminierprozess aufrechterhalten zu können. Ziel dieses Dokuments ist es, die Verkapselung der Prismenstruktur so auszubilden, dass die Prismen nicht vollständig mit Verkapselungsmaterial umschlossen sind, um die Funktionsfähigkeit des Systems beibe- halten zu können.
Aus der EP 2 571 062 B1 ist weiterhin ein Solarmodul bekannt geworden, bei welchem eine Solarzelleneinheit auf einer Rückseitenplatte so angeordnet ist, dass eine Bodenoberfläche der Solarzelle zu der Rückseitenplatte schaut und der Licht empfangende Seite der Bodenoberfläche gegenüberliegend ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Photovoltaikmodul zur Verfügung zu stellen, mit welchem es nicht nur gelingt, das zwischen den einzelnen Solarzellen auftreffende Licht für eine Umwandlung in Energie zu nutzen, sondern insbesondere dasjenige Licht, welches auf die freien Randbereiche des Photovoltaikmoduls auftrifft, derart zu reflektieren, dass es im Inneren des Moduls auf eine Solarzelle auftrifft und zur Umwand- lung in elektrische Energie genutzt werden kann und somit die Energieausbeute des Photovoltaikmoduls gegenüber herkömmlichen Photovoltaikmodulen deutlich erhöht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in von Solarzellen freien Bereichen des Photovoltaikmoduls lichtleitende, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folien integriert sind, dass die prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folien derart angeordnet sind, dass alternierend die prismenähnlichen Strukturen und komplementären Luft- und Gaseinschüsse angeordnet sind, dass auf die lichtleitenden prismenähnlichen Strukturen treffendes Licht in Richtung der Solarzellen geleitet wird, dass beidseits der Solarzelle eine Verkapse- lungsfolie angeordnet ist und die lichtleitende, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folie im Inneren der Verkapselungsfolie angeordnet ist und dass die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folien gegebenenfalls durch eine transparente Polymerfolie abgedeckt sind. Indem in das Photovoltaikmodul in von Solarzellen freien Berei- chen lichtleitende, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folien integriert sind, werden Elemente zur Verfügung gestellt, welche einfallendes Licht reflektieren können. Durch die Ausbildung als prismenähnliche Strukturen wird weiterhin eine gezielte Reflexion durch Ausbildung von ganz spezifisch geformten Reflexionsflächen ermöglicht. Indem weiterhin die prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folien derartig angeordnet sind, auf die lichtleitenden prismenähnlichen Strukturen treffendes Licht in Richtung der Solarzellen geleitet wird, wird sichergestellt, dass auch Licht, welches auf die Randbereiche des Photovoltaikmoduls auftrifft, nicht ungenutzt bleibt, sondern in Richtung zum Zentrum des Photovoltaikmoduls reflektiert wird, wo es auf eine Solarzelle trifft, in welcher die Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, wodurch insgesamt die Energieausbeute des Photovoltaikmoduls auf nahezu 100 % der möglichen Energieausbeute erhöht ist. Hierbei sind insbesondere in jenen Bereichen, wo die prismenähnlichen Strukturen der licht- Leitenden Folien angeordnet sind, alternierend Bereiche mit Luft- bzw. Gaseinschlüssen ausgebildet, welche eine zu den prismenähnlichen Strukturen der Folie komplementäre Geometrie aufweisen. Durch diese ebenfalls prismenähnlichen Strukturen gelingt eine Lichtleitung, ohne dass es erforderlich wäre, auf prismenähnlichen Strukturen der lichtleitenden Folie eine reflektierende Beschichtung, wie eine Metallschicht, aufzubringen. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls liegt darin, dass eine reflektierende Beschichtung, welche auf die prismenähnlichen Strukturen aufgebracht werden muss, um die Reflexion des einfallenden Lichts zu gewährleisten, nicht er- forderlich ist, wodurch das Modul bedeutend einfacher und kostengünstiger gestaltet werden kann. Indem, wie dies der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul so ausgebildet ist, dass beidseits der Solarzellen eine Verkapselungsfolie angeordnet sind, wird die Sicherheit des Moduls weiter erhöht, da insbesondere die für die elektrische Leitung erforderlichen Ver- Schaltungen oder Leiter durch die Verkapselungsfolie abgedeckt und isoliert werden. Weiterhin wird mit einer derartigen Verkapselungsfolie gewährleistet, dass mechanische Beschädigungen an dem Photovoltaikmodul hintangehalten werden können. Überdies ist auch die lichtleitende, prismenähnliche Strukturen ausbildende Folie im Inneren der Verkapselungsfolie vorgesehen, um mechanische Beschädigungen sämtlicher Elemente zu vermeiden und insbesondere die elektrische Verschaltung oder die Leiter gegenüber sowohl einem unbeabsichtigten Berühren als auch gegenüber Beschädigung so weit als möglich zu schützen.
Indem weiterhin gegebenenfalls die lichtleitenden, prismenähnliche Strukturen ausbilden- den Folien durch eine transparente Polymerfolie abgedeckt sind, wird sichergestellt, dass die feinen Strukturen in der lichtleitenden Folie nicht durch mechanische Einflüsse beschädigt werden und weiterhin sichergestellt, dass insbesondere bei einem Aufbau eines Photovoltaikmoduls in Schicht- bzw. Sandwichbauweise die luftgefüllten Hohlräume, insbesondere prismenförmigen Hohlräume verfüllt und somit unbrauchbar gemacht werden.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul so ausgebildet ist, dass die prismenähnlichen Strukturen als schiefe, einen im Wesentlichen rechten Winkel aufweisende Dreieckprismen ähnliche Strukturen ausgebildet sind, wird eine Art Sägezahnprofil zur Verfügung gestellt, in welcher diejenigen Seiten, welche dem im Wesentlichen rechten Winkel benachbart sind, zu einer Reflexion nicht beitragen, da die eine dieser Flächen als Grundfläche dient und die andere aufgrund des üblicherweise im Wesentlichen senkrechten Einfalls von Licht nur sehr wenig einfallendes Licht reflektieren wird. Die Hauptreflexion des Lichts findet hierbei an der dritten zu einer Basisfläche bzw. einer Rückseitenplatte des Photovoltaikmoduls geneigten Fläche der schiefen, prismenähnlichen Strukturen statt, bei welchen Flächen aufgrund der physiko-chemischen Eigenschaften des Materials, welches für derartige Einsatzzwecke zur Verfügung steht, sichergestellt wird, dass im Wesentlichen sämtliches auf diese zur Waagrechten und Senkrechten geneigte Fläche eines Photovoltaikmoduls einfallende Licht zum Zentrum des Moduls und somit zu den Solarzellen reflektiert wird. Durch eine derartige Konstruktion gelingt es, im Wesentlichen das gesamte Licht in elektrische Ener- gie umzuwandeln und die aus dem Stand der Technik bekannten Verluste von etwa 10 % können drastisch auf maximal 1 ,5 % des einfallenden Lichts reduziert werden.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul so ausgebildet ist, dass eine dem im Wesentlichen rechten Winkel gegenüberliegende Fläche der prismenähnlichen Struktur als ebene Fläche, eine konvexe, konkave oder konvex/konkave Krümmung aufweisende Fläche ausgebildet ist. Dadurch, dass durch eine derartige konstruktive Ausbildung der schiefen Prismen, insbesondere jene der dem rechten Winkel gegenüberliegenden Fläche als ebene Fläche, konvexe Krümmung aufwiesende Fläche, eine konkave Krümmung aufweisende Fläche oder eine konvex/konkave Krümmung aufweisende Fläche ausgebildet ist und durch spezifische Anordnung dieser schiefen Prismen derart, dass die jeweils derartig geneigte ebene Fläche, konvexe, konkave oder konvex/konkave Krümmung aufweisende Fläche jeweils in Richtung zu einem Zentrum des Photovoltaikmoduls gerichtet angeordnet sind, gelingt es, an Bereichen, welche nicht durch Solarzellen abgedeckt sind, einfallendes Licht zuverlässig zu dem Zentrum des Photovoltaikmoduls zu reflektieren und dadurch insgesamt die Lichtausbeute zu verbessern.
Eine besonders effiziente Reflexion und insbesondere ein besonders geringer Verlust an einfallendem Licht und somit eine hohe Energieausbeute wird mit dem erfindungsgemäßen Photovoltaikmodul dadurch erreicht, dass ein Flankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 25° und 65° gewählt ist und ein Störflankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 80° und 90° gewählt ist. Durch die Wahl eines derartigen Flankenwinkels der prismenähnlichen Struktur und eines Störflankenwinkels derselben wird die Licht- und Energieausbeute von senkrecht einfallendem Licht maximiert, da dieses asymmetrisch nur in Richtung zum Zentrum des Photovoltaikmoduls gelenkt bzw. reflektiert wird.
Indem das Photovoltaikmodul so weitergebildet ist, dass die prismenähnlichen Strukturen mit einer Folie zwischen 100 nm und 100 mm, insbesondere 10 μηι bis 300 \sm ausge- bildet sind, werden Strukturen zur Verfügung gestellt, die einen universellen Einsatz der Photovoltaikmodule gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung von einer eine Strukturierung aufweisenden Folie, welche einem schiefen Prisma ähnelnde Strukturen aufweist, liegt darin, dass aufgrund der in der Folie stattfindenden, internen Totalreflexion das Licht in der gewünschten Richtung zum Zentrum gelenkt wird, so dass eine zusätzliche reflektierende Beschichtung unnötig wird. Durch eine derartige Ausbildung wird das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nicht nur kostengünstiger, sondern insbesondere sicherer, da elektrischer Strom von den Zellen über eine reflektierende, insbesondere metallische Beschichtung nicht mehr zum Rand des Photovoltaikmoduls geleitet werden kann und somit jeg- liehe Sicherheitsrisiken, welche beispielsweise Stromschläge oder dgl. bedeuten können, ausgeräumt sind.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Rückseitenfolie die iicht- leitenden, prismenähnlichen Strukturen an ihrer den Solarzellen zugewandten Seite inte- griert aufweist, wird eine weitere Vereinfachung des Photovoltaikmoduls erzielt, insbesondere gelingt es, in einer einzigen Schicht jene lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen auszubilden, welche gewährleisten, dass darauf auftreffendes Licht in Richtung zu den Solarzellen gelenkt wird, wodurch die Lichtausbeute wesentlich verbessert werden kann. Um die Vorrichtung hierbei möglichst einfach zu gestalten, ist, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Photovoltaikmodul so weitergebildet, dass die die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen ausbildende Folie und die diese Strukturen abdichtende bzw. abdeckende Polymerfolie aus demselben Material, gewählt aus Poly- ethylenterephthalat (PET), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE), Polyurethanacrylat (PUA), Polyamid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polystyrid (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen- naphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Silikon ausgebildet sind. Mit einer derartigen Ausbildung können möglichst ähnliche Materialien gewählt werden, welche sich lediglich durch ihren Brechungsindex oder ihre geometrische Struktur, mit welcher die Reflexionsfähigkeit erzielt wird, unterschieden, eingesetzt werden, so dass mit möglichst wenigen voneinander verschiedenen Materialien das Auslangen gefunden werden kann und gleichzeitig jedoch sichergestellt wird, dass eine vollständige Reflexion an der Oberfläche der lichtleitenden, Strukturen nach Art schiefen Prismas aufweisenden Folie stattfindet. Um jegliche Verluste in der Lichtausbeute so weit als möglich zu vermeiden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Photovoltaikmodul so ausgebildet, dass als Verkapselungsfolie eine im Bereich zwischen 300 nm und 2500 nm, insbesondere 350 nm bis 1200 nm transparente Polymerfolie aus einem Material gewählt aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Silikon, thermoplastische Polymere (TPE) oder Polyethylen (PE) eingesetzt ist. Dadurch, dass weiterhin als Deckplatte des Photovoltaikmoduls eine Platte aus eisenarmen Glas eingesetzt wird, wird die Transmission verbessert. Eine weitere Verbesserung der Transmission wird gewährleistet, indem dieses eisenarme Glas vollständig glatt, ohne jede Textur ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke zwischen 1 nm und 60 mm aufweist, in welchem Bereich der Dicke das Glas eine ausreichende Festigkeit zur Verfügung stellt, ohne die optischen und lichtleitenden Eigenschaften der Gesamtstruktur in nachteilig zu beeinflussen. Es erübrigt sich festzuhalten, dass selbstverständlich auch jedes gefärbte Glas zum Einsatz gelangen kann oder bestimmte Oberflächentexturen angewandt werden können, wobei jedoch in diesem Fall eine etwas verringerte Transmission akzeptiert werden muss. Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, als Rückseitenfolie eine elektrische Isolationsfolie, insbesondere eine einen Reflexionsgrad von R > 90 % in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 1200 nm aufweisenden Isolationsfolie eingesetzt ist, wird sichergestellt, dass keinerlei Licht das Photovoltaikmodul durchdringt und insbesondere sämtliches einfallende Licht von der Rückseitenfolie in das Photovoltaikmodul rückreflektiert wird, um die Energieausbeute weiter zu verbessern.
Dadurch, dass, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Verkapselungs- folie als reflektierende Barriereschicht, insbesondere elektrische Isolationsfolie ausgebildet ist, wird sichergestellt, dass die Solarzelle ebenso wie die lichtleitenden, prismenähnli- chen Strukturen gegenüber anderen Schichten isoliert, insbesondere elektrisch isoliert sind, was die Betriebssicherheit deutlich erhöht.
Für einen materiell besonders einfachen Aufbau des Photovoltaikmoduls ist dieses im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsfolie, die Rückseitenfolie und die lichtleitende prismenähnliche Strukturen ausbildende Folie als reflektierende, elektrische Isolationsfolien ausgebildet sind, die mehr als 90 % des Lichts in einen Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 1200 nm reflektieren. Durch einen derartigen Aufbau wird sichergestellt, dass einerseits so viel wie möglich Licht in dem wesentlichen Bereich von 350 nm bis 1200 nm reflektiert wird und andererseits gewährleistet, dass nur jenes Licht reflektiert wird, welches für ein fehlerfreies Funktionieren des Photovoltaikmoduls erforderlich ist. Eine Adsorption von Licht wird jedenfalls mit Sicherheit hintangehalten.
Indem weiterhin nicht nur eine Abdeckplatte als Glas ausgebildet ist, sondern auch die Rückseitenfolie als Glasplatte ausgebildet ist, wird der apparative Aufbau weiter vereinfacht und insbesondere die Standfestigkeit des Photovoltaikmoduls gegenüber mechanischen Beschädigungen weiter erhöht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- beispielen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Aufbau eines Photovoltaikmoduls gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Elemente nacheinan- der anzuordnen,
Fig. 3 eine Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Elemente nacheinander anzuordnen, Fig. 4 noch eine weitere Möglichkeit, die der das Photovoltaikmodul ausbildenden Elemente nacheinander anzuordnen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen gemäß der Erfindung,
Fig. 6 drei weitere mögliche Formen der lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen, welche in einem Photovoltaikmodul gemäß der Erfindung zum Einsatz gelangen können, und
Fig. 7 den linken äußeren Randbereich des Photovoltaikmoduls von Fig. 1 , in welchem zusätzlich zu dem Schichtaufbau der Weg eines einfallenden Lichtstrahls dargestellt ist.
Im Einzelnen ist in Fig. 1 mit 1 ein Photovoltaikmodul gemäß der Erfindung bezeichnet. In diesem Photovoltaikmodul 1 sind schematisch zwei von in Abstand voneinander angeordnete Solarzellen 2 dargestellt. Bei der Ausbildung des Photovoltaikmoduls 1 gemäß Fig. 1 ist hierbei ersichtlich, dass ein Randbereich 3 des Photovoltaikmoduls 1 nicht mit Solarzellen 2 besetzt ist und dieser Randbereich 3 zu einer Umwandlung von Sonnenlicht in Energie nicht beitragen kann. Um das auf diesen Randbereich 3 auftreffende Sonnenlicht soweit als möglich für eine Umwandlung in Energie nutzen zu können, ist bei der Darstellung von Fig. 1 in beiden Randbereichen 3 des Photovoltaikmoduls 1 jeweils eine Mehrzahl von lichtleitenden Strukturen 4 vorgesehen, welche die Form eines schiefen Prismas aufweisen. Wenn Licht senkrecht auf diese im Wesentlichen prismenartigen Strukturen 4 der lichtleitenden Elemente auftrifft, wird dieses intern total in Richtung zu einem Inneren des Photovoltaikmoduls 1 reflektiert, an einem der benachbarten Prismen gebrochen und schließlich an der Grenzfläche der als Abdeckplatte fungierenden Glasplatte 7 mit der der umgebenden Luft wiederum total reflektiert, so dass dieses Licht für eine weitere Umwandlung in Energie zur Verfügung steht, und nicht wie Photovoltaikmo- dulen gemäß dem Stand der Technik für eine Umwandlung in Energie nicht zur Verfügung steht. Um die Solarzellen 2 des Photovoltaikmoduls 1 gemäß Fig. 1 vor jeglicher Zerstörung zu schützen, sind diese, wie dies in Fig. 1 ersichtlich ist, in eine Verkapselungsfolie 5 eingebettet. Zur Vervollständigung des Photovoltaikmoduls 1 ist dieses weiterhin durch eine Rückseitenplatte 6 gehalten, sowie mit einer Glasplatte 7 abgedeckt. Schließlich ist zwischen der Mehrzahl von schiefen Prismen jeweils Luft 8 eingelagert, um eine Lichtlenkung ohne das Vorsehen einer reflektierenden Beschichtung möglich zu machen.
Die Rückseitenplatte bzw. Rückseitenfolie 6 ist hierbei eine elektrische Isolationsfolie, die einen relativ hohen Reflexionsgrad für Sonnenlicht aufweist, um bis zur Rückseitenplatte 6 durchgedrungenes Sonnenlicht gegebenenfalls wiederum zu reflektieren und für eine weitere Umwandlung in Energie im Inneren des Photovoltaikmoduls 1 zur Verfügung zu haben. Bei der Darstellung gemäß Fig. 2, in welcher die Bezugszeichen von Fig. 1 im Wesentlichen beibehalten sind, ist eine Möglichkeit dargestellt, wie ein Photovoltaikmodul 1 gemäß der Erfindung aufgebaut bzw. hergestellt werden kann.
Hierbei wird auf einer Glasplatte 7 zuerst eine Verkapselungsfolie 5 vollflächig aufge- bracht, auf welcher Verkapselungsfolie 5 in einem nächsten Schritt die Photovoltaikmo- dule 1 sowie die Folien mit prismenähnlichen Strukturen 4 aufgebracht werden. Wie in Fig. 2 klar ersichtlich, werden hierbei die Folien mit den prismenähnlichen Strukturen 4 in jenen Bereich des Photovoltaikmoduls aufgebracht, die nicht mit Solarzellen 2 bedeckt sind und sind zur Platte 7 orientiert sowie ein Schritt, gemäß welchem die prismenähn- liehen Strukturen 4 durch eine Schutzfolie 12 abgedeckt werden. In einem weiteren Schritt wird auf diese Schicht 12 eine weitere Verkapselungsfolie 5 sowie eine Rückseitenfolie 6 aufgebracht. Es erübrigt sich hierbei festzuhalten, dass, um beispielsweise zu einem Photovoltaikmodul zu gelangen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, lediglich im Bereich zwischen den Solarzellen 2, welcher frei von Solarzellen ist, eine Folie mit prismenähnlichen Struk- turen 4 eingelagert werden muss, um zu der Ausbildung von Fig. 1 zu gelangen. Insbesondere wird die Prismenfolie 4 mit der Verkapselungsfolie 5 umschlossen, ohne dass der optische Effekt zerstört wird, da das Verkapselungsmaterial, d.h. die Folie 5 bei dem erforderlichen Laminierprozess nicht zwischen die Platte 6 und die von der Prismenfolie 4 freigelassenen Strukturen 8 eindringen kann, weil die Prismenstruktur 8 durch die Folie 12 geschützt ist. Aus diesem Grund ist es möglich auch im Inneren des Moduls lichtlenkende Strukturen auszubilden.
Sowohl bei der Darstellung gemäß Fig. 1 als auch bei jener von Fig. 2 kann die Rückseitenplatte 6 als plattenförmiges Element oder folienförmiges Element ausgebildet sein, wobei die Rückseitenfolie auch mit der die prismenähnlichen Strukturen 4 aufweisenden Folie einstückig ausgebildet sein kann oder unmittelbar die prismenähnlichen Strukturen an ihrer den Solarzellen 2 zugewandten Seite aufweisen kann.
In Fig. 3 eine weitere Möglichkeit, ein Photovoltaikmodul gemäß der vorliegenden Erfindung aufzubauen bzw. herzustellen, gezeigt.
Auch bei dieser Darstellung wird in einem ersten Schritt auf eine Glasplatte 7 eine Ver- kapselungsfolie 5 aufgebracht, auf welcher Verkapselungsfolie 5 in einem weiteren Schritt die Solarzellen 2 aufgebracht werden, welche in der Folge wiederum von einer Verkapselungsfolie 5 abgedeckt werden. In dem nächsten Schritt wird in jenen Bereichen, welche nicht durch Solarzellen 2 bedeckt sind die Folie mit prismenähnlichen Strukturen 4 aufgebracht, wobei bei einer derartigen Herstellungsweise die Schutzfolie 12, welche bei dem Aufbau in Fig. 2 zum Schutz der prismenähnlichen Strukturen 4 zwingend erforderlich ist, weggelassen werden kann. Abschließend ist das Photovoltaikmodul 1 wiederum durch eine Rückseitenfolie bzw. Rückseitenplatte abgedeckt.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 wird im Wesentlichen der Aufbau, wie in Fig. 3 beschrieben, vorgenommen, mit der Ausnahme, dass nach Aufbringen der zweiten Verkapselungsfolie 5 die Rückseitenfolie 6 aufgebracht wird, an welcher Rückseitenfolie 6 bereits die prismenähnlichen Strukturen 4 ausgebildet sind, so dass ein Arbeitsschritt eingespart werden kann.
Die prismenähnlichen Strukturen 4 weisen bei sämtlichen Ausbildungen gemäß der Erfindung eine Höhe zwischen 100 nm und 100 mm auf, wobei sie in den gängigsten Einsatzbereichen meist eine Höhe von 10 pm bis 300 pm aufweisen. Bei der Darstellung von Fig. 5 ist eine Ausbildung der lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen 4 gezeigt, aus welchen erkenntlich ist, dass dieses Strukturen 4 im Wesentlichen die Form eines schiefen Prismas aufweisen, mit einem im Wesentlichen rechten Winkel, welcher dem Störflankenwinkel entspricht und welcher üblicherweise zwischen 80° und 90° beträgt. In gleicher Weise ist daher folgend der Flankenwinkel in der Größe zwischen 25° und 65° gewählt und die dem Licht zugewandte Flanke 9 ist im Wesentlichen so gerichtet, dass auf sie senkrecht einfallendes Licht in Richtung zum Zentrum reflektiert wird. In Fig. 6 sind verschiedene Formen der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Strukturen 4 gezeigt, wobei 6a eine Struktur zeigt, welche eine konkave gekrümmte Flanke aufweist, mit deren Hilfe Licht in Richtung zum Zentrum eines Photovoltaikmoduls 1 reflektiert wird. In Fig. 6b ist eine andere Ausbildung der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Strukturen 4 gezeigt, in welchen die dem Licht zugewandte Flanke 9 des Prismas eine konvexe und konkave Krümmung aufweist, wobei die konkave Krümmung im Bereich des Fußes des Zylinders vorgesehen ist. Fig. 6c zeigt schließlich eine Ausbildung der lichtdurchlässigen, prismenähnlichen Strukturen 4, welche eine konkav/konvex gekrümmte Flanke 9 aufweisen und welche ebenfalls Licht in Richtung zu einem Zentrum eines Photovoltaikmoduls 1 reflektieren.
In Fig. 7, in welcher die Bezugszeichen von Fig. 1 beibehalten sind, ist zusätzlich der Weg eines senkrecht auf das Photovoltaikmodul 1 auftreffenden Lichtstrahls 10 dargestellt. Der senkrecht einfallende Lichtstrahl wird an der Grenzfläche der strukturierten Folie 4 mit dem prismenförmig ausgebildeten Lufteinschluss 8 reflektiert und eines oder mehrere Nachbarprismen gelenkt, wo es durch Brechung, insbesondere bei Auftreffen auf eine geneigte Fläche eines der Nachbarprismen 1 1 in Richtung zur Glasplatte 7 gelenkt wird, wo das Licht durch Totalreflexion wiederum in Richtung zum Inneren des Photovoltaikmoduls 1 reflektiert wird und auf eine Solarzelle 2 auftrifft und so für eine Umwandlung in Energie zur Verfügung steht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Photovoltaikmodul (1 ) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten wenigstens auf einer Seite in einer Verkapselungsfolie (5) eingebetteten in Abstand vonein- ander angeordnete Solarzellen (2) sowie gegebenenfalls eine Rückseitenfolie (6) und eine lichtdurchlässigen Deckplatte, dadurch gekennzeichnet, dass in von Solarzellen (2) freien Bereichen des Photovoltaikmoduls (1 ) lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folien integriert sind, dass alternierend die prismenähnlichen Strukturen (4) und komplementären Luft- und Gaseinschlüsse (8) angeordnet sind, dass die prismen- ähnlichen Strukturen (4) der lichtleitenden Folien derart angeordnet sind, dass auf die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) treffendes Licht in Richtung der Solarzellen (2) geleitet wird, dass beidseits der Solarzelle eine Verkapselungsfolie (5) angeordnet ist und die lichtleitende, prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folie im Inneren der Verkapselungsfolie (5) angeordnet ist, und dass die lichtleitenden, pris- menähnliche Strukturen (4) ausbildenden Folien gegebenenfalls durch eine transparente Polymerfolie (6, 12) abgedeckt sind.
2. Photovoltaikmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die prismenähnlichen Strukturen (4) als schiefe, einen im Wesentlichen rechten Winkel aufweisende Dreieckprismen ähnliche Strukturen ausgebildet sind.
3. Photovoltaikmodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem im Wesentlichen rechten Winkel gegenüberliegende Fläche der prismenähnlichen Struktur (4) als ebene Fläche, eine konvexe, konkave oder konvex/konkave Krümmung aufweisende Fläche ausgebildet ist.
4. Photovoltaikmodul (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 25° und 65° gewählt ist und ein Störflankenwinkel der prismenähnlichen Struktur zwischen 80° und 90° gewählt ist.
5. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die prismenähnlichen Strukturen (4) mit einer Höhe zwischen 100 nm und 100 mm, insbesondere 10 pm bis 300 pm ausgebildet sind.
6. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenfolie (6) die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) an ihrer den Solarzellen (2) zugewandten Seite integriert aufweist.
7. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die lichtleitenden, prismenähnlichen Strukturen (4) ausbildende Folie und die diese Strukturen (4) abdichtende Polymerfolie aus demselben Material, gewählt aus Poly- ethylenterephthalat (PET), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE), Polyurethanacrylat (PUA), Polyamid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), Polyethylen- naphthalat (PEN), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Silikon ausgebildet sind.
8. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verkapselungsfolie eine im Bereich zwischen 300 nm und 2500 nm, insbesondere 350 nm bis 1200 nm transparente Polymerfolie aus einem Material gewählt aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Silikon oder Polyethylen (PE) eingesetzt ist.
9. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckplatte (7) eine Platte aus eisenarmem Glas mit einer Dicke zwischen 1 nm und 60 mm eingesetzt ist.
10. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückseitenfolie (6) eine elektrische Isolationsfolie, insbesondere eine einen Reflexionsgrad von R > 90 % in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 1200 nm auf- weisenden Isolationsfolie eingesetzt ist.
1 1. Photovoltaikmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsfolie (5) als reflektierende Barriereschicht, insbesondere elektrische Isolationsfolie ausgebildet ist.
12. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselungsfolie (5), die Rückseitenfolie (6) und die lichtleitende prismenähnliche Strukturen (4) ausbildende Folie als reflektierende, elektrische Isolationsfolien ausgebildet sind, die mehr als 90 % des Lichts in einen Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 1200 nm reflektieren.
13. Photovoltaikmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenfolie (6) als Glasplatte (7) ausgebildet ist.
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