WO2023110381A1 - Photovoltaikmodul und verfahren zur herstellung eines photovoltaikmoduls - Google Patents

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WO2023110381A1
WO2023110381A1 PCT/EP2022/083537 EP2022083537W WO2023110381A1 WO 2023110381 A1 WO2023110381 A1 WO 2023110381A1 EP 2022083537 W EP2022083537 W EP 2022083537W WO 2023110381 A1 WO2023110381 A1 WO 2023110381A1
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closure element
tube
photovoltaic module
solar cell
closure
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PCT/EP2022/083537
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Johann Mayer
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Tubesolar Ag
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic module according to the preamble of claim 1 and a method for producing a photovoltaic module according to the preamble of claim 9.
  • Such photovoltaic modules are known, for example, from DE 10 2014 225 631 A1 and WO 2009/038794 A1. There are usually several such photovoltaic modules, which form large solar modules arranged parallel to one another.
  • Photovoltaic modules of this type can be used in many different ways, but in particular for generating energy on agricultural land, because agriculture can still be operated below the photovoltaic modules.
  • a solar cell arrangement is located in a tube that is usually made of glass or plastic.
  • Plastic caps are placed on these tubes and usually also glued, which seals the inside of the tube. Energy is also drawn from the solar cell arrangement at the same time through these plastic caps.
  • the object of the present invention to propose a photovoltaic module in which long-term sealing of the interior of the tube is ensured.
  • the seal should be easy and inexpensive to produce and the efficiency in relation to the effective area for energy conversion should not be impaired or only slightly impaired.
  • the photovoltaic module should preferably require very little maintenance and have a long service life.
  • the photovoltaic module according to the invention comprises:
  • an at least partially translucent tube enclosing an interior space with a longitudinal axis and an inner surface facing the interior space
  • photovoltaic component with a solar cell arrangement, wherein the photovoltaic component is arranged in the interior and the solar cell arrangement at least partially covers the inner surface
  • a closure element which closes the pipe along the longitudinal axis in a form-fitting and/or material-locking manner, and is characterized in that the closure element consists of a material whose coefficient of thermal expansion differs from that of the pipe by only a maximum of 10%. The difference is preferably only a maximum of 5%.
  • the tube comprises glass and/or the closure element comprises glass, with both the tube and the closure element preferably being made of glass (e.g. of soda lime or soda lime).
  • glass e.g. of soda lime or soda lime.
  • the closure element is soldered, welded, glued, fused or vulcanized to the pipe, whereby in the event that the closure between the closure element and the pipe is formed by a material
  • the additional material consists of a substance whose coefficient of thermal expansion differs from that of the tube and the closure element only by a maximum of 10%. The difference is preferably only a maximum of 5%. This results in a particularly good and long-term stable sealing of the interior.
  • welding or fusion is carried out at temperatures in the range from 750° C. to 1100° C., preferably in the range from 900° C. to 1050° C., in particular at 1000° C. This creates a particularly secure connection.
  • the photovoltaic module can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the closure element has an axially curved shape (e.g. convex or concave) in a section along the longitudinal axis, at least in regions, with the curved shape preferably being continuous in the circumferential direction, with the curved shape in particular being fold is formed.
  • the closure element z. B. conical shape, cylindrical shape, dome shape or spherical shape.
  • the photovoltaic module is filled with a protective gas, the protective gas preferably comprising at least one of the substances from the group: dried air, nitrogen, noble gas, preferably argon or helium, hydrogen, SFs and gas mixtures of these gases. This provides even greater security against ingress of moisture or oxygen.
  • the solar cell arrangement is at a distance of at least 1 mm, preferably at least 3 mm, preferably at least 4 mm and in particular at least 5 mm from the closure element in relation to the longitudinal axis mm. This prevents damage to the solar cell arrangement during the production of the positive or material connection between the tube and the closure element.
  • the solar cell arrangement is at a distance of at most 100 mm, preferably at most 40 mm, preferably at most 30 mm and in particular at most 20 mm from the closure element in relation to the longitudinal axis.
  • the usable area of the photovoltaic module can be prevented from being thermally damaged by the form-fitting connection (e.g. glass fusion) between the glass tube and the glass closure element.
  • the contact element there is at least one contact element that is guided through the closure element or between the closure element and the tube, the contact element being materially connected to the closure element and/or the tube, the contact element preferably consisting of a material whose The coefficient of thermal expansion differs from that of the closure element and/or that of the pipe by no more than 10%. The difference is preferably only a maximum of 5%. As a result, no leaks can occur in the contact bushing either.
  • the additional material consists of a substance whose coefficient of thermal expansion differs from that of the tube and / or the closure element only differs by a maximum of 10%.
  • the difference is preferably only a maximum of 5%.
  • the contact element comprises nickel.
  • Nickel or nickel alloys have a coefficient of thermal expansion that is very well matched to that of glass.
  • a contact element in which a central contact area for melting into the closure element or for Melting down between the pipe and the closure element with a coefficient of thermal expansion adapted to the material of the closure element and/or the pipe and there are contact areas with other materials on both sides of this central contact area.
  • the contact area leading to the outside can be made of copper-plated steel to ensure good welding properties
  • the contact area leading to the solar cell assembly can comprise a metal or metal alloy that has good contact compatibility with the solar cell assembly to prevent electrocorrosion.
  • the melting is carried out at temperatures in the range from 750° C. to 1100° C., preferably in the range from 900° C. to 1050° C., in particular at 1000° C. This creates a particularly secure connection.
  • the contact element is designed as a wire and has a thickness in the range of 0.1 mm to 3 mm, preferably in the range of 0.1 mm to 2 mm, in particular in the range of 0.2 mm to 1 mm.
  • the contact element can also be designed with any geometric shape, for example as a sheet metal with a cross-sectional area of 0.1 mm 2 to 3 mm 2 .
  • the inner surface is curved at least in regions, preferably having the shape of a circular arc at least in regions in a cross section to the longitudinal axis.
  • the tube is curved at least in regions, preferably having the shape of a circular arc at least in regions in a cross section to the longitudinal axis.
  • the photovoltaic module is designed to be mechanically flexible with a carrier film on which the solar cell arrangement is arranged. As a result, the photovoltaic module can be produced particularly easily, as is described, for example, in DE 10 2014 225 631 A1.
  • the solar cell arrangement follows the course of the inner surface at least in certain areas. This makes the photovoltaic module particularly efficient.
  • an at least partially translucent tube enclosing an interior space with a longitudinal axis and an inner surface facing the interior space
  • photovoltaic component with a solar cell arrangement, wherein the photovoltaic component is arranged in the interior and the solar cell arrangement at least partially covers the inner surface
  • a closure element which materially closes the tube along the longitudinal axis
  • the method being characterized in that a closure element is used which consists of a material whose coefficient of thermal expansion differs from that of the tube by a maximum of 10%. The difference is preferably only a maximum of 5%.
  • the photovoltaic module according to the invention is produced.
  • the photovoltaic component can be of any design or manufacture.
  • it may be one based on CIGS (containing copper, indium, gallium and selenium) or perovskite.
  • CIGS containing copper, indium, gallium and selenium
  • perovskite containing copper, indium, gallium and selenium
  • tandem cell made from CIGIS and perovskite, or from perovskite and thin Si layers and amorphous or p-crystal 11 i NEN Si layers.
  • a closure element which has an opening, preferably in the form of a small tube, through which the Tube is filled with the inert gas, the tube being closed after the material connection has been produced, preferably being materially closed, the closure of the tube preferably being produced by melting the tube together.
  • the tube can have an inner diameter in the range of 1 mm to 5 mm, preferably in the range of 2 mm to 4 mm.
  • FIG. 1 shows a solar module with photovoltaic modules according to the invention
  • FIG. 2 shows the photovoltaic module according to the invention according to a first preferred embodiment in a detailed side view before the closure
  • FIG. 3 shows the photovoltaic module according to the invention according to FIG. 2 in a detailed side view after closure
  • FIG. 4 shows the photovoltaic module according to the invention according to FIG. 2 in a side plan view after closure
  • FIG. 6 shows the photovoltaic module according to the invention according to a second preferred embodiment in a detailed side view before the closure
  • FIG. 7 shows the photovoltaic module according to the invention according to a third preferred embodiment in a detailed side view in front of the closure and
  • FIG. 8 shows the closure element according to the invention according to a fourth preferred embodiment in a sectional view.
  • FIG. 1 shows the solar module 10 according to the invention, which consists of a plurality of photovoltaic modules 12 according to the invention which are arranged in parallel on a surface and each have a border 14 on both sides.
  • the photovoltaic module 12 according to the invention is shown in various detailed views according to a first preferred embodiment.
  • the photovoltaic module 12 has a tube 16 made of glass or plastic with an interior 18 , a solar cell arrangement 20 being arranged in the interior 18 .
  • the glass tube 16 has a hollow-cylindrical shape with a circular cross section in the longitudinal direction L.
  • the solar cell arrangement 20 follows the contour of the inner surface of the glass tube 16 facing the interior space 18, i.e. it is in close contact with the glass tube 16 and at least partially covers this inner surface.
  • a melting film (not shown), e.g. polyolefins, EVA, PVB, silicone, connects the two surfaces using a thermal process (typically at 140°C).
  • the tube 16 is made of glass, it is translucent so that the solar cell assembly 20 can convert incident light into electricity.
  • the solar cell arrangement 20 is, for example, one that is based on CIGS (containing copper, indium, gallium and selenium) or perovskite. However, it can also be a so-called tandem cell made from CIGIS and perovskite, or from perovskite and thin Si layers, as well as amorphous or p-crystal 11 i NEN Si layers.
  • closure element 22 which closes the pipe 16 along the longitudinal axis L in a form-fitting and/or cohesive manner.
  • This closure element 22 is also made of glass, with additional contact wires 24a, 24b for making electrical contact with the solar cell arrangement 20.
  • the contact wires consist of a metal alloy containing nickel, for example NiFe47Cr6, which has a very similar coefficient of thermal expansion as the glass of the tube 16 and the closure element 22 .
  • the coefficients of thermal expansion of tube 16 and closure element 22 do not differ, and those of closure element 22 and contact wires 24a, 24b only differ by less than approximately 10%.
  • the contact elements are in the form of contact wires
  • the contact element has a central contact area for melting into the closure element or for melting between the pipe and the closure element with a coefficient of thermal expansion adapted to the material of the closure element and/or the pipe, and contact areas with other materials extend on both sides of this central contact area (not shown).
  • the closure member 22 is in the form of a plug having a central portion 26 whose outer diameter is sized to be snugly inserted into the tube 16 .
  • the closure element 22 has a chamfer 28 for easier insertion of the closure element 22 into the tube 16.
  • a collar 30 which has such a height h compared to the middle part 26 that the closure element 22 with the outer surface 32 of the tube 16 terminates radially.
  • the closure element 22 is solid over its body, except for a tube 34 made of glass, which forms a central opening 36 in the closure element 22 .
  • the method for producing the photovoltaic element 12 is now as follows:
  • the closure element 22 is placed centrally on the lateral opening 40 of the tube 16 by means of the chamfers 28 until the collar 30 lies snugly against the tube 16 .
  • a gas flame or a plasma torch not shown
  • the solar cell arrangement 20 is at a distance A from the seam 42 in the range of approximately 5 mm to approximately 20 mm, thermal damage to the solar cell arrangement 20 as a result of the melting process is reliably avoided since the heat transport through glass is relatively low. In this way, the solar cell array 20 z. B. not heated above 150 °C (depending on the semiconductor type, e.g. CIGS or perovskite, or tandem cells made of both semiconductors, or of perovskite and thin Si layers such as amorphous or p-crystalline Si layers), which is not critical.
  • the semiconductor type e.g. CIGS or perovskite, or tandem cells made of both semiconductors, or of perovskite and thin Si layers such as amorphous or p-crystalline Si layers
  • the contact wires 24a, 24b melted into the glass of the closure element 22 also have very similar coefficients of thermal expansion, so that no gaps or cracks can occur at this point either.
  • the photovoltaic module 12 is therefore absolutely fluid-tight.
  • the interior 18 can be filled with an inert gas.
  • the protective gas e.g. nitrogen or an inert gas such as helium
  • the tube 34 is filled with the protective gas (e.g. nitrogen or an inert gas such as helium) through the tube 34 in such a way that there is a pressure difference to the ambient pressure of e.g. -300 mbar to +300 mbar adjusts
  • the glass tube 34 which has a typical inside diameter of 2 mm to 4 mm, is then thermally melted and fused 44 with a gas flame, a plasma torch or a laser beam (not shown) in order to seal it in a fluid-tight manner.
  • the tube 16 with the solar cell arrangement 20 located therein is hermetically sealed by the closure element 22 which is attached in a form-fitting and material-locking manner, as a result of which harmful environmental influences cannot penetrate into the pipe 16 and the solar cell arrangement cannot be permanently damaged.
  • FIGS. 2 to 4 Even if only one side of the photovoltaic module 12 is shown in FIGS. 2 to 4, there is also a corresponding closure element (not shown) on the other side, which was also melted onto the tube 16 .
  • This other closure element can be designed either with or without a tube or contact wires. For example, this additional tube could make it faster to fill with protective gas.
  • a contact wire (not shown) combined to this effect could also be used, in which there is a central wire area for melting into the closure element with a thermal expansion coefficient adapted to glass and other wire areas are located on both sides of this central wire area, with, for example, the the wire area leading to the outside can be a copper-plated steel wire in order to ensure good welding properties, and the wire area leading to the solar cell arrangement has a metal or metal alloy which has good contact compatibility with the solar cell arrangement in order to prevent electrocorrosion.
  • FIG. 6 the photovoltaic module 100 according to the invention is shown according to a second preferred embodiment before the closure.
  • the closure element 102 of the tube 104 is not in the form of a plug, but is in the form of a pure cover.
  • the photovoltaic module 100 can thus be designed more easily. In addition, less material has to be melted when the closure element 102 and tube 104 are fused, so that the photovoltaic module 100 can be produced with less energy expenditure.
  • FIG. 7 shows the photovoltaic module 150 according to a third preferred embodiment before the closure.
  • the closure element 152 of the tube 154 has only one contact wire 156 here.
  • the other contact wire is routed through the other closure member at the opposite end of tube 154 (neither shown).
  • more than two, for example 3, 4, 5 or more contact wires can also be guided through a closure element.
  • a further closure element 200 according to a fourth preferred embodiment of the photovoltaic module according to the invention is shown in section in FIG. 8 .
  • the closure element 200 here has an axially curved shape in a section along the longitudinal axis L, at least in regions, the curved shape being continuous in the circumferential direction. More precisely, there is a fold 202 here, which points inwards towards the tube of the photovoltaic module (both not shown). As a result, the closure element 200 and thus also the closure between the tube and the closure element 200 and the entire photovoltaic module are designed to be particularly stable.
  • the present invention provides a photovoltaic module 12, 100, 150, 200 in which a long-term, stable sealing of the interior 18 of the pipe 16 is ensured.
  • the photovoltaic module 12, 100, 150, 200 can be produced easily and inexpensively and the efficiency of the photovoltaic module 12, 100, 150, 200 in relation to the effective area for energy conversion is not impaired or is only slightly impaired.
  • the photovoltaic module 12, 100, 150, 200 according to the invention requires very little maintenance and has a long service life.

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Photovoltaikmodul (12) bereitgestellt, bei dem eine langzeitbeständige, stoffschlüssige Abdichtung des Innenraums (18) des Rohres (16) gewährleistet ist. Dabei ist das Photovoltaikmodul (12) leicht und kostengünstig herstellbar und die Effizienz des Photovoltaikmoduls (12) in Bezug auf die wirksame Fläche zur Ener- gieumwandlung ist nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt. Dabei ist das erfindungsge- mäße Photovoltaikmodul (12) sehr wartungsarm und weist eine hohe Lebensdauer auf. Außerdem kann das Photovoltaikmodul (12) zu mehreren parallel verschaltet angeordneten Photovoltaikmodulen (12) angeordnet werden und ein Solarmodul, gebildet z.B. aus 20 Photovoltaikmodulen (12), bilden.

Description

Photovoltaikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Solche Photovoltaikmodule sind beispielsweise bekannt aus der DE 10 2014 225 631 Al und der WO 2009/038794 Al. Dabei bestehen zumeist mehrere solcher Photovoltaikmodule, die parallel zueinander angeordnet große Solarmodule bilden.
Solche Photovoltaikmodule sind vielseitig einsetzbar, insbesondere aber für die Energiegewinnung auf Agrarflächen, weil unterhalb der Photovoltaikmodule noch Landwirtschaft betreibbar ist.
Bei diesen Photovoltaikmodulen befindet sich in einer Röhre, die zumeist aus Glas oder Kunststoff besteht, eine Solarzellenanordnung. Auf diese Röhren sind Kunststoffkappen aufgesetzt und zumeist auch verklebt, wodurch eine Abdichtung des Röhreninneren erfolgt. Durch diese Kunststoffkappen erfolgt zugleich auch die Energieabnahme von der Solarzellenanordnung.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist es, dass die Abdichtung nicht langzeitbeständig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Photovoltaikmodul vorzuschlagen, bei dem eine langzeitbeständige Abdichtung des Innenraums des Rohres gewährleistet ist. Insbesondere soll die Abdichtung leicht und kostengünstig herstellbar sein und die Effizienz in Bezug auf die wirksame Fläche zur Energieumwandlung nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt sein. Vorzugsweise soll das Photovoltaikmodul sehr wartungsarm sein und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben. Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Rohr und Verschlusselement so aneinander angepasst werden, dass im Rahmen der normalen Betriebstemperaturen solcher Photovoltaikmodule (-40° bis 105°C) sich keine Spalten zwischen Rohr und Verschlusselement bilden können. Dadurch kann das Eindringen von feuchter Luft bzw. Sauerstoff in den Innenraum des Rohrs verhindert werden, wodurch sowohl die elektrischen Kontakte und Leitungen als auch die Solarzellenanordnung selbst geschützt wird. Im Extremfall könnte es sonst zu einem Kurzschluss kommen, der das gesamte Photovoltaikmodul zerstört bzw. können die elektrischen Kontaktstellen (photo- voltaisch aktive Schicht zum elektrischen Draht) oxidieren und hochohmig werden.
Das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul umfasst:
- ein einen Innenraum umschließendes zumindest bereichsweise lichtdurchlässiges Rohr mit einer Längsachse und einer dem Innenraum zugewandten Innenfläche,
- ein Photovoltaikbauteil mit einer Solarzellenanordnung, wobei das Photovoltaikbauteil in dem Innenraum angeordnet ist und die Solarzellenanordnung die Innenfläche zumindest teilweise überdeckt, und
- ein Verschlusselement, das das Rohr entlang der Längsachse form- und/oder stoffschlüssig verschließt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres nur um maximal 10% unterscheidet. Bevorzugt beträgt der Unterschied nur maximal 5%.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Rohr Glas umfasst und/oder das Verschlusselement Glas umfasst, wobei bevorzugt sowohl das Rohr als auch das Verschlusselement aus Glas bestehen (z. B. aus Kalk Natron oder soda lime). Dadurch ist das Photovoltaikmodul besonders haltbar, weil Glas im Gegensatz zu Kunststoff nicht versprö- den und rissig werden kann, wodurch eine noch bessere Versiegelung des Innenraums gewährleistet wird. Außerdem lässt sich Glas besonders gut stoffschlüssig miteinander verbinden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement mit dem Rohr verlötet, verschweißt, verklebt, verschmolzen oder vulkanisiert ausgebildet ist, wobei für den Fall, dass der Verschluss zwischen Verschlusselement und Rohr durch ein den Stoff- Schluss vermittelndes zusätzliches Material erzeugt wird, das zusätzliche Material aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres und des Verschlusselements nur um maximal 10% unterscheidet. Bevorzugt beträgt der Unterschied nur maximal 5%. Dadurch wird eine besonders gute und langzeitstabile Abdichtung des Innenraumes bewirkt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Verschweißung oder Verschmelzung bei Temperaturen im Bereich 750 °C bis 1.100°C, bevorzugt im Bereich 900 °C bis 1.050 °C, insbesondere bei 1.000 °C vorgenommen wird. Dadurch wird eine besonders sichere Verbindung erzeugt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass beidseits des Rohrs jeweils ein Verschlusselement besteht. Dadurch lässt sich das Photovoltaikmodul besonders einfach und kostengünstig herstellen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement in einem Schnitt entlang der Längsachse zumindest bereichsweise eine axial gebogene Gestalt (z. B. konvex oder konkav) aufweist, wobei die gebogene Gestalt bevorzugt in Umfangsrichtung durchgängig ausgebildet ist, wobei die gebogene Gestalt insbesondere als Falzung ausgebildet ist. Dadurch kann das Verschlusselement z. B. Kegelform, Zylinderform, Kalottenform oder Kugelform aufweisen. Durch diese Maßnahmen wird die Verbindung zwischen Verschlusselement und Rohr ausgesteift, wodurch das Photovoltaikmodul eine höhere Belastbarkeit aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Photovoltaikmodul mit einem Schutzgas gefüllt ist, wobei das Schutzgas bevorzugt zumindest einen der Stoffe aus der Gruppe: getrocknete Luft, Stickstoff, Edelgas, bevorzugt Argon oder Helium, Wasserstoff, SFs und Gasgemische dieser Gase umfasst. Dadurch besteht eine noch größere Absicherung gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das die Solarzellenanordnung von dem Verschlusselement in Bezug auf die Längsachse einen Abstand von zumindest 1 mm, bevorzugt zumindest 3 mm, vorzugsweise zumindest 4 mm und insbesondere zumindest 5 mm aufweist. Dadurch wird eine Beschädigung der Solarzellenanordnung bei der Herstellung der form- bzw. stoffschlüssigen Verbindung zwischen Rohr und Verschlusselement verhindert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Solarzellenanordnung von dem Verschlusselement in Bezug auf die Längsachse einen Abstand von höchstens 100 mm, bevorzugt von höchstens 40 mm, vorzugsweise von höchstens 30 mm und insbesondere von höchstens 20 mm aufweist. Dadurch kann die Photovoltaik nutzbare Fläche des Photo- voltaikmoduls vor thermischer Beschädigung durch die formschlüssige Verbindung (z. B. Glasverschmelzung) zwischen Glas-Rohr und Glas-Verschlusselement verhindert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein Kontaktelement besteht, das durch das Verschlusselement oder zwischen Verschlusselement und Rohr geführt ist, wobei das Kontaktelement stoffschlüssig mit dem Verschlusselement und/oder dem Rohr verbunden ist, wobei das Kontaktelement bevorzugt aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Verschlusselements und/oder dem des Rohres nur um maximal 10% unterscheidet. Bevorzugt beträgt der Unterschied nur maximal 5%. Dadurch können auch bei der Kontaktdurchführung keine Leckagen entstehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass für den Fall, dass der Verschluss zwischen Kontaktelement und Verschlusselement oder zwischen Kontaktelement und Rohr durch ein den Stoffschluss vermittelndes zusätzliches Material erzeugt wird, das zusätzliche Material aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres und/oder des Verschlusselements nur um maximal 10% unterscheidet. Bevorzugt beträgt der Unterschied nur maximal 5%. Dadurch ist der Verschluss sicher und langlebig abgedichtet gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement Nickel umfasst. Nickel bzw. Nickellegierungen weisen einen sehr gut an Glas angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Kontaktelement besteht, bei dem ein zentraler Kontaktbereich zum Einschmelzen in das Verschlusselement bzw. zum Einschmelzen zwischen Rohr und Verschlusselement mit einem an das Material des Verschlusselements und/oder das Rohr angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient besteht und sich beidseits dieses zentralen Kontaktbereichs Kontaktbereiche mit anderen Materialien befinden. Beispielsweise kann der nach außen führende Kontaktbereich aus verkupfertem Stahl gebildet sein, um gute Schweißeigenschaften sicherzustellen, und der zur Solarzellenanordnung führende Kontaktbereich ein Metall bzw. Metalllegierung aufweisen, die eine gute Kontaktverträglichkeit zur Solarzellenanordnung aufweist, um Elektrokorrosion zu verhindern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einschmelzen bei Temperaturen im Bereich 750 °C bis 1.100°C, bevorzugt im Bereich 900 °C bis 1.050 °C, insbesondere bei 1.000 °C vorgenommen wird. Dadurch wird eine besonders sichere Verbindung erzeugt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement als Draht ausgebildet ist und eine Dicke im Bereich 0,1 mm bis 3 mm, bevorzugt im Bereich 0, 1 mm bis 2 mm, insbesondere im Bereich 0,2 mm bis 1 mm aufweist. Dadurch kann eine sichere und niederohmige Stromführung der Kontaktelementeinfassung erreicht werden.
Alternativ kann das Kontaktelement auch mit einer beliebigen geometrischen Form ausgebildet sein, beispielsweise als Blech mit einer Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 3 mm2.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das die Innenfläche zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist, bevorzugt in einem Querschnitt zur Längsachse zumindest bereichsweise die Form eines Kreisbogens aufweist. Dadurch ist das Photovolta- ikmodul besonders effizient, da z.B. bei einer Nord-/Süd-Ausrichtung des Photovoltaikmo- duls eine fast senkrechte Einstrahlung des Sonnenlichts ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das das Rohr zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist, bevorzugt in einem Querschnitt zur Längsachse zumindest bereichsweise die Form eines Kreisbogens aufweist. Dadurch ist das Photovoltaikmodul besonders effizient. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Photovoltaikmodul mechanisch flexibel ausgebildet ist mit einer Trägerfolie, auf der die Solarzellenanordnung angeordnet ist. Dadurch lässt sich das Photovoltaikmodul besonders einfach herstellen, wie es beispielsweise in DE 10 2014 225 631 Al beschrieben ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Solarzellenanordnung zumindest bereichsweise dem Verlauf der Innenfläche folgt. Dadurch ist das Photovoltaikmodul besonders effizient.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls umfassend:
- ein einen Innenraum umschließendes zumindest bereichsweise lichtdurchlässiges Rohr mit einer Längsachse und einer dem Innenraum zugewandten Innenfläche,
- ein Photovoltaikbauteil mit einer Solarzellenanordnung, wobei das Photovoltaikbauteil in dem Innenraum angeordnet ist und die Solarzellenanordnung die Innenfläche zumindest teilweise überdeckt, und
- ein Verschlusselement, das das Rohr entlang der Längsachse stoffschlüssig verschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Verschlusselement verwendet wird, das aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres nur um maximal 10% unterscheidet. Bevorzugt beträgt der Unterschied nur maximal 5%.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul erzeugt wird.
Bei dem Photovoltaikbauteil kann es sich prinzipiell um ein beliebig ausgebildetes bzw. hergestelltes handeln. Beispielsweise kann es sich um ein solches handeln, das auf CIGS (Kupfer, Indium, Gallium und Selen enthaltend) oder Perowskit basiert. Es kann sich aber beispielsweise auch um eine sogenannte Tandemzelle aus CIGIS und Perowskit handeln, bzw. aus Perowskit und dünnen Si-Schichten sowie amorphen- oder p-krista 11 i nen Si- Schichten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Verschlusselement verwendet wird, das eine Durchbrechung, bevorzugt in Form eines Röhrchens aufweist, durch die das Rohr mit dem Schutzgas gefüllt wird, wobei das Rohr nach Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung verschlossen wird, bevorzugt stoffschlüssig verschlossen wird, wobei der Verschluss des Röhrchens vorzugsweise durch Zusammenschmelzen des Röhrchens erzeugt wird. Das Röhrchen kann einen Innendurchmesser im Bereich 1 mm bis 5 mm, bevorzugt im Bereich 2 mm bis 4 mm aufweisen. Dadurch kann das Rohr leicht mit einem Schutzgas be- füllt werden und die anschließende Abdichtung ist langlebig möglich.
Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
Fig. 1 ein Solarmodul mit erfindungsgemäßen Photovoltaikmodulen,
Fig. 2 das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung in einer detaillierten Seitenansicht vor dem Verschluss,
Fig. 3 das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nach Fig. 2 in einer detaillierten Seitenansicht nach dem Verschluss,
Fig. 4 das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nach Fig. 2 in einer seitlichen Draufsicht nach dem Verschluss,
Fig. 5 Schnittansicht durch das Verschlusselement des erfindungsgemäßen
Photovoltaikmoduls nach Fig. 2,
Fig. 6 das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nach einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung in einer detaillierten Seitenansicht vor dem Verschluss,
Fig. 7 das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul nach einer dritten bevorzugten Ausgestaltung in einer detaillierten Seitenansicht vor dem Verschluss und
Fig. 8 das erfindungsgemäße Verschlusselement nach einer vierten bevorzugten Ausgestaltung in einer Schnittansicht.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Solarmodul 10 gezeigt, das aus mehreren parallel in einer Fläche angeordneten erfindungsgemäßen Photovoltaikmodulen 12 besteht, die beidseits jeweils eine Einfassung 14 aufweisen. In den Fig. 2 bis 5 ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul 12 gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung verschiedenen Detailansichten gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass das Photovoltaikmodul 12 ein Rohr 16 aus Glas oder Kunststoff mit einem Innenraum 18 aufweist, wobei in dem Innenraum 18 eine Solarzellenanordnung 20 angeordnet ist. Genauer gesagt besitzt das Glasrohr 16 eine hohlzylindrische Gestalt mit einem kreisförmigen Querschnitt in Längsrichtung L. Die Solarzellenanordnung 20 folgt dabei dem Konturverlauf der dem Innenraum 18 zugewandten Innenfläche des Glasrohres 16, liegt also an dem Glasrohr 16 eng an, und überdeckt diese Innenfläche zumindest teilweise.
Für eine formschlüssige Verbindung zwischen der Innenfläche des Glasrohrs 16 und der Lichteinstrahlseite der Solarzellenanordnung 20 verbindet eine Schmelzfolie (nicht gezeigt), z.B. Polyolefine, EVA, PVB, Silikon, durch einen thermischen Prozess (bei typischerweise 140°C) die beiden Oberflächen.
Dadurch, dass das Rohr 16 aus Glas besteht, ist es lichtdurchlässig, so dass die Solarzellenanordnung 20 einfallendes Licht in Strom umwandeln kann. Bei der Solarzellenanordnung 20 handelt es sich beispielsweise um eine solche, die auf CIGS (Kupfer, Indium, Gallium und Selen enthaltend) oder Perowskit basiert. Es kann sich aber beispielsweise auch um eine sogenannte Tandemzelle aus CIGIS und Perowskit handeln, bzw. aus Perowskit und dünnen Si-Schichten sowie amorphen- oder p-krista 11 i nen Si-Schichten.
Weiterhin besteht ein Verschlusselement 22, das das Rohr 16 entlang der Längsachse L form- und/oder stoffschlüssig verschließt. Dieses Verschlusselement 22 besteht ebenfalls aus Glas, wobei zusätzlich Kontaktdrähte 24a, 24b zur elektrischen Kontaktierung der Solarzellenanordnung 20 bestehen. Die Kontaktdrähte bestehen aus einer nickelhaltigen Metalllegierung, beispielsweise NiFe47Cr6, die einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Glas des Rohres 16 und des Verschlusselements 22 aufweist. Somit unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Rohr 16 und Verschlusselement 22 nicht und die von Verschlusselement 22 und Kontaktdrähten 24a, 24b nur um weniger als ca. 10%.
Im Rahmen dieser bevorzugten Ausgestaltung sind die Kontaktelemente als Kontaktdrähte
24a, 24b einheitlich aus einem Material ausgebildet. Es könnte alternativ allerdings auch vorgesehen sein, dass das Kontaktelement einen zentralen Kontaktbereich zum Einschmelzen in das Verschlusselement bzw. zum Einschmelzen zwischen Rohr und Verschlusselement mit einem an das Material des Verschlusselements und/oder das Rohr angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und sich beidseits dieses zentralen Kontaktbereichs Kontaktbereiche mit anderen Materialien erstrecken (nicht gezeigt).
Das Verschlusselement 22 weist die Form eines Stopfens auf mit einem zentralen Mittelteil 26, dessen Außendurchmesser so bemessen ist, dass er passförmig in das Rohr 16 eingeführt werden kann. Im vorderen Bereich weist das Verschlusselement 22 eine Fase 28 auf, zum erleichterten Einführen des Verschlusselements 22 in das Rohr 16. Im hinteren Bereich besteht ein Kragen 30, der eine solche Höhe h gegenüber dem Mittelteil 26 aufweist, dass das Verschlusselement 22 mit der Außenfläche 32 des Rohres 16 radial abschließt.
Das Verschlusselement 22 ist über seinen Körper massiv ausgebildet, bis auf ein Röhrchen 34 aus Glas, das eine zentrale Durchbrechung 36 in dem Verschlusselement 22 bildet.
Außerdem ist zu erkennen, dass die beiden Kontaktdrähte 24a, 24b neben dem Röhrchen 34 durch das Verschlusselement 22 geführt sind, genauer gesagt eingeschmolzen 38 sind (vgl. Fig. 5).
Das Verfahren zur Herstellung des Photovoltaikelements 12 erfolgt nun wie folgt:
Nachdem das Rohr 16 mit der Solarzellenanordnung 20 erzeugt wurde, wird das Verschlusselement 22 mittels der Fasen 28 zentrisch auf die seitliche Öffnung 40 des Rohres 16 aufgesetzt, bis der Kragen 30 eng an dem Rohr 16 anliegt.
Anschließend wird das Glas von Rohr 16 und von Kragen 30 mit Hilfe eines Laserstrahls (beispielsweise Nd-YAG-Laser mit einer Wellenlänge = 1.064 nm) oder mit Hilfe einer Gasflamme oder eines Plasmabrenners (nicht gezeigt) gleichzeitig aufgeschmolzen (Glas hat einen Schmelztemperatur von ca. 1.000 °C) und durch leichtes Zusammenpressen des Rohres in Bezug auf das Verschlusselement in Richtung der Längsachse L werden die aufgeschmolzenen Glasbereiche miteinander verschmolzen, wodurch eine dauerhafte und absolut fluiddichte (also gas- und/oder flüssigkeitsdicht) form- und stoffschlüssige Verbindung (Naht) 42 zwischen Rohr 16 und Verschlusselement 22 entsteht. Dadurch, dass die Solarzellenanordnung 20 von der Naht 42 einen Abstand A im Bereich von ca. 5 mm bis ca. 20 mm aufweist, wird eine thermische Beschädigung der Solarzellenanordnung 20 durch den Schmelzprozess sicher vermieden, da der Wärmetransport durch Glas relativ gering ist. Auf diese Weise wird die Solarzellenanordnung 20 z. B. nicht über 150 °C (abhängig vom Halbleitertyp, z. B. CIGS oder Perowskit, oder Tandemzellen aus beiden Halbleitern, bzw. aus Perowskit und dünnen Si-Schichten wie amorphen- oder p-kris- tallinen Si-Schichten) erwärmt, was unkritisch ist.
Dadurch, dass an der Naht 42 zwei identische Materialien von Rohr 16 und Verschlusselement 22 bestehen und daher identische Wärmeausdehnungskoeffizienten vorliegen, können sich bei typischen Betriebstemperaturen von -40 °C bis 105 °C keine Spalten oder Risse an der Naht 42 bilden.
Auch bei den in das Glas des Verschlusselements 22 eingeschmolzenen Kontaktdrähten 24a, 24b liegen sehr ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten vor, so dass es auch an dieser Stelle zu keinen Spalten oder Rissen kommen kann. Somit ist das Photovoltaikmodul 12 absolut fluiddicht.
Daher kann zum weiteren Schutz gegen eindringende Feuchte oder Sauerstoff der Innenraum 18 mit einem Schutzgas befüllt werden. Dazu wird nach der Abkühlung der Naht 42 der Innenraum 18 durch das Röhrchen 34 mit dem Schutzgas (z. B. Stickstoff oder ein Edelgas, wie Helium) so befüllt werden, dass sich eine Druckdifferenz zum Umgebungsdruck von z.B. -300 mbar bis +300 mbar einstellt.
Anschließend wird das Glasröhrchen 34, das einen typischen Innendurchmesser von 2 mm bis 4 mm aufweist, thermisch mit einer Gasflamme, einem Plasmabrenner oder einem Laserstrahl (nicht gezeigt) aufgeschmolzen und verschmolzen 44, um es fluiddicht zu verschließen.
Dadurch ist das Schutzgas im Innenraum 18 des Photovoltaikelements 12 sicher gefangen. Dabei ist das Rohr 16 mit der darin befindlichen Solarzellenanordnung 20 durch das form- und stoffschlüssig angebrachte Verschlusselement 22 hermetisch verschlossen, wodurch schädliche Umwelteinflüsse nicht in das Rohr 16 eindringen können und dauerhaft keine Beschädigung der Solarzellenanordnung erfolgen kann.
Auch wenn in den Fig. 2 bis 4 jeweils nur eine Seite des Photovoltaikmoduls 12 gezeigt ist, besteht auch auf der anderen ein entsprechendes Verschlusselement (nicht gezeigt), das ebenfalls an das Rohr 16 angeschmolzen wurde. Dieses andere Verschlusselement kann entweder mit oder ohne ein Röhrchen bzw. Kontaktdrähte ausgeführt sein. Z. B. könnte durch dieses weitere Röhrchen die Befüllung mit Schutzgas schneller erfolgen.
Anstelle eines durchgehenden Kontaktdrahtes 24a, 24b könnte auch ein dahingehend kombinierter Kontaktdraht (nicht gezeigt) verwendet werden, bei dem ein zentraler Drahtbereich zum Einschmelzen in das Verschlusselement mit einem an Glas angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient besteht und sich beidseits dieses zentralen Drahtbereichs andere Drahtbereiche befinden, wobei beispielsweise der nach außen führende Drahtbereich ein verkupferter Stahldraht sein kann, um gute Schweißeigenschaften sicherzustellen, und der zur Solarzellenanordnung führende Drahtbereich ein Metall bzw. Metalllegierung aufweist, die eine gute Kontaktverträglichkeit zur Solarzellenanordnung aufweist, um Elektrokorrosion zu verhindern.
In Fig. 6 ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul 100 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung vor dem Verschluss gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass hier das Verschlusselement 102 des Rohres 104 nicht stopfenförmig, sondern als reiner Deckel ausgebildet ist. Damit kann das Photovoltaikmodul 100 leichter ausgebildet werden. Außerdem muss weniger Material beim Verschmelzen zwischen Verschlusselement 102 und Rohr 104 aufgeschmolzen werden, so dass das Photovoltaikmodul 100 mit weniger Energieaufwand herstellbar ist.
In Fig. 7 ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul 150 gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung vor dem Verschluss gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass hier das Verschlusselement 152 des Rohres 154 nur einen Kontaktdraht 156 aufweist. Der andere Kontaktdraht ist durch das andere Verschlusselement am gegenüberliegenden Ende des Rohres 154 geführt (beides nicht gezeigt). Anstelle der beim Verschlusselement 22 gezeigten zwei Kontaktdrähte 24a, 24b und der beim Verschlusselement 150 gezeigten einen Kontaktdrahtes 156 können auch mehr als zwei, beispielsweise 3, 4, 5 oder mehr Kontaktdrähte durch ein Verschlusselement geführt sein.
In Fig. 8 ist ein weiteres Verschlusselement 200 gemäß einer vierten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls (nicht gezeigt) im Schnitt gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass hier das Verschlusselement 200 in einem Schnitt entlang der Längsachse L zumindest bereichsweise eine axial gebogene Gestalt aufweist, wobei die gebogene Gestalt in Umfangsrichtung durchgängig ausgebildet ist. Genauer gesagt besteht hier eine Falzung 202, die nach Innen zum Rohr der Photovoltaikmoduls (beides nicht gezeigt) hinweist. Dadurch sind das Verschlusselement 200 und damit auch der Verschluss zwischen Rohr und Verschlusselement 200 sowie das gesamte Photovoltaikmodul besonders stabil ausgebildet.
Weiterhin besteht auch hier wieder ein Kragen 204.
Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Photovoltaikmodul 12, 100, 150, 200 bereitgestellt wird, bei dem eine langzeitbeständige Abdichtung des Innenraums 18 des Rohres 16 gewährleistet ist. Dabei ist das Photovoltaikmodul 12, 100, 150, 200 leicht und kostengünstig herstellbar und die Effizienz des Photovoltaikmoduls 12, 100, 150, 200 in Bezug auf die wirksame Fläche zur Energieumwandlung ist nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt. Dabei ist das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul 12, 100, 150, 200 sehr wartungsarm und weist eine hohe Lebensdauer auf.
Alle in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Diese Merkmale bzw. Merkmalskombinationen können jeweils eine selbständige Erfindung begründen, deren Inanspruchnahme sich ausdrücklich vorbehalten wird. Dabei müssen einzelne Merkmale aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nicht zwingend mit ein oder mehreren oder allen anderen in der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels angegebenen Merkmale kombiniert werden, diesbezüglich ist jede Unterkombination ausdrücklich mit offenbart. Außerdem können gegenständliche Merkmale einer Vorrichtung umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale können umformuliert als gegenständliche Merkmale einer Vorrichtung Verwendung finden. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.
Bezugszeichenliste
10 erfindungsgemäßes Solarmodul
12 erfindungsgemäße Photovoltaikmodule gemäß einer ersten bevorzugten
Ausgestaltung
14 Einfassung der Photovoltaikmodule 12 in dem Solarmodul 10
16 Rohr
18 Innenraum
20 Solarzellenanordnung
22 Verschlusselement
24a, 24b Kontaktdrähte
26 zentrales Mittelteil des Verschlusselements 22
28 Fase
30 Kragen
32 Außenfläche des Rohres 16
34 Röhrchen
36 zentrale Durchbrechung
38 Einschmelzung der Kontaktdrähte 24a, 24b in dem Verschlusselement 22
40 seitliche Öffnung des Rohres 16
42 fluiddichte form- und stoffschlüssige Verbindung zwischen Rohr 16 und Verschlusselement 22, Naht
44 fluiddichte Verschmelzung des Röhrchens 34
100 erfindungsgemäßes Photovoltaikmodul gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausgestaltung
102 Verschlusselement
104 Rohr
150 erfindungsgemäßes Photovoltaikmodul gemäß einer dritten bevorzugten
Ausgestaltung
152 Verschlusselement
154 Rohr
156 Kontaktdraht
200 erfindungsgemäßes Verschlusselement gemäß einer vierten bevorzugten
Ausgestaltung des Photovoltaikmoduls
202 Falzung 204 Kragen
A Abstand der Solarzellenanordnung 20 von der Naht 42 h Höhe des Kragens 30 gegenüber dem Mittelteil 26
L Längsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) umfassend:
- ein einen Innenraum (18) umschließendes zumindest bereichsweise lichtdurchlässiges Rohr (16; 104; 154) mit einer Längsachse (L) und einer dem Innenraum (18) zugewandten Innenfläche,
- ein Photovoltaikbauteil mit einer Solarzellenanordnung (20), wobei das Photovoltaikbau- teil in dem Innenraum (18) angeordnet ist und die Solarzellenanordnung (20) die Innenfläche zumindest teilweise überdeckt, und
- ein Verschlusselement (22; 102; 152; 200), dass das Rohr entlang der Längsachse form- und/oder stoffschlüssig verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (22; 102; 152; 200) aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres nur um maximal 10% unterscheidet.
2. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (16; 104; 154) Glas umfasst und/oder das Verschlusselement (22; 102; 152; 200) Glas umfasst, wobei bevorzugt sowohl das Rohr (16; 104; 154) als auch das Verschlusselement (22; 102; 152; 200) aus Glas bestehen, und/oder dass das Verschlusselement (22; 102; 152; 200) mit dem Rohr (16; 104; 154) verlötet, verschweißt, verklebt, verschmolzen (42) oder vulkanisiert ausgebildet ist, wobei für den Fall, dass der Verschluss zwischen Verschlusselement und Rohr durch ein den Stoffschluss vermittelndes zusätzliches Material erzeugt wird, das zusätzliche Material aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres und des Verschlusselements nur um maximal 10% unterscheidet, und/oder dass beidseits des Rohrs (16; 104; 154) jeweils ein Verschlusselement (22; 102; 152; 200) besteht.
3. Photovoltaikmodul (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (200) in einem Schnitt entlang der Längsachse (L) zumindest bereichsweise eine axial gebogene Gestalt aufweist, wobei die gebogene Gestalt bevorzugt in Umfangsrichtung durchgängig ausgebildet ist, wobei die gebogene Gestalt insbesondere als Falzung (202) ausgebildet ist.
4. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) mit einem Schutzgas gefüllt ist, wobei das Schutzgas bevorzugt zumindest einen der Stoffe aus der Gruppe: getrocknete Luft, Stickstoff, Edelgase, bevorzugt Argon oder Helium, Wasserstoff, SFs und Gasgemische dieser Gase umfasst.
5. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Solarzellenanordnung (20) von dem Verschlusselement (22; 102; 152; 200) in Bezug auf die Längsachse (L) einen Abstand (A) von zumindest 1 mm, bevorzugt zumindest 3 mm, vorzugsweise zumindest 4 mm und insbesondere zumindest 5 mm aufweist, und/oder dass die Solarzellenanordnung (20) von dem Verschlusselement (22; 102; 152; 200) in Bezug auf die Längsachse (L) einen Abstand (A) von höchstens 100 mm, bevorzugt von höchstens 40 mm, vorzugsweise von höchstens 30 mm und insbesondere von höchstens 20 mm aufweist.
6. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kontaktelement (24a, 24b ; 156) besteht, das durch das Verschlusselement (22; 102; 152; 200) oder zwischen Verschlusselement und Rohr (16; 104; 154) geführt ist, wobei das Kontaktelement (24a, 24b; 256) form- und/oder stoffschlüssig mit dem Verschlusselement (22; 102; 152; 200) und/oder dem Rohr (16; 104; 154) verbunden ist, wobei das Kontaktelement (24a, 24b; 156) bevorzugt aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Verschlusselements (22; 102; 152; 200) und/oder dem des Rohres (16; 104; 154) nur um maximal 10% unterscheidet.
7. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Verschluss zwischen Kontaktelement und Verschlusselement o- der zwischen Kontaktelement und Rohr durch ein den Stoffschluss vermittelndes zusätzliches Material erzeugt wird, das zusätzliche Material aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres und/oder des Verschlusselements nur um maximal 10% unterscheidet, und/oder dass das Kontaktelement (24a, 24b; 156) Nickel umfasst und/oder dass das Kontaktelement einen zentralen Kontaktbereich zum Einschmelzen in das Verschlusselement bzw. zum Einschmelzen zwischen Rohr und Verschlusselement mit einem an das Material des Verschlusselements und/oder das Rohr angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und sich beidseits dieses zentralen Kontaktbereichs Kontaktbereiche mit anderen Materialien erstrecken, dass das Kontaktelement (24a, 24b; 156) als Draht ausgebildet ist und eine Dicke im Bereich 0, 1 mm bis 3 mm, bevorzugt im Bereich 0, 1 mm bis 2 mm, insbesondere im Bereich 0,2 mm bis 1 mm aufweist.
8. Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Innenfläche zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist, bevorzugt in einem Querschnitt zur Längsachse zumindest bereichsweise die Form eines Kreisbogens aufweist, und/oder dass das das Rohr (16; 104; 154) zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist, bevorzugt in einem Querschnitt zur Längsachse zumindest bereichsweise die Form eines Kreisbogens aufweist, und/oder dass das Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) mechanisch flexibel ausgebildet ist mit einer Trägerfolie, auf der die Solarzellenanordnung (20) angeordnet ist, und/oder dass die Solarzellenanordnung (20) zumindest bereichsweise dem Verlauf der Innenfläche folgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls (12; 100; 150; 200) umfassend:
- ein einen Innenraum (18) umschließendes zumindest bereichsweise lichtdurchlässiges Rohr (16; 104; 154) mit einer Längsachse (L) und einer dem Innenraum (18) zugewandten Innenfläche,
- ein Photovoltaikbauteil mit einer Solarzellenanordnung (20), wobei das Photovoltaikbau- teil in dem Innenraum (18) angeordnet ist und die Solarzellenanordnung (20) die Innenfläche zumindest teilweise überdeckt, und
- ein Verschlusselement, das das Rohr (16; 104; 154) entlang der Längsachse (L) form- und/oder stoffschlüssig verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlusselement (22; 102; 152; 200) verwendet wird, das aus einem Stoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich von dem des Rohres (16; 104; 154) nur um maximal 10% unterscheidet.
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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (12; 100; 150; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erzeugt wird und/oder dass ein Verschlusselement (22; 102; 152; 200) verwendet wird, das eine Durchbrechung (36), bevorzugt in Form eines Röhrchens (34) aufweist, durch die das Rohr (16; 104; 154) mit dem Schutzgas nach Anspruch 4 gefüllt wird, wobei das Rohr (16; 104; 154) nach Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung (42) verschlossen wird, bevorzugt stoffschlüssig verschlossen wird, wobei der Verschluss (44) des Röhrchens (34) vorzugsweise durch Zusammenschmelzen des Röhrchens (34) erzeugt wird, wobei das Röhrchen (34) insbesondere einen Innendurchmesser im Bereich 1 mm bis 5 mm aufweist.
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PCT/EP2022/083537 2021-12-15 2022-11-28 Photovoltaikmodul und verfahren zur herstellung eines photovoltaikmoduls WO2023110381A1 (de)

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