WO2021151522A1 - Photovoltaikbauteil - Google Patents

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WO2021151522A1
WO2021151522A1 PCT/EP2020/070227 EP2020070227W WO2021151522A1 WO 2021151522 A1 WO2021151522 A1 WO 2021151522A1 EP 2020070227 W EP2020070227 W EP 2020070227W WO 2021151522 A1 WO2021151522 A1 WO 2021151522A1
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photovoltaic
photovoltaic component
component according
housing
angle
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PCT/EP2020/070227
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Peter Schibli
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Foxled1 Ag
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Publication date
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • Photovoltaics is the conversion of light energy, mostly from sunlight, into electrical energy by means of solar cells or photovoltaic cells.
  • Concentrator photovoltaics use lenses and / or reflectors to concentrate sunlight on photovoltaic cells. This enables the cell size to be reduced.
  • the energy conversion is usually carried out by a special high-performance solar cell, in particular by means of highly efficient multiple (multi-junction) solar cells made of, for example, III-V semiconductor materials.
  • Concentrator photovoltaic systems are categorized according to the amount of their solar concentration, measured in "suns". A distinction is made here between low-concentration systems, systems with medium concentration and highly concentrated systems.
  • Highly concentrated systems use more complex optical systems. These can, for example, consist of a Fresnel lens as primary optics and a reflector as secondary optics.
  • solar mats are also known, which can be flexibly attached to various surfaces of buildings or devices.
  • Such solar mats e.g. based on cadmium telluride or CIGS, have a limited degree of effectiveness.
  • Another object of embodiments of the present invention is to create a photovoltaic component which enables an improved utilization of the solar energy, and this in particular in a cost-effective and efficient manner and with a favorable degree of efficiency.
  • a first aspect of the invention relates to a photovoltaic component according to claim 1.
  • the photovoltaic component accordingly has an outer pane and a back plate. Between the outer pane and the backplate is an energy-generating layer with a plurality of concentrator Photovoltaic modules is arranged.
  • the concentrator photovoltaic modules have a concave mirror as the primary optics and a photovoltaic chip that is integrated into a surface-mountable housing.
  • the surface-mountable housing has a transparent cover and an integrated reflector as secondary optics.
  • the concave mirror is arranged between the photovoltaic chip and the back plate.
  • the transparent cover and an inlet opening of the integrated reflector face the back plate.
  • Such a photovoltaic component can be manufactured in an efficient and reliable manner.
  • a long service life and reliability of the energy-generating layer can be achieved.
  • the outer pane and the back plate protect the energy-generating layer from environmental influences.
  • photovoltaic modules with concentrator are thus integrated into the photovoltaic component. This enables a high degree of efficiency, especially in comparison to solar foils made of, for example, cadmium telluride.
  • Such surface mountable modules which are also referred to as SMD modules (Surface Mounted Device), can be mounted and processed in a particularly efficient and automated manner.
  • the surface-mountable housing with the integrated photovoltaic taik chips and the integrated reflectors can be applied in an efficient manner to the respective carrier material of the respective application, for example to a carrier film, by means of reflow soldering.
  • the concentrator photovoltaic modules have two-stage optics.
  • the concave mirror is configured to reflect and focus sunlight falling through the outer pane into the integrated reflector, and the reflector is configured to concentrate the sunlight reflected by the concave mirror onto the photovoltaic chip.
  • the concave mirror is arranged between the back plate and the surface-mountable housing with the photovoltaic chip and the transparent cover of the surface-mountable housing faces the back plate or, in other words, is directed downwards or on the side facing away from the sun.
  • An inlet opening for the integrated reflector is provided under the transparent cover. The integrated reflector concentrates or collects the sunlight reflected and focused by the concave mirror and guides it through an exit opening onto the photovoltaic chip.
  • the concave mirror can be designed as a parabolic mirror or as a spherical concave mirror. While the spherical mirror is advantageous in terms of production technology, the parabolic mirror has greater optical precision. According to embodiments of the invention, the concave mirror has a base body on which a reflective layer is applied by vapor deposition. This is advantageous in terms of production.
  • the base body is made of a metal, in particular aluminum, or of a plastic, in particular Kevlar.
  • the back plate is made of plastic, in particular Kevlar, or of metal, in particular aluminum.
  • the outer pane consists of glass or transparent plastic.
  • the outer pane has a high transmission or a high degree of transmission.
  • the outer pane has a degree of transmission of more than 80%, in particular of more than 90%.
  • the degree of transmission relates in particular to the spectral range visible to the human eye, i.e. in particular to light with a wavelength between 380 and 780 nanometers (nm).
  • the degree of transmission can also be referred to as light permeability.
  • the concave mirror has a surface with a large number of facets or facet elements and is thus designed as a facet concave mirror.
  • the facets represent irregularities in the surface of the concave mirror.
  • the facets can be designed as indentations or depressions.
  • the facets can be designed as planar, for example square, surfaces. According to embodiments, the facets are configured to focus the incident light and reduce the scattered light.
  • the efficiency or the concentration effect of the concave mirror can thus be increased.
  • the facets are configured in particular to homogenize the incident light.
  • the facets are configured to direct light which strikes the concave mirror at different angles onto the transparent cover of the surface-mountable housing.
  • the indentations can have different shapes according to Ausgestaltun conditions.
  • the indentations can be designed in particular in the form of a spherical cutout, e.g. a hemispherical cutout, or also in the form of paraboloids of revolution.
  • the indentations or depressions can be designed as concave or convex deformations of the surface.
  • the photovoltaic component has a contacting layer with conductor tracks for contacting the concentrator photovoltaic modules or the photovoltaic chip.
  • the contacting layer represents a circuit board or a carrier for the concentrator photovoltaic modules.
  • the contacting layer can in particular be configured as a coating on the pane or as a film, in particular as a laminating film.
  • the contact-making layer has a transmittance of more than 75%.
  • the contact-making layer is designed as a heat-dissipating layer or film.
  • the metallic conductor tracks in particular can be used for heat dissipation.
  • the concentrator photovoltaic modules are integrated in a plastic material, in particular in a transparent plastic material.
  • the energy-generating layer is connected to the outer pane by means of a composite layer made of plastic.
  • the composite layer can advantageously be a plastic film, in particular made of PVB or EVA, or another plastic, e.g. PU or an acrylate or another plastic resin.
  • the photovoltaic component has one or more heat-dissipating or heat-absorbing films. This can reduce the heating of the photovoltaic component.
  • the heat-absorbing film and / or the heat-dissipating film can in particular be arranged under the back plate or between the back plate and the energy-generating layer.
  • a pane denotes generally flat, in particular layer-shaped elements, which are in particular made transparent or partially transparent. According to embodiments of the invention, a pane can thus also be referred to as a layer, in particular as a transparent or partially transparent layer.
  • a disk can have a wide variety of geometries adapted to the respective installation position.
  • a disk is designed in particular to be rigid or stiff.
  • the housing has a recess forming a receiving trough with a recessed bottom section for receiving the photovoltaic chip, the receiving trough having side walls with reflective areas that form the integrated reflector, according to one embodiment the Aufnah mewanne side walls with at least a first and a second reflective area, wherein the first reflective area is aligned at a first angle with respect to a horizontal plane of the housing and the second reflective area at a second angle with respect to the horizontal plane of the housing is aligned. The first angle is different from the second angle.
  • a concentrator photovoltaic module designed in this way enables the two different angles of the first reflective area and the second reflective area to be selected individually and to the respective external conditions, in particular the respective orientation of the surfaces intended for installation and the respective sun exposure the areas provided for installation must be taken into account.
  • the first and second reflective areas form reflective areas which receive the sunlight via the transparent cover, reflect it and pass it on in the direction of the photovoltaic chip or concentrate it on the photovoltaic chip.
  • the at least two reflective areas of the receiving trough thus form a reflector.
  • horizontal plane of the housing relates to the base area or bottom surface of the housing and should in particular run parallel to the bottom surface of the housing.
  • the term horizontal plane of the housing should not necessarily refer to the respective installation situation of the housing. For example, if the housing is installed vertically in a building, the horizontal plane of the housing can run perpendicular to the floor of the building.
  • the angles of the different reflection areas can thus be individually adapted to the respective installation situation in the building.
  • the angles of the reflection areas can be adapted in relation to the elevation and / or the azimuth.
  • the concentration or reflection effect and the efficiency of the concentrator photovoltaic module and the photovoltaic component can be increased in a simple, cost-effective and efficient manner.
  • the transparent cover of the surface-mountable housing is preferably made of glass, especially thin glass, e.g. Gorilla® glass or ultra-thin glass.
  • the transparent cover can consist of plastic.
  • the transparent or translucent cover allows the sunlight to pass as freely as possible into the reflector of the receptacle and is therefore designed as a flat surface according to embodiments.
  • the transparent cover is in particular rectangular, the thickness of the cover being selected to be as small as possible, for example 0.01 mm to 1 mm.
  • the transparent cover can also have a concave or convex shape and thus deflect and / or focus the sunlight.
  • the photovoltaic chip can be designed as a single or multiple solar cell, in particular as a triple solar cell (“triple junction”) or a quadruple solar cell (“quadruple junction”).
  • the photovoltaic chip is a multi-junction solar cell made of a III-V semiconductor material, for example of gallium arsenide (GaAs) or gallium antimonide (GaSb).
  • the photovoltaic chip is in particular a photovoltaic DIE, ie an unhoused piece of a semiconductor wafer, leads out.
  • the photovoltaic chip is arranged asymmetrically with respect to at least one vertical plane of symmetry of the housing.
  • the first and the second reflecting area lie opposite one another in relation to a first vertical plane of symmetry of the photovoltaic chip.
  • the first and the second reflective area are arranged on opposite sides of the photovoltaic chip.
  • Such an embodiment with opposing reflective surfaces with different union angles enables an improved concentration of sunlight on the photovoltaic chip, in particular in sunlight that does not fall parallel to the first vertical plane of symmetry of the photovoltaic chip.
  • the first angle and the second angle differ from one another by at least 10 °, in particular by at least 20 °.
  • Different angles formed in this way are particularly advantageous when the Clarein radiation does not fall perpendicularly or symmetrically with respect to the perpendicular on the concentrator photovoltaic module. In such circumstances, such different angles enable an improved optical concentration of the reflector.
  • the first reflective area and the second reflective area are designed as a reflective coating of the receptacle. According to embodiments, such a coating can be applied to a base body of the surface-mountable housing, for example, by means of a corresponding coating process. According to a further embodiment of the invention, the first reflective area and the second reflective area are designed as a reflective film.
  • Such a reflective foil for example a metal foil
  • the receiving trough has side walls with a third and a fourth reflective area.
  • the third reflective area is aligned at a third angle with respect to the horizontal plane of the housing and the fourth reflective area is aligned at a fourth angle with respect to the horizontal plane of the housing.
  • the third angle is different from the fourth angle.
  • Such embodiments thus have four different reflection areas or reflection surfaces, which can each be aligned with individual and different angles with respect to the horizontal plane of the housing. With up to four different angles of the reflector, a further improvement in the concentration effect or reflection effect of the reflector can be made possible for the light or the solar radiation. Accordingly, according to embodiments of the invention, photovoltaic components can be manufactured for both vertical installation areas and thus installation areas that are unfavorable for solar radiation, as well as for almost horizontally arranged installation areas, such as for roof areas.
  • the third angle and the fourth angle are different by at least 10 °, in particular by at least 20 °.
  • the housing is protected against solid foreign bodies and against liquids.
  • the housing has a scope of protection in accordance with the International Protection (IP code) against solid foreign bodies of at least 5 and a scope of protection against liquids of at least 5.
  • IP code International Protection
  • a housing protected in this way ensures reliable and long-lasting operation even under adverse environmental conditions.
  • the housing can in particular be protected in accordance with IP protection classes 65 to 68.
  • the first reflective area, the second reflective area, the third reflective area and / or the fourth reflective area are each formed as a concave surface.
  • the concentration effect of the reflective areas for the light or the solar radiation can be increased.
  • the first reflective area, the second reflective area, the third reflective area and / or the fourth reflective area are each designed as a flat surface. This is particularly advantageous in terms of production technology.
  • the housing has an integrated bypass diode, in particular a Schottky diode.
  • the bypass diode can in particular be integrated into the base body, which can in particular consist of plastic.
  • Such an integration of the bypass diode in each individual housing achieves a particularly high level of reliability. If a photovoltaic chip is defective or not fully functional, the current can be diverted via the bypass diode and the functionality of the overall system is not or barely impaired.
  • Another aspect of the invention relates to a building or a device with one or more photovoltaic components according to one of the preceding claims.
  • the device can in particular be a vehicle, for example an automobile, a boat, a ship, a construction vehicle, an agricultural vehicle, a train or an airplane.
  • the device can also be a container.
  • Another aspect of the invention relates to the use of a photovoltaic component according to the above embodiments for installation or attachment in or on a building, a vehicle, a container and other devices.
  • FIG. la is a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1b shows a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component according to a further embodiment of the invention
  • FIG. lc an enlarged view of a concentrator photovoltaic module according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of a contact-making layer
  • FIG. 4 shows a perspective view of an array with concave mirrors according to an embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a perspective view of an array with concave mirrors and surface-mountable housings with integrated photovoltaic chips arranged above them;
  • FIG. 6a shows a plan view of a concave facet mirror with indentations according to an embodiment of the invention
  • FIG. 6b shows a further plan view of a facet concave mirror with indentations
  • FIG. 6c shows a side view or cross-sectional view of a facet concave mirror with indentations
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a surface-mountable housing according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 8a is a cross-sectional view of a surface mount housing in an x-z plane
  • FIG. 8b shows a cross-sectional view of the housing in a yz plane
  • FIG. 8c shows a plan view of the housing in the x-y plane
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a surface mount housing with electrical contacts
  • FIG. 10a shows a photovoltaic component for a predominantly horizontal installation in a device
  • 10c shows a photovoltaic component for a predominantly vertical installation in a device
  • FIG. 11 a plan view of a photovoltaic
  • FIG. 12 an array with a plurality of concave mirrors arranged flat in one plane; 13 shows an aircraft with several photovoltaic components integrated into the outer skin of the aircraft;
  • FIG. 14 shows a side view of a building with photovoltaic components
  • FIG. 15 shows a top view of the building of FIG. 14
  • FIG. Figure 16 shows a side view of a house with a flat roof
  • FIG. 1a shows a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component 10 in an xz plane according to an embodiment of the invention.
  • the energy-generating photovoltaic component 10 has an outer pane 11 and a back plate 12.
  • the outer pane 11 can consist of glass or plastic.
  • the outer disk 11 has According to embodiments, a high transmission in the desired wavelength range and can in particular be designed as a clear glass pane or as a non-colored plastic pane.
  • the outer pane 11 can consist of glass, such as, for example, soda-lime-silicate glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, or of plastic, such as, for example, polycarbonate or PMMA.
  • the outer pane 11 and the back plate 12 can have different thicknesses, and the outer pane 11 can be designed with or without thermal or chemical pretensioning.
  • the back plate 12 consists of plastic, in particular Kevlar, or of metal, in particular aluminum.
  • the energy-generating layer 15 is seen between the outer disk 11 and the back plate 12.
  • the energy-generating layer 15 has a plurality of concentrator photovoltaic modules 20.
  • the concentrator photovoltaic modules 20 have a hollow mirror 50 as the primary optics and a photovoltaic chip 22 which is integrated in a surface-mountable housing 30 on.
  • the surface-mountable housing 30 has a transparent cover 36 (see FIG. 7) and an integrated reflector 23 as tertiary optics.
  • the concave mirror 50 is arranged in the vertical direction, i.e. in the z-direction, between the photovoltaic chip 22 and the back plate 12.
  • the photovoltaic chip 22 is arranged downwards or the op-table opening of the surface-mountable housing 30 and the photovoltaic chip 22 is directed downwards in the direction of the back plate 12.
  • a protective layer 18 for protection against ultraviolet (UV) radiation is provided between the outer pane 11 and the energy-generating layer 15. This protective layer protects in particular the elements of the energy-generating layer, for example the surface-mountable housing 30 and the concave mirror 50, from UV radiation. This is particularly advantageous in embodiments in which the elements of the energy-generating layer 15 are made of plastic or have plastic.
  • the UV protective layer 18 protects the plastic from aging.
  • the protective layer 18 can be designed as a film.
  • the outer pane 11 can be coated as a UV protective layer.
  • the concave mirror 50 is configured to reflect sunlight falling through the outer pane 11 into the integrated reflector 23, and the reflector 23 is configured to concentrate the sunlight reflected by the concave mirror 50 onto the photovoltaic chip 22.
  • the concave mirror 50 can be designed as a parabolic mirror or as a spherical concave mirror.
  • the corresponding beam path of the incident light is shown in FIG. la shown in dashed lines. It should be noted here that the representation of the course of the beam is roughly schematic in order to represent the principle.
  • the integrated reflector 23 concentrates or collects the sun light deflected by the concave mirror 50 onto the photovoltaic chip 22.
  • the energy-generating layer 15 comprises a contact-making layer 14 with conductor tracks.
  • the contacting layer 14 can be designed, for example, as a circuit board, in particular as a flexible circuit board and in particular as a flexible and transparent film.
  • the contacting layer 14 can be designed as a heat-dissipating foil.
  • the surface-mountable housings 30 can be arranged on the contacting layer 14 by means of soldering, in particular by means of reflow soldering, and are electrically connected to the photovoltaic chips 22.
  • the energy-generating layer 15 or the spaces 15z of the energy-generating layer 15 can be transparent
  • the energy-generating layer 15 or the spaces 15z of the energy-generating layer 15 can be designed as a vacuum.
  • FIG. lb shows a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component 10 in an x-z plane according to a further embodiment of the invention.
  • the photovoltaic component 10 largely corresponds to the photovoltaic component 10 of FIG. la.
  • the energy-generating layer 15 is connected to the outer pane 11 by means of a composite layer 17a.
  • the composite layer 17a can in particular be designed as a lamination film and consist of plastic, e.g. of PVB or EVA. Such composite layers facilitate the production of the energy-generating photovoltaic component.
  • the photovoltaic components 10 can also have further layers, in particular foils.
  • a heat-absorbing film or a heat-dissipating film can be arranged behind or under the energy-generating layer 15.
  • the films can be made transparent or partially transparent and applied as a lamination film.
  • FIG. lc shows an enlarged representation of a concentrator photovoltaic module 20 with exemplary parallel incident light rays of the sun light 80, which from the concave mirror 50 on the transparent cover 36 and the reflector 23 of the surface-mountable housing 30 arranged below in concentrated or be reflected in a focused manner.
  • the surface-mountable housings 30 are arranged in particular at the focal point of the concave mirror 50.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an energy-generating photovoltaic component 10 in an x-z plane according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 a plurality of parallel incident light beams 80 which are concentrated by means of the concave mirror 50 onto the surface-mountable housing 30 with the photovoltaic chips integrated therein.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a contacting layer 14, which can in particular be designed as a flexible film, e.g. as a lamination film.
  • the contacting layer 14 has conductor tracks 14a which establish an electrical connection to the photovoltaic chips integrated into the housing 30 which can be surface-mounted.
  • FIG. 4 shows a perspective view of an array with concave mirrors 50 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a perspective view of an array with concave mirrors 50 and above that surface-mountable housings 30 with integrated photovoltaic chips arranged in each case at the focal point of the concave mirror 50.
  • FIG. 6a shows a plan view of a concave mirror 50 according to an embodiment of the invention.
  • the concave mirror 50 has a surface with a large number of facets 51, which are designed as indentations or depressions 51 and are roughly schematically indicated.
  • the concave mirror 50 is thus designed as a facet concave mirror.
  • FIG. 6b shows a further plan view of a concave mirror 50 according to an embodiment of the invention.
  • the concave mirror 50 also has a surface with a plurality of indentations 51, which are shown roughly schematically.
  • FIG. 6c shows a side view or cross-sectional view of a concave mirror 50 with indentations 51 according to an embodiment of the invention.
  • the indentations 51 can have different shapes according to configurations. According to embodiments of the invention, the indentations 51 can in particular be designed in the form of a spherical cutout, e.g. a hemispherical cutout, or also in the form of parabolas of revolution. According to embodiments, the indentations or depressions 51 can be designed as concave or convex deformations of the surface.
  • the facets can be designed as planar, for example square, surfaces.
  • the indentations 51 are configured according to the execution form to focus the incident sunlight and reduce the scattered light. This allows the efficiency or the concentration effect of the Hohlspie gel to be increased.
  • the indentations 51 are configured to direct light which strikes the concave mirror 50 at different angles onto the transparent cover of the surface-mountable housing. As a result, it can be achieved, in particular, that a sufficient amount of light is directed onto the photovoltaic chips at different positions of the sun in the course of the day.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the surface-mountable housing 30 in an xz plane according to an embodiment of the invention.
  • the photovoltaic chip 22 is arranged symmetrically with respect to a vertical plane of symmetry 39 a of the housing 30.
  • the housing 30 comprises a base body 31.
  • the base body 31 can in particular be made of plastic and manufactured, for example, by means of an injection molding process.
  • the housing 30 or the base body 31 has a recess 32.
  • the recess 32 forms or forms a receiving trough 33 with a ver deepened bottom portion 34 for receiving the photovoltaic chip 22.
  • the photovoltaic chip 22 is designed according to preferred embodiments of the invention as a multi-junction solar cell, but can form according to other embodiments Invention can also be designed as a single junction solar cell.
  • a photovoltaic chip is understood to mean, in particular, a photovoltaic DIE, i.e. an unhoused piece of a semiconductor wafer with a multi-junction or single-junction solar cell.
  • the housing 30 has at least two electrical contacts for contacting the photovoltaic chip 22, which in FIG. 7 are not shown to simplify the illustration.
  • the housing 30 also has a transparent cover 36 which closes the housing 30 and in particular the recess 32, in particular closes it in a waterproof and dustproof manner.
  • the transparent cover 36 is made according to
  • Embodiments made of glass in particular made of thin glass or ultra-thin glass.
  • the housing 30 is preferably protected against solid foreign bodies and liquids by means of the transparent cover 36.
  • the housing 36 can in particular be designed in accordance with IP protection class 66.
  • the housing 36 has a scope of protection in accordance with International Protection (IP code) against solid foreign bodies of at least 4 and a level of protection against liquids of at least 4.
  • IP code International Protection
  • the transparent cover 36 can be attached to the housing 30, in particular to the base body 31, for example by means of ultrasonic welding.
  • the receiving trough 33 has side walls with reflective areas 35a and 35b.
  • the receiving trough 33 forms a reflector 23 by means of the reflective areas.
  • the reflector 23 represents a secondary optical system of the concentrator photovoltaic module 20 and is configured to function as a light collector or optical homogenizer.
  • the reflector 23 can be designed as a conical cylinder or as a conical parallelepiped.
  • the reflector 23 has an entry opening or entry aperture 23a under the transparent cover 36.
  • the reflector 23 has an exit opening or exit aperture 23b through which the light falls on the photovoltaic chip 22.
  • the inlet opening 23a and the outlet opening 23b are shown schematically by dashed lines.
  • FIG. 8a shows a cross-sectional view of a surface-mountable housing 30 in an x-z plane according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 8b shows a cross-sectional view of the surface mountable housing 30 in a y-z plane that is perpendicular to the x-z plane.
  • FIG. 8c shows a top view of the surface-mountable housing in the x-y plane.
  • the surface mount housing 30 is similar to that shown in FIG. 7 and accordingly has a base body 31 and a recess 32 which forms a receiving trough 33 with a recessed bottom section 34 for receiving the photovoltaic chip 22.
  • the receiving trough 33 has side walls with a first reflective area 35a and a second reflecting area 35b, a third reflecting area 35c and a fourth reflecting area 35d.
  • the first reflecting portion 35a is cpl is aligned in egg ⁇ nem first angle relative to a horizontal xy plane 38 of the housing 30th
  • the second re ⁇ inflected portion 35b is at a second angle cp2 of the housing 30 is oriented relative to the horizontal plane xy 38th
  • the third reflective area 35c is oriented at a third angle cp3 with respect to the horizontal xy plane 38 of the housing 10.
  • the fourth reflective area 35d is oriented at a fourth angle cp4 with respect to the horizontal xy plane 38 of the housing.
  • the first angle to the second angle cpl un cp2, cp3 while the third angle and the fourth angle cp4 in that game ⁇ equal or approximately equal size are differently.
  • the third angle cp3 and the fourth angle cp4 can also be of different sizes.
  • the first reflective Be ⁇ rich 35a and the second reflecting portion 35b are in relation to the photovoltaic chip 22 opposite, and in particular with respect to a in FIG. First ver ⁇ Tikale symmetry plane 8c shown 22c of the photovoltaic chips 22nd
  • the first angle is cpl about 65 ° and the second angle cp2 un ⁇ dangerous 35 °.
  • the angles cpl, cp2, cp3 and cp4 lie in a range between 0 ° and 110 °.
  • the first angle cp1 is in a range between 45 ° and 110 °, in particular in a range between 60 ° and 90 ° and is therefore relatively steep, while the second angle cp2 in a range between 0 ° and 45 °, in particular in a range between 10 ° and 35 °, and is therefore relatively flat.
  • Such a configuration is advantageous e.g. for photovoltaic modules which are intended for vertical installation. This makes it possible to significantly improve the power output of the photovoltaic module with vertical installation, in that the "lower" reflective surface in particular is more inclined in relation to the horizontal plane of the housing than the "upper” reflective surface.
  • the first reflective area 35a, the second reflective area 35b, the third reflective area 35c and the fourth reflective area 35d are applied as a coating on the base body 31 of the receiving trough 33.
  • the first reflective area 35a, the second reflective area 35b, the third reflective area 35c and the fourth reflective area 35d are designed as reflective films, which are attached to the base body 31 of the receptacle 33, for example by means of gluing or other methods can be applied.
  • the reflective areas 35a, 35b, 35c and 35d are each designed as flat surfaces, in particular as trapezoidal surfaces.
  • the reflective areas 35a, 35b, 35c and 35d can also have other shapes, in particular concave shapes and convex shapes.
  • One such configuration module enables cpl the angle, CP2, CP3 and CP4 of the reflective Be rich 35a 35b to choose 35c and 35d individually and un ⁇ differently and to the respective alignment of the modules to the designated for installation surfaces and the resulting to take into account the corresponding sun exposure of the modules with regard to the elevation and / or the azimuth.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of a surface-mountable housing 30 in an xz plane according to an embodiment of the invention.
  • the electrical connections of the module are shown in more detail.
  • the surface-mountable housing 30 has a first electrical contact 22a and a second electrical contact 22b.
  • the electrical rule contacts 22a, 22b are on opposite Be ⁇ th of the housing 30 arranged and constructed as so-called leads, which are embedded in the base body 31 made of plastic.
  • the photovoltaic chip 22 is electrically connected to the leads of the electrical contacts 22a and 22b by means of wire bonding.
  • the module 20 is thus designed as a surface-mountable module using SMD technology (Surface Mount Technology).
  • the module 20 also has a bypass diode 45 integrated into the housing 30, which can in particular be designed as a Schottky diode.
  • the bypass diode is connected in parallel to the photovoltaic chip 22 and accordingly connected on the one hand to the electrical contact 22a and on the other hand to the electrical contact 22b, likewise according to embodiments by means of wire bonding.
  • the photovoltaic chip 22 can be electrically contacted, for example, with conductor tracks of the contacting layer 14 by means of soldering.
  • Figures 10a to 10c show different ones
  • the Angles cp1 and cp2 relate to the angles of the reflective surfaces 35a, 35b of the reflectors 23 integrated in the housing 30.
  • the position of the sun 80 is shown in an exemplary manner in FIGS. 10a to 10c, e.g. at noon.
  • FIGS. 10a to 10c the course of the reflection surfaces 35a, 35b of the reflectors 23 are shown in FIGS. 10a to 10c in an exemplary schematic manner by means of simple lines.
  • the hollow mirror 50 is shown as an example, which reflects or concentrates the incident sunlight 80 into the reflector 23.
  • Fig. 10a shows a photovoltaic component 10 which is intended for a predominantly horizontal installation in a building or a device, e.g. as a horizontal roof photovoltaic component.
  • 10b shows a photovoltaic component 10 which is intended for inclined installation positions, for example between 20 ° and 80 °, for example for sloping roofs.
  • 10c shows a photovoltaic component 10 which is intended for a predominantly vertical installation in a building or a device.
  • the first angle cp1 and the second angle cp2 can each be individually adapted to the respective installation situation in order to optimize the light capture of the reflector 23 for the respective installation situation. While in a horizontal installation the first angle cp1 and the second angle cp2 are preferably chosen to be the same, in an inclined and a vertical installation the first angle cp1 and the second angle cp2 are preferably chosen to be different in order to capture light in relation to to increase the elevation of solar radiation.
  • FIG. 11 shows a top view of a photovoltaic chip array 1100.
  • the photovoltaic chip array 1100 has a multiplicity of SMD housings 30 with integrated ones Photovoltaic chips and reflectors, which are soldered onto a printed circuit board or contact layer 14 designed as a film as surface-mounted components.
  • FIG. 12 shows an array 1200 according to an embodiment of the invention with a plurality of concave mirrors 50 arranged flat in a plane.
  • the concave mirrors 50 are exemplified by circles.
  • the array 1200 can be prefabricated, with the individual concave mirrors being able to be connected directly to one another.
  • the array 1200 prefabricated in this way can, according to one embodiment, be fastened to the back plate 12, for example by gluing, welding or by means of another fastening technique.
  • FIG 13 shows an aircraft 1300 with several photovoltaic components 10 integrated into the outer skin of the aircraft 1300.
  • FIG. 14 shows a side view of a building or house 1400.
  • the building 1400 has a photovoltaic component 1410 on a sloping roof 1401 and a photovoltaic component 1411 on a vertical side wall 1402, which can be configured like the photovoltaic components 10 described above.
  • FIG. 15 shows a top view of the building 1400. It can be seen here that the building 1400 has a further photovoltaic component 1412 on the rear wall 1403 in addition to the photovoltaic component 1410 and the photovoltaic component 1411.
  • the position of the sun 80 is shown in an exemplary manner in FIGS. 14 and 15, for example at midday.
  • the first angle cp1 and the second angle cp2 of the reflectors 23 of the individual photovoltaic components 1410 and 1411 are shown in FIG. 14 in an exemplary manner by means of dashed lines.
  • the third angle cp3 and the fourth angle cp4 of the reflectors 23 of the individual photovoltaic components 1410 and 1412 are shown in FIG. 15 in an exemplary manner by means of dashed lines.
  • the angles cpl, cp2, cp3 and cp4 relate again to the angles of the reflection surfaces of the reflectors 23 of the concentrator photovoltaic modules of the individual photovoltaic components integrated in the housing 30.
  • the individual photovoltaic components 1410, 1411 and 1412 each have different combinations of the individual angles cpl, cp2, cp3 and cp4.
  • the first angle and the second angle cp2 cpl are in accordance with embodiments of the invention in particular chosen so that they take into account the respective installation situation opti ⁇ times with respect to the elevation of the sun.
  • the third angle and the fourth angle cp3 cp4 are in accordance with embodiments of the invention in particular chosen so that they take into account the respective installation situation opti ⁇ times with respect to the azimuth of the sun. So is in FIG. 15 also shows the orientation of the house in relation to the cardinal points.
  • the house wall 1402 has an example of a south-east exposure and the back wall 1403 a southwest exposure. By suitable and individual choice of the angles cp3 and cp4 for the side wall 1402 and the rear wall 1403, the efficiency of the photovoltaic component can be improved.
  • FIG. 16 shows a side view of a house
  • a photovoltaic component 1610 is attached, and a photovoltaic component 1611 is attached to a vertical side wall 1602.
  • the first angle cp1 and the second angle cp2 of the photovoltaic component 1610 are selected differently than the first angle cp1 and the second angle cp2 of the photovoltaic component 1410 of the in FIG. 14, in order to improve the reflector effect of the photovoltaic components.
  • the photovoltaic components 10 can be used as energy-generating glass or plastic components for roof systems, flat roofs, industrial roofs, house roofs, facades and façade constructions.
  • 17 shows a ship 1700 with several photovoltaic components (10) arranged on the surface of the ship.
  • 18 shows an automobile 1800 according to a
  • the automobile 1800 has one or more photovoltaic components 10, for example as a roof surface.
  • the automobile can in particular be designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle or as a fuel cell vehicle and accordingly has at least one electric drive, for example an electric motor 1801 and at least one battery 1802.
  • the photovoltaic components 10 are configured for charging the battery 1802, for example.
  • the vehicle 1800 can also be designed without an electric drive and, for example, only have an internal combustion engine or some other drive.
  • the photovoltaic components 10 can be used to feed the solar energy into the on-board network and thus to provide the electrical consumers or to charge a low-voltage battery to operate the vehicle electrical system.
  • the photovoltaic components 10 can also be integrated or built into construction vehicles, agricultural vehicles, trains or containers. While preferred embodiments of the invention are described in the present application, it should be clearly pointed out that the invention is not restricted to these and can also be carried out in other ways within the scope of the following claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikbauteil (10) mit einer äusseren Scheibe (11) und einer Rückplatte (12). Zwischen der äusseren Scheibe (11) und der Rückplatte (12) ist eine energieerzeugende Schicht (15) mit einer Mehrzahl von Konzentrator-Photovoltaikmodulen (20) angeordnet. Die Konzentrator-Photovoltaik-Module (20) weisen einen Hohlspiegel (50) als primäre Optik und einen Photovoltaik-Chip (22) auf, der in ein oberflächenmontierbares Gehäuse (30) integriert ist, wobei das oberflächenmontierbare Gehäuse (30) eine transparente Abdeckung (36) und einen integrierten Reflektor (23) als sekundäre Optik aufweist. Der Hohlspiegel (50) ist zwischen dem Photovoltaik-Chip (22) und der Rückplatte (12) angeordnet ist und die transparente Abdeckung (36) und eine Eintrittsöffnung (23a) des integrierten Reflektors (23) sind der Rückplatte (12) zugewandt.

Description

Photovoltaikbauteil
Gebiet der Erfindung
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Hintergrund
Photovoltaik ist die Umwandlung von Lich- tenergie, meist aus Sonnenlicht, in elektrische Energie mittels Solarzellen bzw. Photovoltaikzellen.
Die Konzentrator-Photovoltaik verwendet Lin- sen und/oder Reflektoren, um das Sonnenlicht auf Photo voltaikzellen zu konzentrieren. Dies ermöglicht eine Verringerung der Zellgröße. Die Energieumwandlung wird in der Regel von einer speziellen Hochleistungs-Solarzelle durchgeführt, insbesondere mittels hocheffizienten Mehr- fach (Multi-Junction) Solarzellen aus beispielsweise III- V Halbleitermaterialien.
Konzentrator-Photovoltaik Systeme werden nach der Menge ihrer Sonnenkonzentration kategorisiert, gemes sen in "Sonnen". Dabei unterscheidet man niedrigkon- zentrierte Systeme, Systeme mit mittlerer Konzentration und hochkonzentrierte Systeme.
Eine steigende Konzentration erhöht in der
Regel auch die Komplexität des Systems. Insbesondere steigen die Anforderungen an die Kühlung und die Optik.
Niedrigkonzentrierte Systeme verfügen oft über einen einfachen Booster-Reflektor, der die solare elektrische Leistung aber teilweise bereits um mehr als 30% gegenüber Nicht-Konzentrator-Systemen erhöhen kann.
Hochkonzentrierte Systeme dagegen verwenden komplexere optische Systeme. Diese können z.B. aus einer Fresnel-Linse als primäre Optik und einem Reflektor als sekundäre Optik bestehen.
Für flächige Anwendungen sind zudem Solarmat ten bekannt, welche sich flexibel an diversen Flächen von Gebäuden oder Vorrichtungen anbringen lassen. Solche So- larmatten, z.B. basierend auf Cadmiumtellurid oder CIGS haben allerdings einen begrenzten Wirkungsgrad.
Insgesamt bleibt es eine Herausforderung, Photovoltaik-Systeme, insbesondere Konzentrator-Photovol- taik Systeme, in effizienter Weise und mit hohem Wir- kungsgrad in Gebäude oder Vorrichtungen zu integrieren und eine hohe Solarleistung zu generieren.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe von Ausführungsfor men der vorliegenden Erfindung, ein Photovoltaikbauteil zu schaffen, welche Nachteile des Bekannten vermeidet.
Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Photovolta ikbauteil zu schaffen, welches eine verbesserte Ausnut zung der Sonnenenergie ermöglicht, und dies insbesondere in kostengünstiger und effizienter Weise sowie mit vor teilhaftem Wirkungsgrad.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Photovoltaikbauteil gemäss Anspruch 1.
Dementsprechend weist das Photovoltaikbauteil eine äussere Scheibe und eine Rückplatte auf. Zwischen der äusseren Scheibe und der Rückplatte ist eine energie erzeugende Schicht mit einer Mehrzahl von Konzentrator- Photovoltaikmodulen angeordnet ist. Die Konzentrator-Pho- tovoltaik-Module weisen einen Hohlspiegel als primäre Op tik und einen Photovoltaik-Chip, der in ein oberflächen montierbares Gehäuse integriert ist, auf. Das oberflä- chenmontierbare Gehäuse weist eine transparente Abdeckung und einen integrierten Reflektor als sekundäre Optik auf. Der Hohlspiegel ist zwischen dem Photovoltaik-Chip und der Rückplatte angeordnet. Die transparente Abdeckung und eine Eintrittsöffnung des integrierten Reflektors sind der Rückplatte zugewandt.
Ein derartiges Photovoltaikbauteil kann in effizienter und zuverlässiger Weise gefertigt werden. Zu dem kann durch die Integration der energieerzeugenden Schicht zwischen die äussere Scheibe und die Rückplatte eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit der energieer zeugenden Schicht erzielt werden. So schützen die äussere Scheibe und die Rückplatte die energieerzeugende Schicht vor Umwelteinflüssen.
Gemäss Ausgestaltungen der Erfindung sind so mit Konzentrator-Photovoltaik-Module in das Photovoltaik- bauteil integriert. Dies ermöglicht einen hohen Wirkungs grad, insbesondere im Vergleich zu Solarfolien aus bei- spielsweise Cadmium-Tellurid.
Die Integration des Photovoltaik-Chips in ein oberflächenmontierbares Gehäuse ermöglicht eine effizi ente (Vor)Produktion des Photovoltaik-Chips in sehr gros- sen Stückzahlen. Gleichzeitig ist in das Gehäuse des
Chips schon ein Reflektor integriert. Derartige oberflä chenmontierbare Module, welche auch als SMD-Module (Surface Mounted Device) bezeichnet werden, können in be sonders effizienter und automatisierter Weise montiert und verarbeitet werden. Insbesondere können die oberflä chenmontierbaren Gehäuse mit den integrierten Photovol- taik-Chips und den integrierten Reflektoren in effizien ter Weise auf das jeweilige Trägermaterial der jeweiligen Anwendung, z.B. auf eine Trägerfolie, mittels Reflow-Lö- ten aufgebracht werden.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weisen die Konzentrator-Photovoltaik-Module eine zweistufige Op tik auf. Dadurch kann ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt werden. Hierbei ist der Hohlspiegel dazu konfigu riert, durch die äussere Scheibe einfallendes Sonnenlicht in den integrierten Reflektor zu reflektieren und zu fo kussieren und der Reflektor ist dazu konfiguriert, das von dem Hohlspiegel reflektierte Sonnenlicht auf den Pho- tovoltaik-Chip zu konzentrieren.
Gemäss Ausführungsformen ist der Hohlspiegel dabei zwischen der Rückplatte und dem oberflächenmontier baren Gehäuse mit dem Photovoltaik-Chip angeordnet und die transparente Abdeckung des oberflächenmontierbaren Gehäuses ist der Rückplatte zugewandt oder mit anderen Worten nach unten gerichtet bzw. an der der Sonne abge wandten Seite angeordnet. Unter der transparenten Abde ckung ist eine Eintrittsöffnung des integrierten Reflek- tors vorgesehen. Der integrierte Reflektor konzentriert bzw. sammelt das von dem Hohlspiegel reflektierte und fo kussierte Sonnenlicht und leitet es durch eine Austritts öffnung auf den Photovoltaik-Chip.
Hierbei beziehen sich die Begriffe «unter» bzw. «unterhalb» und «ober» bzw. «oberhalb» auf die Sonne bzw. den Verlauf des einfallenden Sonnenlichts.
Gemäss Ausgestaltungen der Erfindung kann der Hohlspiegel als Parabolspiegel oder als sphärischer Hohl- Spiegel ausgeführt ist. Während der sphärische Spiegel fertigungstechnisch vorteilhaft ist, weist der Parabol spiegel eine grössere optische Präzision auf. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist der Hohlspiegel einen Grundkörper auf, auf dem mittels Bedampfung eine spiegelnde Schicht aufgebracht ist. Dies ist fertigungstechnisch vorteilhaft.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung be steht der Grundkörper aus einem Metall, insbesondere Alu minium, oder aus einem Kunststoff, insbesondere Kevlar. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung be steht die Rückplatte aus Kunststoff, insbesondere Kevlar, oder aus Metall, insbesondere Aluminium.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung be- steht die äussere Scheibe aus Glas oder aus transparentem Kunststoff .
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist die äussere Scheibe eine hohe Transmission bzw. einen ho hen Transmissionsgrad auf. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist die äussere Scheibe einen Transmissions grad von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% auf. Dabei bezieht sich der Transmissionsgrad insbesondere auf den für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich, d.h. insbesondere auf Licht mit einer Wellenlänge zwi- sehen 380 und 780 Nanometern (nm). Der Transmissionsgrad kann auch als Lichtdurchlässigkeit bezeichnet werden.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist der Hohlspiegel eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Facetten bzw. Facettenelementen auf und ist somit als Fa- cetten-Hohlspiegel ausgeführt.
Gemäss Ausführungsformen stellen die Facetten Unregelmässigkeiten in der Oberfläche des Hohlspiegels dar. Gemäss Ausführungsformen können die Facetten als Einbuchtungen bzw. Vertiefungen ausgebildet sein.
Gemäss Ausführungsformen können die Facetten als plane, z.B. quadratische Flächen ausgebildet sein. Gemäss Ausführungsformen sind die Facetten dazu konfiguriert, das einfallende Licht zu bündeln und das Streulicht zu verringern.
Damit kann der Wirkungsgrad bzw. die Konzent- rationswirkung des Hohlspiegels erhöht werden.
Gemäss Ausführungsformen sind die Facetten insbesondere dazu konfiguriert, das einfallende Licht zu homogenisieren .
Gemäss Ausführungsformen sind die Facetten dazu konfiguriert, Licht, welches in unterschiedlichen Winkeln auf den Hohlspiegel trifft, auf die transparente Abdeckung der oberflächenmontierbaren Gehäuse zu lenken. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass bei un terschiedlichen Sonnenständen im Tagesverlauf jeweils eine genügende Menge an Licht auf die Photovoltaik-Chips gelenkt wird. Somit wird eine Homogenisierung des Licht einfalls erreicht. Im Vergleich zu einem Tracking bzw. einer Nachführung der Hohlspiegel ist dies eine sehr kos tengünstige Methode. Die Einbuchtungen können gemäss Ausgestaltun gen verschiedene Formen aufweisen. Gemäss Ausgestaltungen der Erfindung können die Einbuchtungen insbesondere in Form eines Kugelausschnitts, z.B. eines halbkugelaus- schnitts oder auch in Form von Rotationsparaboloiden aus- gestaltet sein. Gemäss Ausführungsformen können die Ein buchtungen bzw. Vertiefungen als konkave oder konvexe Verformungen der Oberfläche ausgebildet sein.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist das Photovoltaikbauteil eine Kontaktierungsschicht mit Leiterbahnen zur Kontaktierung der Konzentrator-Photovol- taikmodule bzw. des Photovoltaik-Chips auf. Die Kontak tierungsschicht stellt eine Leiterplatte bzw. einen Trä ger für die Konzentrator-Photovoltaik-Module dar. Die Kontaktierungsschicht kann insbesondere als eine Be- Schichtung auf der Scheibe oder als eine Folie, insbeson dere als Laminierfolie, ausgestaltet sein. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist die Kontaktierungsschicht einen Transmissionsgrad von mehr als 75% auf.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausge- staltung der Erfindung ist die Kontaktierungsschicht als wärmeableitende Schicht oder Folie ausgebildet. Hierbei können insbesondere die metallischen Leiterbahnen zur Wärmeableitung genutzt werden.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Konzentrator-Photovoltaikmodule in ein Kunststoffma terial integriert, insbesondere in ein transparentes Kunststoffmaterial .
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestal tung der Erfindung ist die energieerzeugende Schicht mit- tels einer Verbundschicht aus Kunststoff mit der äusseren Scheibe verbunden. Die Verbundschicht kann vorteilhaft eine Kunststofffolie, insbesondere aus PVB oder EVA, oder ein anderer Kunststoff, z.B. PU oder ein Acrylat oder ein anderes Kunststoffharz sein. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausge staltung weist das Photovoltaikbauteil eine oder mehrere wärmeableitende oder wärmeabsorbierende Folien auf. Dies kann eine Aufheizung des Photovoltaikbauteils vermindern.
Die wärmeabsorbierende Folie und/oder die wärmeableitende Folie können insbesondere unter der Rück platte oder zwischen der Rückplatte und der energieerzeu genden Schicht angeordnet sein.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung werden mit einer Scheibe allgemein flächenförmige, insbesondere Schichtförmige Elemente bezeichnet, die insbesondere transparent oder teilweise transparent ausgeführt sind. Eine Scheibe kann gemäss Ausführungsformen der Erfindung somit auch als Schicht bezeichnet werden, insbesondere als transparente oder teilweise transparente Schicht.
Eine Scheibe kann gemäss Ausführungsformen der Erfindung verschiedenste an die jeweilige Einbaulage angepasste Ge ometrien aufweisen. Gemäss Ausführungsformen kann eine Scheibe insbesondere rechteckförmig oder quadratisch aus geführt sein. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung ist eine Scheibe insbesondere starr bzw. steif ausgeführt.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestal- tung der Erfindung weist das Gehäuse eine eine Aufnahme wanne bildende Aussparung mit einem vertieften Bodenab schnitt zur Aufnahme des Photovoltaik-Chips auf, wobei die Aufnahmewanne Seitenwände mit reflektierenden Berei chen aufweist, die den integrierten Reflektor bilden, Gemäss einer Ausgestaltung weist die Aufnah mewanne Seitenwände mit wenigstens einem ersten und einem zweiten reflektierenden Bereich auf, wobei der erste re flektierende Bereich in einem ersten Winkel gegenüber ei ner horizontalen Ebene des Gehäuses ausgerichtet ist und der zweite reflektierende Bereich in einem zweiten Winkel gegenüber der horizontalen Ebene des Gehäuses ausgerich tet ist. Der erste Winkel ist dabei unterschiedlich zu dem zweiten Winkel.
Ein derart ausgestaltetes Konzentrator-Photo- voltaik-Modul ermöglicht es, die beiden unterschiedlichen Winkel des ersten reflektierenden Bereichs und des zwei ten reflektierenden Bereichs individuell zu wählen und an die jeweiligen äusseren Gegebenheiten, insbesondere die jeweilige Ausrichtung der zum Einbau vorgesehenen Flächen und die jeweilige Sonnenexposition der zum Einbau vorge sehenen Flächen zu berücksichtigen. Der erste und der zweite reflektierende Bereich bilden reflektierende Flä chen, welche das Sonnenlicht über die transparente Abde ckung empfangen, reflektieren und in Richtung des Photo- voltaik-Chips weiterleiten bzw. es auf den Photovoltaik- Chip konzentrieren. Somit bilden die wenigstens zwei re flektierenden Bereiche der Aufnahmewanne einen Reflektor.
Es ist hierbei zu beachten, dass der Begriff horizontale Ebene des Gehäuses sich auf die Grundfläche bzw. Bodenfläche des Gehäuses bezieht und insbesondere parallel zu der Bodenfläche des Gehäuses verlaufen soll. Der Begriff horizontale Ebene des Gehäuses soll sich so mit nicht notwendigerweise auf die jeweilige Einbausitua tion des Gehäuses beziehen. So kann z.B. bei einem senk rechten Einbau des Gehäuses in einem Gebäude die horizon- tale Ebene des Gehäuses senkrecht zu dem Boden des Gebäu des verlaufen.
Gemäss Ausgestaltungen der Erfindung können somit die Winkel der verschiedenen Reflexionsbereiche je weils individuell an die jeweilige Einbausituation in dem Gebäude angepasst werden. Insbesondere können die Winkel der Reflexionsbereiche in Bezug auf die Elevation und/o der den Azimut angepasst werden.
Durch die unterschiedlichen Winkel des ersten reflektierenden Bereichs und des zweiten reflektierenden Bereichs kann die Konzentrations- bzw. Reflexionswirkung und der Wirkungsgrad des Konzentrator-Photovoltaik-Moduls und des Photovoltaikbauteils in einfacher, kostengünsti ger und effizienter Weise erhöht werden.
Die transparente Abdeckung des oberflächen- montierbaren Gehäuses besteht vorzugsweise aus Glas, ins besondere aus Dünnglas, z.B. Gorilla®-Glas oder ultradün nem Glas. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann die transparente Abdeckung aus Kunststoff bestehen. Die transparente bzw. lichtdurchlässige Abdeckung lässt ge- mäss bevorzugten Ausführungsformen das Sonnenlicht mög lichst ungehindert in den Reflektor der Aufnahmewanne passieren und ist daher gemäss Ausführungsformen als plane Fläche ausgebildet. Im Querschnitt ist die transpa rente Abdeckung insbesondere rechteckig, wobei die Dicke der Abdeckung möglichst klein gewählt ist, beispielsweise 0.01 mm bis 1 mm.
Gemäss weiteren Ausführungsformen kann die transparente Abdeckung aber auch eine konkave oder kon vexe Form aufweisen und das Sonnenlicht somit umlenken und/oder fokussieren. Der Photovoltaik-Chip kann gemäss Ausfüh rungsformen als Einfach- oder als Mehrfachsolarzelle aus gebildet sein, insbesondere als 3-fach Solarzelle („triple-junction") oder Vierfach-Solarzelle („quadrupel- junction") . Gemäss besonders bevorzugten Ausführungsfor men ist der Photovoltaik-Chip eine Mehrfachsolarzelle aus einem III-V Halbleitermaterial, z.B. aus Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumantimonid (GaSb). Der Photovoltaik- Chip ist insbesondere als ein photovoltaischer DIE, d.h. ein ungehäustes Stück eines Halbleiter-Wafers, ausge führt.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist der Photovoltaik-Chip in Bezug auf wenigstens eine vertikale Symmetrieebene des Gehäuses asymmetrisch ange- ordnet. Mittels einer derartigen asymmetrischen Anordnung des Photovoltaik-Chips in dem Gehäuse lassen sich unter schiedlichen Winkel des ersten und des zweiten reflektie renden Bereichs besonders effizient und platzsparend in dem Gehäuse realisieren. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Er findung liegen sich der erste und der zweite reflektie rende Bereich in Bezug auf eine erste vertikale Symmet rieebene des Photovoltaik-Chips gegenüber. Mit anderen Worten, der erste und der zweite reflektierende Bereich sind an gegenüberliegenden Seiten des Photovoltaik-Chips angeordnet .
Eine derartige Ausführungsform mit sich ge genüberliegenden reflektierenden Flächen mit unterschied lichen Winkeln ermöglicht eine verbesserte Konzentration des Sonnenlichts auf den Photovoltaik-Chip, insbesondere bei Sonnenlicht, welches nicht parallel zu der ersten vertikalen Symmetrieebene des Photovoltaik-Chips ein fällt.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich der erste Winkel und der zweite Winkel um wenigstens 10°, insbesondere um wenigstens 20° vonei nander. Derartig ausgebildete unterschiedliche Winkel sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Sonnenein strahlung nicht senkrecht bzw. symmetrisch in Bezug auf die Senkrechte auf das Konzentrator-Photovoltaik-Modul fällt. Bei derartigen Gegebenheiten ermöglichen derart unterschiedliche Winkel eine verbesserte optische Kon zentrationswirkung des Reflektors.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste reflektierende Bereich und der zweite re- flektierende Bereich als reflektierende Beschichtung der Aufnahmewanne ausgebildet. Eine derartige Beschichtung kann gemäss Ausführungsformen z.B. mittels eines entspre chenden Beschichtungsverfahrens auf einem Basiskörper des oberflächenmontierbaren Gehäuses aufgebracht werden. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Er findung sind der erste reflektierende Bereich und der zweite reflektierende Bereich als reflektierende Folie ausgebildet .
Eine derartige reflektierende Folie, z.B. eine Metallfolie, kann gemäss Ausführungsformen z.B. mit tels eines entsprechenden Klebeverfahrens auf dem Basis körper aus Kunststoff aufgebracht werden.
Gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfin dung weist die Aufnahmewanne Seitenwände mit einem drit- ten und einem vierten reflektierenden Bereich auf. Der dritte reflektierende Bereich ist in einem dritten Winkel gegenüber der horizontalen Ebene des Gehäuses ausgerich tet und der vierte reflektierende Bereich ist in einem vierten Winkel gegenüber der horizontalen Ebene des Ge- häuses ausgerichtet. Gemäss weiteren Ausführungsformen ist der dritte Winkel unterschiedlich zu dem vierten Win kel.
Derartige Ausführungsformen weisen somit vier unterschiedliche Reflexionsbereiche bzw. Reflexionsflä- chen auf, welche jeweils mit individuellen und unter schiedlichen Winkeln gegenüber der horizontalen Ebene des Gehäuses ausgerichtet sein können. Durch die bis zu vier unterschiedlichen Win kel des Reflektors kann für das Licht bzw. die solare Strahlung eine weitere Verbesserung der Konzentrations wirkung bzw. Reflexionswirkung des Reflektors ermöglicht. Dementsprechend können Photovoltaikbauteile gemäss Ausführungsformen der Erfindung sowohl für verti kale Einbauflächen und damit ungünstig zur Sonnenein strahlung ausgerichtete Einbauflächen, als auch für na hezu horizontal angeordnete Einbauflächen, wie z.B. für Dachflächen gefertigt werden.
Gemäss einer Ausführungsform sind der dritte Winkel und der vierte Winkel um wenigstens 10°, insbeson dere um wenigstens 20° unterschiedlich.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung ist das Gehäuse gegen feste Fremdkörper und gegen Flüssigkei ten geschützt. Gemäss Ausführungsformen weist das Gehäuse einen Schutzumfang gemäss dem International Protection (IP-Code) gegen feste Fremdkörper von wenigstens 5 und einen Schutzumfang gegen Flüssigkeiten von wenigstens 5 auf. Ein derart geschütztes Gehäuse gewährleistet einen zuverlässigen und langlebigen Betrieb auch bei widrigen Umweltbedingungen. Dabei kann das Gehäuse insbesondere gemäss den IP Schutzklassen 65 bis 68 geschützt sein.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung sind der erste reflektierende Bereich, der zweite reflektie rende Bereich, der dritte reflektierende Bereich und/oder der vierte reflektierende Bereich jeweils als konkave Fläche ausgebildet.
Mittels derartiger konkaver Flächen kann die Konzentrationswirkung der reflektierenden Bereiche für das Licht bzw. die solare Strahlung erhöht werden.
Gemäss anderen Ausführungsformen der Erfin dung sind der erste reflektierende Bereich, der zweite reflektierende Bereich, der dritte reflektierende Bereich und/oder der vierte reflektierende Bereich jeweils als plane Fläche ausgebildet. Dies ist fertigungstechnisch besonders vor teilhaft.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung weist das Gehäuse eine integrierte Bypass-Diode, insbesondere eine Schottky-Diode, auf. Die Bypass-Diode kann insbeson dere in den Basiskörper, der insbesondere aus Kunststoff bestehen kann, integriert werden. Durch eine derartige Integration der Bypass-Diode in jedes einzelne Gehäuse wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit erzielt. Ist ein Photovoltaik-Chip defekt oder nicht voll funktionsfähig, so kann der Strom über die Bypass-Diode umgeleitet werden und die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems wird nicht bzw. kaum beeinträchtigt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Gebäude oder eine Vorrichtung mit einem oder mehreren Photovoltaikbauteilen nach einem der vorherge henden Ansprüche.
Die Vorrichtung kann insbesondere ein Fahr zeug, z.B. ein Automobil, ein Boot, ein Schiff, ein Bau fahrzeug, ein Agrarfahrzeug, ein Zug oder ein Flugzeug sein. Die Vorrichtung kann ferner ein Container sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Photovoltaikbauteils gemäss den obigen Ausgestaltungen zum Einbau oder Anbau in bzw. an ein Gebäude, ein Fahrzeug, einen Container sowie an dere Vorrichtungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwen dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- Sprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: WO 2021/151522 PCT/EP2020/070227
FIG. la eine Querschnittsansicht eines ener gieerzeugenden Photovoltaikbauteils gemäss einer Ausfüh rungsform der Erfindung;
FIG. lb eine Querschnittsansicht eines ener- gieerzeugenden Photovoltaikbauteils gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
FIG. lc eine vergrösserte Darstellung eines Konzentrator-Photovoltaik-Moduls gemäss einer Ausfüh rungsform der Erfindung; FIG. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines energieerzeugenden Photovoltaikbauteils gemäss einer Aus führungsform der Erfindung;
FIG. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Kontaktierungsschicht; FIG. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht ei nes Arrays mit Hohlspiegeln gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Arrays mit Hohlspiegeln und darüber angeordneten oberflä- chenmontierbaren Gehäusen mit integrierten Photovoltaik- chips;
FIG. 6a zeigt eine Draufsicht auf einen Fa- cetten-Hohlspiegel mit Einbuchtungen gemäss einer Ausfüh rungsform der Erfindung; FIG. 6b zeigt eine weitere Draufsicht auf ei nen Facetten-Hohlspiegel mit Einbuchtungen;
FIG 6c zeigt eine Seitenansicht bzw. Quer- schnittsansicht eines Facetten-Hohlspiegels mit Einbuch tungen; FIG. 7 eine Querschnittsansicht eines ober flächenmontierbaren Gehäuses gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 8a eine Querschnittsansicht eines ober flächenmontierbaren Gehäuses in einer x-z-Ebene;
FIG. 8b eine Querschnittsansicht des Gehäuses in einer y-z-Ebene; WO 2021/151522 PCT/EP2020/070227
FIG. 8c eine Draufsicht auf das Gehäuse in der x-y- Ebene;
FIG. 9 eine Querschnittsansicht eines ober flächenmontierbaren Gehäuses mit elektrischen Kontakten;
Fig. 10a ein Photovoltaikbauteil für einen vorwiegend horizontalen Einbau in eine Vorrichtung;
Fig. 10b ein Photovoltaikbauteil mit einer schrägen Einbaulage;
Fig. 10c ein Photovoltaikbauteil für einen vorwiegend vertikalen Einbau in eine Vorrichtung;
FIG. 11 eine Draufsicht auf ein Photovoltaik-
Chip Array;
FIG. 12 ein Array mit einer Vielzahl flächig in einer Ebene angeordneten Hohlspiegel; Fig. 13 ein Flugzeug mit mehreren in die Aus- senhaut des Flugzeugs integrierten Photovoltaikbauteilen;
FIG. 14 zeigt eine Seitenansicht eines Gebäu des bzw. Hauses mit Photovoltaikbauteilen;
FIG. 15 zeigt eine Draufsicht des Gebäudes der FIG. 14;
FIG. 16 zeigt eine Seitenansicht eines Hauses mit einem flachen Dach;
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Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
FIG. la zeigt eine Querschnittsansicht eines energieerzeugenden Photovoltaikbauteils 10 in einer x-z- Ebene gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Das energieerzeugende Photovoltaikbauteil 10 weist eine äussere Scheibe 11 und eine Rückplatte 12 auf. Die äussere Scheibe 11 kann gemäss Ausführungsformen aus Glas oder aus Kunststoff bestehen. Die äussere Scheibe 11 hat gemäss Ausführungsformen eine hohe Transmission im ge wünschten Wellenlängenbereich und kann insbesondere als Klarglasscheibe oder als nicht gefärbte Kunststoffscheibe ausgeführt sein. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann die äussere Scheibe 11 aus Glas, wie z.B. Kalk-Natron-Si- licatglas, Borosilicatglas, Alumosilicatglas oder aus Kunststoff, wie z.B. aus Polycarbonat oder PMMA, beste hen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können die äussere Scheibe 11 und die Rückplatte 12 verschiedene Di cken aufweisen, und die äussere Scheibe 11 kann mit oder ohne thermische oder chemische Vorspannung ausgeführt sein. Gemäss Ausführungsformen besteht die Rückplatte 12 aus Kunststoff, insbesondere Kevlar, oder aus Metall, insbesondere Aluminium.
Zwischen der äusseren Scheibe 11 und der Rückplatte 12 ist eine energieerzeugende Schicht 15 vor gesehen. Die energieerzeugende Schicht 15 weist eine Mehrzahl von Konzentrator-Photovoltaikmodulen 20 auf. Die Konzentrator-Photovoltaik-Module 20 weisen einen Hohl spiegel 50 als primäre Optik auf und einen Photovoltaik- Chip 22, der in ein oberflächenmontierbares Gehäuse 30 integriert ist, auf. Das oberflächenmontierbare Gehäuse 30 weist eine transparente Abdeckung 36 (siehe FIG. 7) und einen integrierten Reflektor 23 als tertiäre Optik auf. Der Hohlspiegel 50 ist in vertikaler Richtung, d.h. in der z-Richtung, zwischen dem Photovoltaik-Chip 22 und der Rückplatte 12 angeordnet.
Die transparente Abdeckung 36 und eine unter der transparenten Abdeckung angeordnete Eintrittsöffnung 23a (siehe FIG. 7) des integrierten Reflektors 23 sind der Rückplatte 12 zugewandt. Mit anderen Worten, der Pho tovoltaik-Chip 22 ist nach unten angeordnet bzw. die op tische Öffnung des oberflächenmontierbaren Gehäuses 30 und des Photovoltaik-Chips 22 ist nach unten in Richtung auf die Rückplatte 12 gerichtet. Zwischen der äusseren Scheibe 11 und der energieerzeugenden Schicht 15 ist eine Schutzschicht 18 zum Schutz gegen ultraviolette (UV)Strahlung vorgesehen. Diese Schutzschicht schützt insbesondere die Elemente der energieerzeugenden Schicht, z.B. das oberflächenmontier bare Gehäuse 30 und den Hohlspiegel 50 vor der UV- Strahlung. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen, vorteilhaft, bei denen die Elemente der energieerzeugen den Schicht 15 aus Kunststoff bestehen bzw. Kunststoff aufweisen. Die UV-Schutzschicht 18 schützt den Kunststoff vor Alterung.
Die Schutzschicht 18 kann gemäss einer Aus führungsform als Folie ausgebildet sein. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann eine Beschichtung der äusse- ren Scheibe 11 als UV-Schutzschicht vorgesehen sein.
Im Solarbetrieb ist der Hohlspiegel 50 dazu konfiguriert, durch die äussere Scheibe 11 einfallendes Sonnenlicht in den integrierten Reflektor 23 zu reflek tieren und der Reflektor 23 ist dazu konfiguriert, das von dem Hohlspiegel 50 reflektierte Sonnenlicht auf den Photovoltaik-Chip 22 zu konzentrieren. Der Hohlspiegel 50 kann als Parabolspiegel oder als sphärischer Hohlspiegel ausgeführt sein.
Der entsprechende Strahlenverlauf des einfal- lenden Lichts ist in der FIG. la gestrichelt dargestellt. Hierbei ist zu beachten, dass die Darstellung des Strah lenverlaufs grob schematisch ist, um das Prinzip darzu stellen.
Der integrierte Reflektor 23 konzentriert bzw. sammelt das von dem Hohlspiegel 50 umgelenkte Son nenlicht auf den Photovoltaik-Chip 22.
Die energieerzeugende Schicht 15 umfasst eine Kontaktierungsschicht 14 mit Leiterbahnen. Die Kontaktie rungsschicht 14 kann beispielsweise als Leiterplatte, insbesondere als flexible Leiterplatte und insbesondere als flexible sowie transparente Folie ausgebildet sein. Die Kontaktierungsschicht 14 kann als wärmeableitende Fo lie ausgebildet sein.
Die oberflächenmontierbaren Gehäuse 30 kön nen mittels Löten, insbesondere mittels Reflow-Löten, auf der Kontaktierungsschicht 14 angeordnet werden und elektrisch mit den Photovoltaik Chips 22 verbunden wer den.
Gemäss Ausgestaltungen der Erfindung kann die energieerzeugende Schicht 15 bzw. die Zwischenräume 15z der energieerzeugenden Schicht 15 mit transparentem
Kunststoff aufgefüllt sein. Gemäss anderen Ausgestaltun gen der Erfindung kann die energieerzeugende Schicht 15 bzw. die Zwischenräume 15z der energieerzeugenden Schicht 15 als Vakuum ausgebildet sein.
FIG. lb zeigt eine Querschnittsansicht eines energieerzeugenden Photovoltaikbauteils 10 in einer x-z- Ebene gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfin dung. Das Photovoltaikbauteil 10 entspricht zu grossen Teilen dem Photovoltaikbauteil 10 von FIG. la.
Gemäss der Ausgestaltung von FIG. lb ist die energieerzeugende Schicht 15 mittels einer Verbundschicht 17a mit der äusseren Scheibe 11 verbunden. Die Verbund schicht 17a kann insbesondere als Laminationsfolien aus- gebildet sein und aus Kunststoff bestehen, z.B. aus PVB oder EVA. Derartige Verbundschichten erleichtern die Fer tigung des energieerzeugenden Photovoltaikbauteils.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Er- findung können die Photovoltaikbauteile 10 auch weitere Schichten, insbesondere Folien aufweisen. So können ge mäss Ausgestaltungen der Erfindung hinter bzw. unter der energieerzeugenden Schicht 15 eine wärmeabsorbierende Fo lie oder eine wärmeableitende Folie angeordnet werden.
Gemäss Ausgestaltungen können die Folien transparent oder teiltransparent ausgebildet sein und als Laminationsfolie appliziert werden. FIG. lc zeigt eine vergrösserte Darstellung eines Konzentrator-Photovoltaik-Moduls 20 mit exemplari schen parallel einfallenden Lichtstrahlen des Sonnen- lichts 80, die von dem Hohlspiegel 50 auf die transpa rente Abdeckung 36 und den darunter angeordneten Reflek tor 23 des oberflächenmontierbaren Gehäuses 30 in konzen trierter bzw. fokussierter Weise reflektiert werden. Die oberflächenmontierbaren Gehäuse 30 sind dabei insbeson- dere im Brennpunkt des Hohlspiegels 50 angeordnet.
FIG. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines energieerzeugenden Photovoltaikbauteils 10 in einer x-z- Ebene gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere zeigt die FIG. 2 eine Vielzahl von parallel einfallenden Lichtstrahlen 80, die mittels der Hohlspiegel 50 auf die oberflächenmontierbaren Ge häuse 30 mit den darin integrierten Photovoltaikchips konzentriert werden.
FIG. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Kontaktierungsschicht 14, welche insbesondere als flexible Folie, z.B. als Laminationsfolie ausgebildet sein kann. Die Kontaktierungsschicht 14 weist Leiterbahnen 14a auf, welche eine elektrische Verbindung zu den in die ober flächenmontierbaren Gehäuse 30 integrierten Photovoltaik chips hersteilen.
FIG. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht ei- nes Arrays mit Hohlspiegeln 50 gemäss einer Ausführungs form der Erfindung.
FIG. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Arrays mit Hohlspiegeln 50 und darüber jeweils im Brenn- punkt der Hohlspiegel 50 angeordneten oberflächenmontier baren Gehäuse 30 mit integrierten Photovoltaikchips.
FIG. 6a zeigt eine Draufsicht auf einen Hohl spiegel 50 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Der Hohlspiegel 50 weist eine Oberfläche mit einer Viel zahl von Facetten 51 auf, welche als Einbuchtungen bzw. Vertiefungen 51 ausgestaltetet und grob schematisch ange deutet sind. Der Hohlspiegel 50 ist somit als Facetten- Hohlspiegel ausgeführt.
FIG. 6b zeigt eine weitere Draufsicht auf ei nen Hohlspiegel 50 gemäss einer Ausführungsform der Er findung. Der Hohlspiegel 50 weist ebenfalls eine Oberflä che mit einer Vielzahl von Einbuchtungen 51 auf, welche grob schematisch dargestellt sind.
FIG 6c zeigt eine Seitenansicht bzw. Quer- schnittsansicht eines Hohlspiegels 50 mit Einbuchtungen 51 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Einbuchtungen 51 können gemäss Ausgestal- tungen verschiedene Formen aufweisen. Gemäss Ausgestal tungen der Erfindung können die Einbuchtungen 51 insbe sondere in Form eines Kugelausschnitts, z.B. eines Halb kugelausschnitts oder auch in Form von Rotationsparabolo- iden ausgestaltet sein. Gemäss Ausführungsformen können die Einbuchtungen bzw. Vertiefungen 51 als konkave oder konvexe Verformungen der Oberfläche ausgebildet sein.
Gemäss anderen Ausführungsformen können die Facetten als plane, z.B. quadratische Flächen ausgebildet sein. Die Einbuchtungen 51 sind gemäss Ausführungs formen dazu konfiguriert, das einfallende Sonnenlicht zu bündeln und das Streulicht zu verringern. Damit kann der Wirkungsgrad bzw. die Konzentrationswirkung des Hohlspie gels erhöht werden. Gemäss Ausführungsformen sind die Einbuchtun gen 51 dazu konfiguriert, Licht, welches in unterschied lichen Winkeln auf den Hohlspiegel 50 trifft, jeweils auf die transparente Abdeckung der oberflächenmontierbaren Gehäuse zu lenken. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass bei unterschiedlichen Sonnenständen im Ta gesverlauf jeweils eine genügende Menge an Licht auf die Photovoltaik-Chips gelenkt wird. FIG. 7 zeigt eine Querschnittsansicht des oberflächenmontierbaren Gehäuses 30 in einer x-z-Ebene gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Gemäss dieser Ausführungsform ist der Photovoltaik-Chip 22 symmetrisch in Bezug auf eine vertikale Symmetrieebene 39a des Gehäu ses 30 angeordnet.
Das Gehäuse 30 umfasst einen Basiskörper 31. Der Basiskörper 31 kann insbesondere aus Kunststoff be stehen und beispielsweise mittels eines Spritzgussverfah- rens hergestellt werden. Das Gehäuse 30 bzw. der Basis körper 31 weist eine Aussparung 32 auf. Die Aussparung 32 formt bzw. bildet eine Aufnahmewanne 33 mit einem ver tieften Bodenabschnitt 34 zur Aufnahme des Photovoltaik- Chips 22. Der Photovoltaik-Chip 22 ist gemäss bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung als Multi-Junction Solar zelle ausgebildet, kann aber gemäss anderen Ausführungs formen der Erfindung auch als Single-Junction Solarzelle ausgebildet sein. Unter einem Photovoltaik-Chip wird ge mäss Ausführungsformen der Erfindung insbesondere ein photovoltaischer DIE, d.h. ein ungehäustes Stück eines Halbleiter-Wafers mit einer Multi-Junction oder Single- Junction Solarzelle verstanden.
Das Gehäuse 30 weist wenigstens zwei elekt rische Kontakte zur Kontaktierung des Photovoltaik-Chips 22 auf, welche in der FIG. 7 zur Vereinfachung der Il lustration nicht dargestellt sind. Das Gehäuse 30 weist ferner eine transparente Abdeckung 36 auf, welche das Ge häuse 30 und insbesondere die Aussparung 32 verschliesst, insbesondere wasserdicht und staubdicht verschliesst. Die transparente Abdeckung 36 besteht gemäss
Ausführungsformen aus Glas, insbesondere aus Dünnglas oder ultradünnem Glas. Vorzugsweise ist das Gehäuse 30 mittels der transparenten Abdeckung 36 gegen feste Fremd körper und gegen Flüssigkeiten geschützt. Hierzu kann das Gehäuse 36 insbesondere gemäss der IP Schutzklasse 66 ausgebildet sein. Gemäss Ausführungsformen weist Gehäuse 36 einen Schutzumfang gemäss dem International Protection (IP-Code) gegen feste Fremdkörper von wenigstens 4 und einen Schutzumfang gegen Flüssigkeiten von wenigstens 4 auf. Die transparente Abdeckung 36 kann beispielsweise mittels Ultraschallschweissen an dem Gehäuse 30, insbe- sondere an dem Basiskörper 31, befestigt werden.
Die Aufnahmewanne 33 weist Seitenwände mit reflektierenden Bereichen 35a und 35b auf. Die Aufnahme wanne 33 bildet mittels der reflektierenden Bereiche ei nen Reflektor 23. Der Reflektor 23 stellt eine sekundäre Optik des Konzentrator-Photovoltaikmoduls 20 dar und ist dazu konfiguriert, als Lichtsammler bzw. optischer Homo- genisierer zu funktionieren. Der Reflektor 23 kann gemäss Ausführungsformen als konischer Zylinder oder als koni scher Quader ausgeführt sein. Der Reflektor 23 weist un- ter der transparenten Abdeckung 36 eine Eintrittsöffnung bzw. Eintrittsapertur 23a auf. Ferner weist der Reflektor 23 eine Austrittsöffnung bzw. Austrittsapertur 23b auf, durch welche das Licht auf den Photovoltaik-Chip 22 fällt. Die Eintrittsöffnung 23a und die Austrittsöffnung 23b sind schematisch durch gestrichelte Linien darge stellt.
FIG. 8a zeigt eine Querschnittsansicht eines oberflächenmontierbaren Gehäuses 30 in einer x-z- Ebene gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. FIG. 8b zeigt eine Querschnittsansicht des oberflächenmontier baren Gehäuses 30 in einer y-z-Ebene, die senkrecht zu der x-z-Ebene verläuft. FIG. 8c zeigt eine Draufsicht auf das oberflächenmontierbare Gehäuses in der x-y- Ebene. Das oberflächenmontierbare Gehäuses 30 ist ähnlich zu dem in der FIG. 7 dargestellten Gehäuse 30 aufgebaut und weist dementsprechend einen Basiskörper 31 und eine Aussparung 32 auf, die eine Aufnahmewanne 33 mit einem vertieften Bodenabschnitt 34 zur Aufnahme des Pho- tovoltaik-Chips 22 bildet.
Die Aufnahmewanne 33 weist Seitenwände mit einem ersten reflektierenden Bereich 35a, einem zweiten reflektierendem Bereich 35b, einem dritten reflektieren den Bereich 35c und einem vierten reflektierendem Bereich 35d auf. Der erste reflektierende Bereich 35a ist in ei¬ nem ersten Winkel cpl gegenüber einer horizontalen x-y- Ebene 38 des Gehäuses 30 ausgerichtet ist. Der zweite re¬ flektierende Bereich 35b ist in einem zweiten Winkel cp2 gegenüber der horizontalen x-y-Ebene 38 des Gehäuses 30 ausgerichtet ist. Der dritte reflektierende Bereich 35c ist in einem dritten Winkel cp3 gegenüber der horizontalen x-y-Ebene 38 des Gehäuses 10 ausgerichtet ist. Der vierte reflektierende Bereich 35d ist in einem vierten Winkel cp4 gegenüber der horizontalen x-y-Ebene 38 des Gehäuses ausgerichtet ist. Gemäss der in den Figuren 8a bis 8c dargestellten Ausführungsform ist der erste Winkel cpl un terschiedlich zu dem zweiten Winkel cp2, während der dritte Winkel cp3 und der vierte Winkel cp4 in diesem Bei¬ spiel gleich gross bzw. in etwa gleich gross sind. Gemäss anderen Ausführungsformen können auch der dritte Winkel cp3 und der vierte Winkel cp4 unterschiedlich gross sein.
Wie insbesondere aus den Figuren 8a und 8b ersichtlich, ist der Photovoltaik-Chip 22 in Bezug auf die vertikale Symmetrieebene 39a des Gehäuses 30 asymmet¬ risch angeordnet, während er in Bezug auf die vertikale Symmetrieebene 39b des Gehäuses 30 symmetrisch angeordnet ist.
Wie insbesondere aus den Figuren 8a und 8c ersichtlich ist, liegen sich der erste reflektierende Be¬ reich 35a und der zweite reflektierende Bereich 35b in Bezug auf den Photovoltaik-Chip 22 gegenüber, insbeson dere in Bezug auf eine in der FIG. 8c gezeigte erste ver¬ tikale Symmetrieebene 22c des Photovoltaik-Chips 22.
Gemäss dem gezeigten Beispiel beträgt der erste Winkel cpl ungefähr 65° und der zweite Winkel cp2 un¬ gefähr 35°.
Gemäss Ausführungsformen der Erfindung liegen die Winkel cpl, cp2, cp3 und cp4 in einem Bereich zwischen 0° und 110°. Gemäss bevorzugten Ausgestaltungen der Er findung liegt der erste Winkel cp1 in einem Bereich zwi schen 45° und 110°, insbesondere in einem Bereich zwi schen 60° und 90° und ist somit relativ steil, während der zweite Winkel cp2 in einem Bereich zwischen 0° und 45°, insbesondere in einem Bereich zwischen 10° und 35°, liegt, und somit relativ flach ist.
Eine derartige Ausgestaltung ist z.B. für Photovoltaik-Module vorteilhaft, welche für einen senk- rechten Einbau bestimmt sind. Damit wird es ermöglicht, die Leistungsausbeute des Photovoltaik-Moduls bei verti kalem Einbau deutlich zu verbessen, indem insbesondere die „untere" reflektierende Fläche stärker in Bezug auf die horizontale Ebene des Gehäuses geneigt ist als die „obere" reflektierende Fläche.
Gemäss Ausführungsformen sind der erste re flektierende Bereich 35a, der zweite reflektierende Be reich 35b, der dritte reflektierende Bereich 35c und der vierte reflektierende Bereich 35d als Beschichtung auf dem Basiskörper 31 der Aufnahmewanne 33 aufgebracht.
Gemäss anderen Ausführungsformen sind der erste reflektierende Bereich 35a, der zweite reflektie rende Bereich 35b, der dritte reflektierende Bereich 35c und der vierte reflektierende Bereich 35d als reflektie- rende Folie ausgebildet, welche z.B. mittels Kleben oder anderen Verfahren auf den Basiskörper 31 der Aufnahme wanne 33 aufgebracht werden kann.
Gemäss den in den Figuren 8a bis 8c gezeigten Ausführungsformen sind die reflektierenden Bereiche 35a, 35b, 35c und 35d jeweils als plane Flächen ausgebildet, insbesondere als trapezförmige Flächen.
Gemäss anderen nicht dargestellten Ausfüh rungsformen können die reflektierenden Bereiche 35a, 35b, 35c und 35d jedoch auch andere Formen aufweisen, insbe- sondere konkave Formen und konvexe Formen. Ein derart ausgestaltetes Modul ermöglicht es, die Winkel cpl, cp2, cp3 und cp4 der reflektierenden Be reiche 35a 35b, 35c und 35d jeweils individuell und un¬ terschiedlich zu wählen und an die jeweilige Ausrichtung der Module an die zum Einbau vorgesehenen Flächen und die damit korrespondierende Sonnenexposition der Module im Hinblick auf die Elevation und/oder den Azimut zu berück sichtigen .
FIG. 9 zeigt eine Querschnittsansicht eines eines oberflächenmontierbaren Gehäuses 30 in einer x-z- Ebene gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. In der FIG. 9 sind die elektrischen Anschlüsse des Moduls näher dargestellt. Insbesondere weist das oberflächenmontierba- ren Gehäuses 30 einen ersten elektrischen Kontakt 22a und einen zweiten elektrischen Kontakt 22b auf. Die elektri schen Kontakte 22a, 22b sind auf gegenüberliegenden Sei¬ ten des Gehäuses 30 angeordnet und als sogenannte Leads ausgebildet, welche in dem Basiskörper 31 aus Kunststoff eingebettet sind. Der Photovoltaik-Chip 22 ist mittels Wire-Bonding mit den Leads der elektrischen Kontakte 22a und 22b elektrisch verbunden. Somit ist das Modul 20 als oberflächenmontierbares Modul in SMD-Technik (Surface Mount Technology) ausgebildet. Das Modul 20 weist zudem eine in das Gehäuse 30 integrierte Bypass-Diode 45 auf, welche insbesondere als Schottky-Diode ausgeführt sein kann. Die Bypass-Diode ist parallel zu dem Photovoltaik- Chip 22 geschaltet und dementsprechend einerseits mit dem elektrischen Kontakt 22a und andererseits mit dem elektrischen Kontakt 22b verbunden, ebenfalls gemäss Aus¬ führungsformen mittels Wire-Bonding. Der Photovoltaik- Chip 22 kann beispielsweise mit Leiterbahnen der Kontak tierungsschicht 14 mittels Löten elektrisch kontaktiert werden. Die Figuren 10a bis 10c zeigen verschiedene
Einbausituationen von Photovoltaikbauteilen 10 und den darin integrierten oberflächenmontierbaren Gehäusen. Die Winkel cp1 und cp2 beziehen sich auf die Winkel der Refle xionsflächen 35a, 35b der in die Gehäuse 30 integrierten Reflektoren 23.
In den Figuren 10a bis 10c ist der Sonnen- stand 80 in exemplarischer Weise dargestellt, z.B. zu der Mittagszeit .
Zudem sind in den Figuren 10a bis 10c der Verlauf der Reflexionsflächen 35a, 35b der Reflektoren 23 in exemplarischer schematischer Weise mittels einfacher Linien dargestellt. Zudem ist exemplarisch der Hohlspie gel 50 gezeigt, welcher das einfallende Sonnenlicht 80 in den Reflektor 23 reflektiert bzw. konzentriert.
Fig. 10a zeigt ein Photovoltaikbauteil 10, das für einen vorwiegend horizontalen Einbau in ein Ge bäude oder ein Vorrichtung vorgesehen ist, z.B. als hori zontales Dach-Photovoltaikbauteil. Fig. 10b zeigt eine Photovoltaikbauteil 10, welches für schräge Einbaulagen, beispielsweise zwischen 20° und 80°, vorgesehen ist, z.B. für Schrägdächer.
Fig. 10c zeigt ein Photovoltaikbauteil 10, das für einen vorwiegend vertikalen Einbau in ein Gebäude oder eine Vorrichtung vorgesehen ist.
Der erste Winkel cp1 und der zweite Winkel cp2 können gemäss Ausgestaltungen der Erfindung jeweils indi viduell an die jeweilige Einbausituation angepasst wer den, um den Lichteinfang des Reflektors 23 für die jewei lige Einbausituation zu optimieren. Während bei einem ho rizontalen Einbau der erste Winkel cp1 und der zweite Win kel cp2 vorzugsweise gleich gross gewählt werden, sind bei einer schrägen und einer vertikalen Einbausituation der erste Winkel cp1 und der zweite Winkel cp2 vorzugsweise un terschiedlich gewählt, um den Lichteinfang in Bezug auf die Elevation der Sonnenstrahlung zu erhöhen.
FIG. 11 zeigt eine Draufsicht auf ein Photo- voltaik-Chip Array 1100. Das Photovoltaik-Chip Array 1100 weist eine Vielzahl von SMD-Gehäusen 30 mit integrierten Photovoltaik-Chips und Reflektoren auf, welche auf einer als Folie ausgebildeten Leiterplatte bzw. Kontaktschicht 14 als oberflächenmontierte Bauteile aufgelötet sind.
FIG. 12 zeigt ein Array 1200 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Vielzahl flächig in einer Ebene angeordneten Hohlspiegeln 50. Die Hohl spiegel 50 sind exemplarisch durch Kreise dargestellt.
Das Array 1200 kann vorgefertigt werden, wobei die ein zelnen Hohlspiegel direkt miteinander verbunden sein kön nen. Das so vorgefertigte Array 1200 kann gemäss einer Ausführungsform an der Rückplatte 12 befestigt werden, z.B. durch Kleben, Schweissen oder mittels einer anderen Befestigungstechnik .
Fig. 13 zeigt ein Flugzeug 1300 mit mehreren in die Aussenhaut des Flugzeugs 1300 integrierten Photo- voltaikbauteilen 10.
FIG. 14 zeigt eine Seitenansicht eines Gebäu des bzw. Hauses 1400. Das Gebäude 1400 weist auf einem schrägen Dach 1401 ein Photovoltaikbauteil 1410 und auf einer senkrechten Seitenwand 1402 ein Photovoltaikbauteil 1411 auf, welche wie die oben beschriebenen Photovoltaik- bauteile 10 ausgestaltet sein können.
FIG. 15 zeigt eine Draufsicht des Gebäudes 1400. Hier ist zu erkennen, dass das Gebäude 1400 zusätz lich zu dem Photovoltaikbauteil 1410 und dem Photovolta- ikbauteil 1411 ein weiteres Photovoltaikbauteil 1412 auf der Rückwand 1403 aufweist.
In den Figuren 14 und 15 ist der Sonnenstand 80 in exemplarischer Weise dargestellt, z.B. zu der Mit tagszeit . Zudem sind in der Figur 14 der erste Winkel cp1 und der zweite Winkel cp2 der Reflektoren 23 der ein zelnen Photovoltaikbauteile 1410 und 1411 in exemplari scher Weise mittels gestrichelter Linien dargestellt. Darüber hinaus sind in der Figur 15 der dritte Winkel cp3 und der vierte Winkel cp4 der Reflektoren 23 der einzelnen Photovoltaikbauteile 1410 und 1412 in exemplarischer Weise mittels gestrichelter Linien darge stellt. Die Winkel cpl, cp2, cp3 und cp4 beziehen sich dabei wieder auf die Winkel der Reflexionsflächen der in die Gehäuse 30 integrierten Reflektoren 23 der Konzentra- tor-Photovoltaikmodule der einzelnen Photovoltaikbau¬ teile.
In dem Beispiel der Figuren 14 und 15 weisen die einzelnen Photovoltaikbauteile 1410, 1411 und 1412 jeweils unterschiedliche Kombinationen der einzelnen Win kel cpl, cp2, cp3 und cp4 auf. Dadurch ist es möglich, die jeweilige Einbausituation der Systeme 1410, 1411 und 1412 zu berücksichtigen und die Winkel cpl, cp2, cp3 und cp4 opti¬ mal an den Sonnenstand bzw. Sonnenverlauf anzupassen, um eine maximale Konzentrationswirkung bzw. Verstärkung des integrierten Reflektors 23 zu erzielen. Der erste Winkel cpl und der zweite Winkel cp2 sind gemäss Ausführungsformen der Erfindung insbesondere so gewählt, dass sie die jeweilige Einbausituation opti¬ mal in Bezug auf die Elevation der Sonne berücksichtigen. Der dritte Winkel cp3 und der vierte Winkel cp4 sind gemäss Ausführungsformen der Erfindung insbesondere so gewählt, dass sie die jeweilige Einbausituation opti¬ mal in Bezug auf den Azimut der Sonne berücksichtigen. So ist in der FIG. 15 auch die Ausrichtung des Hauses in Be- zug auf die Himmelsrichtungen dargestellt. Die Hauswand 1402 weist beispielhaft eine Südost-Exposition auf und die Rückwand 1403 eine Südwest-Exposition. Durch geeig nete und individuelle Wahl der Winkel cp3 und cp4 für die Seitenwand 1402 und die Rückwand 1403 kann der Wirkungs grad des Photovoltaikbauteils verbessert werden.
FIG. 16 zeigt eine Seitenansicht eines Hauses
1600 mit einem flachen Dach 1601. Auf dem flachen Dach
1601 ist ein Photovoltaikbauteil 1610 und auf einer senk rechten Seitenwand 1602 ein Photovoltaikbauteil 1611 an- gebracht.
Der erste Winkel cp1 und der zweite Winkel cp2 des Photovoltaikbauteils 1610 sind anders gewählt als der erste Winkel cp1 und der zweite Winkel cp2 des Photovolta ikbauteils 1410 des in der FIG. 14 dargestellten Schräg- dachs, um die Reflektorwirkung der Photovoltaikbauteile zu verbessern.
Somit können gemäss Ausführungsformen der Er findung die Photovoltaikbauteile 10 als energieerzeugende Glas- oder Kunststoffbauteile für Dachsysteme, Flachdä- eher, Industriedächer, Hausdächer, Fassaden und Fassa denkonstruktionen eingesetzt werden.
Fig. 17 zeigt ein Schiff 1700 mit mehreren auf der Oberfläche des Schiffes angeordneten Photovolta- ikbauteilen (10). Fig. 18 zeigt ein Automobil 1800 gemäss einer
Ausführungsform der Erfindung. Das Automobil 1800 weist eine oder mehrere Photovoltaikbauteile 10 auf, z.B. als Dachfläche. Das Automobil kann insbesondere als Elektro fahrzeug oder als Hybridfahrzeug oder als Brennstoffzel- lenfahrzeug ausgestaltet sein und weist dementsprechend mindestens einen elektrischen Antrieb, z.B. Elektromotor 1801 und mindestens eine Batterie 1802 auf. Die Photovol taikbauteile 10 sind beispielsweise zum Laden der Batte rie 1802 konfiguriert. Gemäss einer weiteren Ausgestal- tung der Erfindung kann das Fahrzeug 1800 auch ohne elektrischen Antrieb ausgestaltet sein und z.B. nur einen Verbrennermotor oder einen anderen Antrieb aufweisen. In einem solchen Fall können die Photovoltaikbauteile 10 dazu verwendet werden, die Solarenergie ins Bordnetz ein zuspeisen und somit die elektrischen Verbraucher zu ver sorgen oder eine Niedervolt-Batterie zum Betrieb der Fahrzeugelektrik aufzuladen.
Gemäss weiteren Ausgestaltungen der Erfin dung können die Photovoltaikbauteile 10 auch in Baufahr zeuge, Agrarfahrzeuge, Züge oder Container integriert o- der angebaut sein. Während in der vorliegenden Anmeldung bevor zugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

WO 2021/151522 PCT/EP2020/070227
Patentansprüche 1. Photovoltaikbauteil (10), aufweisend, eine äussere Scheibe (11); und eine Rückplatte (12); dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äusseren Scheibe (11) und der Rückplatte (12) eine energieerzeugende Schicht (15) mit einer Mehrzahl von Konzentrator-Photovoltaikmodulen (20) angeordnet ist, wobei die Konzentrator-Photovoltaik-Mo- dule (20) aufweisen einen Hohlspiegel (50) als primäre Optik; und einen Photovoltaik-Chip (22), der in ein oberflächenmontierbares Gehäuse (30) integriert ist, wo bei das oberflächenmontierbare Gehäuse (30) eine transpa rente Abdeckung (36) und einen integrierten Reflektor (23) als sekundäre Optik aufweist; wobei der Hohlspiegel (50) zwischen dem Photovol taik-Chip (22) und der Rückplatte (12) angeordnet ist; und die transparente Abdeckung (36) und eine Ein trittsöffnung (23a) des integrierten Reflektors (23) der Rückplatte (12) zugewandt sind.
2. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 1, wobei der Hohlspiegel (50) dazu konfiguriert ist, durch die äussere Scheibe (11) einfallendes Sonnenlicht in den integrierten Reflektor (23) zu reflektieren; und der Reflektor (23) dazu konfiguriert ist, das von dem Hohlspiegel (50) reflektierte Sonnenlicht auf den Photovoltaik-Chip (22) zu konzentrieren.
3. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hohlspiegel (50) als Parabolspiegel oder als sphärischer Hohlspiegel ausgeführt ist.
4. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei der Hohlspiegel (50) einen Grundkörper aufweist, auf dem mittels Bedampfung eine spiegelnde Schicht aufgebracht ist.
5. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper aus einem Me tall, insbesondere Aluminium, oder aus einem Kunststoff, insbesondere Kevlar, besteht.
6. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei die Rückplatte (12) aus Kunst stoff, insbesondere Kevlar, oder aus Metall, insbesondere Aluminium, besteht.
7. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Scheibe (11) aus Glas oder aus Kunststoff be steht.
8. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Scheibe (11) einen Transmissionsgrad von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% aufweist.
9. Photovoltaikbauteil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei der Hohlspiegel (50) eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Facetten (51) aufweist.
10. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei die Facetten als Einbuch tungen (51) bzw. Vertiefungen (51) ausgebildet sind.
11. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei das Photovoltaikbauteil (10) eine Kontaktierungsschicht (14) mit Leiterbahnen zur Kontaktierung der Konzentrator-Photovoltaikmodule (20) aufweist.
12. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 11, wo bei die Kontaktierungsschicht (14) als Folie, insbeson dere als Laminierfolie, ausgestaltet ist.
13. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 11 oder
12, wobei die Kontaktierungsschicht (14) einen Transmis sionsgrad von mehr als 75% aufweist.
14. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 12 oder
13, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie als wärmeab- leitende Folie ausgebildet ist.
15. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei die Konzentrator-Photovol- taikmodule (20) in ein transparentes Kunststoffmaterial integriert sind.
16. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei die energieerzeugende Schicht (15) mittels einer Verbundschicht (17a) aus Kunststoff mit der äusseren Scheibe (11) verbunden ist.
17. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 16, wo bei die Verbundschicht (17a) eine Kunststofffolie, insbe sondere aus PVB oder EVA ist.
18. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei das Photovoltaikbauteil (10) eine Schutzschicht (18) zum Schutz gegen ultravio lette (UV)Strahlung aufweist.
19. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (18) als Folie oder als Beschichtung der äusseren Scheibe (11) ausgebildet ist.
20. Photovoltaikbauteil nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) eine eine Aufnahmewanne (33) bildende Aus¬ sparung (32) mit einem vertieften Bodenabschnitt (34) zur Aufnahme des Photovoltaik-Chips (22) aufweist, wobei die Aufnahmewanne (33) Seitenwände mit re- flektierenden Bereichen (35a, 35b) aufweist, die den Re flektor (23) bilden.
21. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmewanne (33) Seitenwände mit we¬ nigstens einem ersten und einem zweiten reflektierenden Bereich (35a, 35b) aufweist, wobei der erste reflektie¬ rende Bereich (35a) in einem ersten Winkel (cp1) gegenüber einer horizontalen Ebene (38) des Gehäuses (30) ausge richtet ist und der zweite reflektierende Bereich (35b) in einem zweiten Winkel (cp2) gegenüber der horizontalen Ebene (38) des Gehäuses (30) ausgerichtet ist; und der erste Winkel (cp1) unterschiedlich zu dem zweiten Winkel (cp2) ist.
22. Photovoltaikbauteil nach Anspruch 21, wo¬ bei die Aufnahmewanne (33) Seitenwände mit einem dritten und einem vierten reflektierenden Bereich (35c, 35d)auf weist, wobei der dritte reflektierende Bereich (35c) in einem dritten Winkel (cp3) gegenüber der horizontalen Ebene des Gehäuses (30) ausgerichtet ist und der vierte reflektierende Bereich (35d) in einem vierten Winkel (cp4) gegenüber der horizontalen Ebene des Gehäuses (30) ausge richtet ist, wobei insbesondere der dritte Winkel unter¬ schiedlich zu dem vierten Winkel ist.
23. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) eine integrierte Bypass-Diode (45), insbe sondere eine Schottky-Diode, aufweist.
24. Photovoltaikbauteil nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Photovoltaik-Chip (22) eine Mehrfachsolarzelle, insbeson dere eine Mehrfachsolarzelle aus einem III-V Halbleiter material ist.
25. Photovoltaikbauteil nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikbauteil (10) als energieerzeugendes Bauteil für Dachsysteme, Flachdächer, Industriedächer, Hausdä- eher, Fassaden, Fassadenkonstruktionen für Gebäude ausge staltet ist.
26. Gebäude mit einem oder mehreren Photovol- taikbauteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che.
27. Vorrichtung mit einem oder mehreren Pho- tovoltaikbauteilen (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei die Vorrichtung insbesondere ein Fahrzeug oder ein Container ist.
28. Verwendung eines Photovoltaikbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Einbau oder Anbau in bzw. an ein Gebäude, ein Fahrzeug, einen Container so- wie andere Vorrichtungen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021005904A1 (de) 2021-12-03 2023-06-07 Rainer Dubrikow Solarmodul bzw. Solarpaneel mit größtmöglicher Oberfläche

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112006001229T5 (de) * 2005-05-16 2009-02-26 Natko Urli Stationäres Photovoltaikmodul mit niedrigem Solarstrahlungs-Konzentrationsverhältnis
US20110263066A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Guardian Industries Corp. Patterned glass cylindrical lens arrays for concentrated photovoltaic systems, and/or methods of making the same
EP2482333A1 (de) * 2011-01-31 2012-08-01 AZURSPACE Solar Power GmbH Solarzellenempfänger
US20140261631A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Morgan Solar Inc. Sunlight concentrating and harvesting device
US20150256124A1 (en) * 2014-02-21 2015-09-10 The Boeing Company Method and Apparatus for Calibrating a Micro-Concentrator Solar Array
WO2018138548A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 Morgan Solar Inc. Solar concentrator apparatus and solar collector array

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112006001229T5 (de) * 2005-05-16 2009-02-26 Natko Urli Stationäres Photovoltaikmodul mit niedrigem Solarstrahlungs-Konzentrationsverhältnis
US20110263066A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Guardian Industries Corp. Patterned glass cylindrical lens arrays for concentrated photovoltaic systems, and/or methods of making the same
EP2482333A1 (de) * 2011-01-31 2012-08-01 AZURSPACE Solar Power GmbH Solarzellenempfänger
US20140261631A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Morgan Solar Inc. Sunlight concentrating and harvesting device
US20150256124A1 (en) * 2014-02-21 2015-09-10 The Boeing Company Method and Apparatus for Calibrating a Micro-Concentrator Solar Array
WO2018138548A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 Morgan Solar Inc. Solar concentrator apparatus and solar collector array

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021005904A1 (de) 2021-12-03 2023-06-07 Rainer Dubrikow Solarmodul bzw. Solarpaneel mit größtmöglicher Oberfläche

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