WO2024061561A1 - Photovoltaik-thermisches modul - Google Patents

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WO2024061561A1
WO2024061561A1 PCT/EP2023/073146 EP2023073146W WO2024061561A1 WO 2024061561 A1 WO2024061561 A1 WO 2024061561A1 EP 2023073146 W EP2023073146 W EP 2023073146W WO 2024061561 A1 WO2024061561 A1 WO 2024061561A1
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WO
WIPO (PCT)
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plate
solar cells
heat sink
surface heat
film
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073146
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Stein
Original Assignee
Sunmaxx PVT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunmaxx PVT GmbH filed Critical Sunmaxx PVT GmbH
Publication of WO2024061561A1 publication Critical patent/WO2024061561A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • H01L31/0521—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation

Definitions

  • a photovoltaic thermal module is specified.
  • the publication WO 2015/184402 relates to a photovoltaic module with an integrated liquid cooling system.
  • Embodiments of the disclosure relate to a photovoltaic thermal module.
  • the photovoltaic thermal module, PVT module for short comprises a large number of solar cells.
  • the solar cells are based, for example, on silicon and/or on germanium and/or on a compound semiconductor material such as CdTe or such as CuInGaS, GIGS for short, or CuInS, CIS for short.
  • the solar cells can also be based on perovskite or at least an organic, photoactive material.
  • the photoactive layers are preferably in strips, for example with a width of at least 3 mm and/or at most 3 cm.
  • the individual, for example crystalline solar cells have an average diameter of at least 5 cm or at least 10 cm and/or at most 50 cm.
  • the cells are halved or thirds and so on or cut into strips. This means that the crystalline solar cells do not represent squares or pseudo-squares, but rather rectangles.
  • the PVT module comprises one or more surface heat sinks.
  • the preferably exactly one surface heat sink can also be referred to as a cooling plate or as a back cooler.
  • the surface heat sink is based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example aluminum.
  • the term "based on at least one inorganic material" means, for example, that at least 80% by weight or at least 90% by weight or at least 98% by weight of the surface heat sink is formed by the at least one inorganic material. This does not rule out the possibility that small components of the surface heat sink, in particular non-mechanically load-bearing components such as seals or labels, may be made from organic materials.
  • the surface heat sink comprises a large number of cooling channels.
  • the cooling channels are designed to allow a cooling liquid to flow through them.
  • the surface heat sink extends contiguously over the relevant solar cells or parts of solar cells.
  • all solar cells in the PVT module are coupled to a single common surface heat sink, which is free of gaps or holes, for example.
  • the surface heat sink has at least two plates between which the cooling channels are formed. This makes it possible for the surface heat sink to be a closed, sealed system through which the coolant can flow without any additional components.
  • the cooling channels are completely defined by the plates, optionally together with a connecting means between the plates and/or for holding the plates together.
  • the heat sink plates are, for example, each formed by metal plates, for example aluminum plates.
  • the heat sink plates are formed by glass plates, so that the surface heat sink can be translucent. It is also possible to make the panels from plastic and/or foil.
  • the first of the plates, which faces the solar cells, is flat.
  • the cooling channels are defined by a second of the plates, which faces away from the solar cells. The cooling channels can therefore be formed in the second plate.
  • the second plate is arranged on a main surface of the first plate. A first area of the first plate is thus covered by the second plate. A second area of the first plate is free of the second plate. In particular, an edge region of the first plate is free of the second plate.
  • the first plate extends completely about the solar cells. The second plate only partially extends over the solar cells.
  • the first plate is attached to at least 80% or at least 90% or at least 95% of the area of all solar cells combined.
  • the second plate is attached to a correspondingly smaller area of all solar cells taken together, so that an edge region of the first plate remains free and is not covered by the second plate.
  • the first plate for example, extends over the larger area than the second plate.
  • the second region has a width of several millimeters, for example more than 5 mm, for example a width between 5 mm and 15 mm, in particular, for example, approximately 10 mm.
  • the second area free of cooling channels.
  • mechanical attack points can be formed on the second area of the surface heat sink, in particular for connecting individual elements of the PVT module or for attaching further elements such as fastening elements or clamping elements. Damage to the cooling channels in the edge area can thus be avoided.
  • it is possible to design a reliable connection between the two plates and the cooling channels can extend almost over the entire surface of the second plate.
  • This enables a comparatively simple manufacture of the surface heat sink when connecting the two plates.
  • this enables a reliable connection of the two plates.
  • the two Plates are connected to each other, for example by means of a solder joint, so that the second plate is reliably held to the first plate.
  • the second region surrounds the first plate all the way around the second plate.
  • the surface heat sink therefore has the second area in a frame-like manner.
  • the second region, which is free of the second plate, is thus formed on all four long sides of the rectangular surface heat sink. It is also possible for the second region to be formed only on part of the four long sides, for example on only two opposite long sides.
  • the PVT module has a support frame.
  • the support frame is designed to mechanically support the PVT module.
  • the support frame is in contact with the second area of the first plate.
  • the support frame also serves to additionally support the connection between the solar cells and the surface heat sink.
  • the second area in which no cooling channels are formed, it is possible to press the first plate and the solar cells together using the support frame.
  • the PVT module is clamped into the support frame.
  • the smaller second plate is in particular not in direct contact with the support frame. Damage or influence of the cooling channels by the mechanical forces of the support frame is thus avoided.
  • the support frame is especially designed to clamp the solar cells and the first plate together. This additionally supports the connection between the solar cells and the surface heat sink. For example, The solar cells and the first plate are connected to each other using a lamination film. This connection is additionally mechanically supported by the support frame.
  • the surface heat sink has two plates between which the cooling channels are formed. A first of the plates faces the solar cells and a second of the plates faces away from the solar cells.
  • the cooling channels are defined by the second of the plates.
  • the first plate has a foil or a varnish.
  • the first plate is formed using a film or a varnish.
  • the first plate is formed by an inorganic film, for example made of PET (polyethylene terephthalate) or another plastic.
  • the first plate is formed from a varnish, for example a clear varnish.
  • the paint is sprayed onto the solar cells.
  • the first plate made of the film or the lacquer also serves for electrical insulation from the solar cells, for example for electrical insulation of the second plate from the solar cells.
  • the surface heat sink is comparatively easy to produce and has a lower weight than a surface heat sink made of two metal plates. A reliable connection of the two plates can also be achieved without a soldering process. In particular, it is also possible to make the two plates the same size or almost the same size, so that both plates essentially cover the same area of the solar cells.
  • the film and the second plate are connected to one another by means of an adhesive connection.
  • the surface heat sink therefore has, for example, a PET-aluminum adhesive composite. It is also possible to provide the second plate made of glass, so that the surface heat sink has, for example, a PET-glass adhesive composite. Alternatively or additionally, the surface heat sink has the lacquer, which is additionally provided in the composite, for example. It is also possible for the paint to be provided instead of the film, so that the surface heat sink has the paint-aluminum composite or paint-glass composite.
  • the film is arranged directly on the solar cells.
  • the film is therefore used to close and seal the cooling channels as well as to attach the surface heat sink to the solar cells.
  • the film is therefore in direct contact with the solar cells and also with the second plate.
  • the varnish serves to embed the solar cells so that they are held by the varnish.
  • the paint serves, for example, as a stabilizer and support for the solar cells and at the same time as a cover and connection for the second plate. Additional lamination films can be dispensed with in this embodiment. There is no longer any lamination step required during production.
  • the PVT module has a front coating that is on one of the The surface heat sink is arranged on the side of the solar cells facing away from it and which covers the solar cells.
  • the front coating is formed using a film or using a varnish.
  • the front coating replaces a front glass, for example.
  • the front coating faces the sun and is transparent to radiation.
  • the front coating is significantly lighter compared to the front glass.
  • the front coating is formed from the paint in which the solar cells are also embedded. It is also possible to use different varnishes, for example a first varnish for embedding the solar cells and for bonding to the second plate and another varnish as a front coating.
  • the PVT module has a layer stack.
  • the layer stack has in one stacking direction: the second plate, which defines the cooling channels, the paint, which is formed as a layer and in which the solar cells are embedded, the front coating, which covers the paint.
  • the layer stack does not have any significant additional elements, in particular no front glass on the side of the solar cells facing away from the second plate and no lamination film.
  • the PVT module has the surface heat sink, which has two plates between which the cooling channels are formed.
  • the first of the plates faces the solar cells and the second of the plates faces away from the solar cells.
  • the cooling channels are defined by the second of the plates.
  • the first plate, which faces the solar cells, is flat.
  • the first plate and the second plate are each based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example Aluminum.
  • the PVT module has a layer of lacquer in which the solar cells are embedded.
  • the surface heat sink is attached to the lacquer layer.
  • a plastic film is arranged between the surface heat sink and the lacquer layer for electrical insulation.
  • the PVT module has the front coating, which is arranged on a side of the solar cells facing away from the surface heat sink and which covers the solar cells, the front coating being formed by means of a film or a lacquer.
  • the first plate is based on an inorganic material, in particular aluminum or glass.
  • a film and/or a varnish which is provided in addition to the inorganic material, serves in particular as an intermediate layer between the varnish in which the solar cells are embedded and the inorganic plate of the surface heat sink.
  • the first plate has the film on a side facing away from the second plate.
  • the film which is for example a PET film, is attached to the paint. The film serves for electrical insulation between the surface heat sink and the solar cells.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a PVT
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment.
  • a photovoltaic-thermal module 100 combines photovoltaic modules to generate electricity with the use of the waste heat from the modules.
  • PVT modules convert solar energy into electrical power and the resulting waste heat is made usable.
  • electrical energy such PVT modules also produce heat, for example in the form of hot water or other cooling liquids.
  • An example of such a PVT module is shown as an example in FIGS. 1 to 3. Examples of the basic functionality and areas of application of the PVT modules 100 described here can be found in German patent application 10 2021 123 000. 4 described.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an exemplary embodiment of the photovoltaic thermal module 100, also referred to as a PVT module for short.
  • the PVT module 100 has a front glass 1.
  • a surface heat sink 10 is located on an opposite side in the front glass 1.
  • solar cells 2 are connected to one another via electrical cell connectors 3 and between the Front glass 1 and the surface heat sink 10 arranged.
  • the solar cells 2 with the electrical cell connectors 3 are embedded in a lamination film 4, for example in an EVA film.
  • the lamination film 4 is located on the front glass 1.
  • a back wall 6 On a side of the lamination film 4 opposite the front glass 1 there is a back wall 6, in particular a back wall film, for example a polyvinyl fluoride film, PVF film for short, such as a Tedlar film, or alternatively a back glass.
  • the surface heat sink is in particular glued to the rear wall 6 or laminated, for example by means of an adhesive layer 7.
  • the adhesive layer 7 is formed, for example, from an adhesive or another EVA film.
  • the surface heat sink 10 is connected to the so-called PV module or PV laminate.
  • the PVT module 100 has a frame 5.
  • the frame 5 has an upper holder 5a and a lower holder 5b, each of which projects horizontally, for example.
  • a clamping connection 5c is formed by the upper holder 5a and the lower holder 5b.
  • the layer stack 25 includes in particular the front glass 1 and the surface heat sink 10 as well as the layers arranged between them, which are arranged one on top of the other along the stacking direction 26.
  • the surface heat sink 10 in particular has two thin aluminum sheets 10a, 10b, which are connected to one another.
  • a channel structure with a large number of cooling channels 10c is stamped into one of the two plates 10b by a punching process. This channel structure consists of many branches and is optimized to dissipate heat as efficiently as possible and to enable the lowest possible pressure losses.
  • the second plate 10b with the cooling channels 10c is connected to the first plate 10a using a soldering process.
  • the second plate 10b is arranged on a main surface 11 of the first plate 10a facing away from the solar cells 2.
  • the main surface 11 has a larger extent than the side surfaces or edge surfaces of the first plate 10a arranged transversely thereto.
  • the second plate 10b is arranged in a first region 12 of the first plate 10a.
  • the first region 12 is in particular a central region of the first plate 10a.
  • the first region 12 is laterally surrounded by a second region 13.
  • the second region 13 is not covered by the second plate 10b.
  • the second plate 10b is arranged only in the central first region 12 and in particular is spaced from an edge 15 of the layer stack 25.
  • the second region 13 is provided transversely to the stacking direction 26, on which the first plate 10a is in particular not covered.
  • the second plate 10b thus has a distance 14 that is transverse to the stacking direction 26 along the main surface 11 is measured, on.
  • the distance 14 is in a range from more than 5 mm to 20 mm, in particular between 7 mm and 15 mm, in particular between 9 and 11 mm, for example 10 mm.
  • the second plate 10b is arranged laterally at a distance 14 from the edge 15.
  • the first plate 10a covers the solar cells 2 flat, in particular completely or almost completely.
  • the second plate 10b is smaller in comparison. In particular, the area covered by the second plate 10b is smaller than the area covered by the first plate 10a.
  • the frame 5 is in contact with the surface heat sink 10 in the second area 13.
  • the frame 5 contacts the first plate 10a in the second area 13.
  • the second plate 10b is in particular not directly touched by the frame 5.
  • the clamp connection 5c is formed between the first plate 10a and the front glass 1.
  • the second plate remains unaffected by mechanical loads that are exerted directly by the lower holder 5b.
  • the second plate 10b is made smaller than the first plate 10a, so that the second region 13 is formed.
  • the clamp connection 5c is thus formed with the first plate 10a, which does not have any cooling channels 10c, but is in particular flat.
  • the second plate 10b which has the cooling channels 10c, can be attached to the first plate 10a without the direct action of the clamping connection 5c. This enables a particularly reliable connection between the first plate 10a and the second plate 10b using a solder.
  • the cooling channels 10c can be on the second plate 10b as desired are distributed and in particular guided close to a side edge, which is useful for the reliable solder connection. Damage to the cooling channels 10c by the clamp connection 5c, in particular the lower holder 5b, can be avoided.
  • the first plate 10a is, for example, approximately 10 mm larger all the way around the second plate 10b.
  • the second plate 10b does not come into conflict and/or contact with the frame 5. Due to the reliable solder connection between the two plates 10a, 10b, it does not impair the stability that the second plate 10b is not inserted into the gap between the upper holder 5a and the lower holder 5b.
  • the connection between the first plate 10a and the PV laminate is strengthened.
  • the PV laminate and the surface heat sink 10 are pressed and compressed by means of the frame, in particular by means of the upper bracket 5a and the lower bracket 5b.
  • the first plate 10a is pressed by the lower bracket 5b in the direction of the front glass 1.
  • the surface heat sink 10 can be inserted with the first plate 10a into the gap between the upper bracket 5a and the lower bracket 5b of the frame 5. This accomplishes a further fixing process in addition to gluing/laminating.
  • the surface heat sink 10 holds better and more securely on the PV structure.
  • the cooling channels are formed in the second plate 10b and can in particular be formed at a small distance from the lateral edge of the second plate 10b, for example at a maximum distance of 3 to 4 mm. Despite this small distance from the lateral edge of the second plate 10b, the cooling channels 10c are not damaged when the layer stack 25 is jammed in the frame 5, since the second plate 10b is formed retracted with respect to the first plate 10a. The first plate 10a projects laterally beyond the second plate 10b in order to form the contact region 12.
  • the PVT module 100 according to the exemplary embodiment of FIG. 1 thus has a particularly resistant connection of the layers of the layer stack 25.
  • FIG. 2 shows the PVT module 100 according to a further exemplary embodiment.
  • the PVT module 100 according to FIG. 2 essentially originates from the PVT module 100 according to FIG. 1.
  • the surface heat sink 10 in particular is designed differently.
  • the first plate 10a which is in contact with the lamination film 4 of the solar cells 2, is not made of aluminum or glass.
  • the first plate 10a has a film 21 or consists of the film 21 or is formed from the film 21.
  • the film 21 is in particular an inorganic film, for example a plastic film, in particular a PET film.
  • the film 21 closes the cooling channels 10c of the second plate 10b.
  • the film 21 connects the second plate 10b with the PV laminate, in particular with the solar cells 2.
  • the film 21 contributes to the electrical insulation between the second plate 10b and the solar cells 2.
  • the film 21 and the second plate 10b are connected to one another by means of an adhesive connection 22. Since there is no soldering process to connect the two plates 10a, 10b of the surface heat sink 10, the second plate 10b can extend to the edge 15 of the PVT module 100, unlike in the exemplary embodiment in FIG.
  • the cooling channels 10c can be spaced sufficiently far from the edge 15 in order to form the frame 5 and the clamp connection 5c in such a way that the cooling channels 10c are not damaged.
  • the connection between the second plate 10b and the first plate 10a, which is designed as a film 21, is reliably implemented by means of the adhesive connection 22.
  • the surface heat sink 10 therefore consists, for example, of a PET-aluminum adhesive composite. It is also possible to provide the second plate 10b made of glass.
  • the adhesive connection 22 and the adhesive used are selected so that the second plate 10b is connected to the film 21 sufficiently strongly, for example to maintain an overpressure of 0.5 bar, with which coolant typically flows through the cooling channels 10c.
  • the film 21 is designed and selected so that it is resistant to the coolant, which is, for example, a glycol-water mixture.
  • the film 21 is designed in such a way that the film serves as a moisture barrier and does not allow any moisture to reach the solar cells 2.
  • front glass 1 It is also possible to replace the front glass 1 with a front coating 23.
  • This consists, for example, of another film or a transparent layer of lacquer.
  • the further film is, for example, a flexible transparent film, for example a PET film.
  • the front coating 23 enables a lightweight PVT module 100.
  • the PVT module 100 is easier to manufacture since there are no longer any different expansion coefficients to compensate for between the front glass 1 and the second plate 10b made of aluminum.
  • the PVT module 100 with the film 21 and the front coating 23 made of a film can be produced by means of a single lamination, in which the solar cells 2, the film 23, the lamination film 4 and the film 21 with the second plate 10b in one be connected to each other step. EVA is preferred as the lamination film.
  • Figure 3 shows the photovoltaic thermal module 100 according to a further exemplary embodiment. Instead of the front glass 1, the PVT module 100 according to FIG. 3 has the front coating
  • Such a clear coat which is sufficiently stable to weather, UV radiation and other influences over its entire service life, is known, for example, from the automotive sector.
  • the solar cells 2 are no longer embedded in the lamination film 4, but in a lacquer layer 24.
  • the lacquer layer 24 is the lacquer layer
  • the lacquer layer 24 attaches the solar cells 2 and surrounds them.
  • the lacquer layer 24 is applied in such a way that, in particular, the irradiation side of the solar cells 2 is not covered by the lacquer layer 24.
  • the lacquer layer 24 shapes and surrounds the solar cells 2 so that they are sufficiently mechanically stabilized.
  • the lacquer layer 24 acts as an adhesive or adhesive layer for connecting the second plate 10b.
  • the lacquer layer 24 thus also serves as the first plate 10a.
  • the lacquer layer 24 thus fulfills the functionality of the lamination film 4 and the first plate 10a in the exemplary embodiment according to FIG.
  • the cooling channels 10c are formed in the second plate 10b between the second plate 10b and the lacquer layer 24.
  • the front coating 23, in particular the clear varnish, is sprayed on the side of the solar cells 2 facing away from the second plate 10b.
  • the exemplary embodiment of the PVT module 100 according to FIG. 3 can therefore be produced in particular without a lamination step.
  • cost-intensive materials such as lamination films and/or Tedlar films or adhesion-promoting films and Layers can be saved.
  • Manufacturing is significantly simplified and the process steps for manufacturing are reduced, thus simplifying the process chain.
  • the embedding lacquer layer 24 is applied to the second plate 10b.
  • the solar cells 2 are embedded in the lacquer layer 24.
  • the lacquer layer 24 hardens.
  • the paint for the front coating 23 is then applied.
  • the PVT module 100 is now finished. There is no need for a glass front cover.
  • the production is very resource-saving and energy-saving.
  • the PVT module 100 has a very low weight and is light.
  • the PVT module 100 is cost-effective.
  • FIG. 4 shows the photovoltaic thermal module 100 according to a further exemplary embodiment.
  • the PVT module 100 has the lacquer layer 24, which attaches and surrounds the solar cells 2.
  • the lacquer layer 24 is applied in such a way that, in particular, the irradiation side of the solar cells 2 is not covered by the lacquer layer 24.
  • the lacquer layer 24 reshapes and surrounds the solar cells 2 so that they are sufficiently mechanically stabilized.
  • the lacquer layer 24 thus fulfills the functionality of the lamination film 4 in particular.
  • the PVT module 100 has the front coating 23 made of a clear varnish.
  • the surface heat sink 10 has in particular two thin aluminum sheets 10a, 10b, which are connected to one another, for example soldered together.
  • the channel structure with the large number of cooling channels 10c is stamped into the second plate 10b by a punching process.
  • the first plate 10a is connected to the lacquer layer 24.
  • the second plate 10b extends to the edge 15 of the PVT module 100.
  • the second plate 10b is set back as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that the second region 13 is formed on the first plate 10a, which is not covered by the second plate 10b.
  • the film 21 serves for electrical insulation between the surface heat sink 10 and the solar cells 2.
  • the film 21 is omitted, in particular if the lacquer layer 24 itself is sufficiently electrically insulating.
  • the first plate 10a is attached directly to the lacquer layer 24 in this embodiment.
  • the exemplary embodiment of the PVT module 100 according to FIG. 4 can therefore be produced in particular without a lamination step.
  • cost-intensive materials such as lamination films and/or Tedlar films or adhesion-promoting films and layers can be saved.
  • the PVT module 100 can be manufactured easily and reliably since there are no longer any different expansion coefficients to compensate for between the front glass 1 and the surface heat sink 10 made of aluminum. It is also possible to embed the solar cells 2 in the lamination film 4, as explained in connection with Figure 1.
  • the surface heat sink 10 serves for mechanical support and the front coating 23 made of the clear varnish covers the solar cells 2 at the top.
  • Areas of application for the PVT modules 100 described here are solar cells 2 of all types, for example crystalline or bifacial crystalline modules or thin-film modules. Furthermore, the following areas of application for the modules 100 come into consideration in particular: rooftop, industry, open space, low-temperature heat networks, floating systems, large open-space solar parks, especially in hot areas such as the USA, India, Spain, Arabia, Australia, Chile.
  • the PVT module 100 according to the various exemplary embodiments can be produced comparatively inexpensively. Process times and manufacturing complexity can be reduced. This leads to increased economic efficiency of the PVT modules 100, particularly in contrast to conventional PVT modules with copper tubes.
  • the PVT module 100 is characterized by improved reliability and quality due to the double joint connection using gluing/lamination and clamping in the frame 5. Significant simplifications in the production process are also possible. Significantly less use of expensive materials can be achieved. Lower costs and greater economic efficiency are therefore possible.
  • PVT module 100 photovoltaic thermal module

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Abstract

Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul (100) angegeben mit - einer Vielzahl von Solarzellen (2), und - einem Flächenkühlkörper (10), wobei - der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a), die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die zweite Platte (10b) auf einer Hauptfläche (11) der ersten Platte (10a) angeordnet ist, sodass ein erster Bereich (12) der ersten Platte (10a) von der zweiten Platte (10b) abgedeckt ist und ein zweiter Bereich (13) der ersten Platte (10a) frei von der zweiten Platte (10b) ist.

Description

Beschreibung
Photovoltaik-thermisches Modul
Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul angegeben.
Die Druckschrift WO 2015/184402 betrifft ein Photovoltaik- Modul mit einer integrierten Flüssigkühlung.
Es ist wünschenswert, ein Photovoltaik-thermisches Modul anzugeben, das effizient herstellbar ist und wirtschaftlich betreibbar ist.
Aus führungs formen der Offenbarung betreffen ein Photovoltaik- thermisches Modul.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Photovoltaik-thermische Modul, kurz PVT-Modul, eine Vielzahl von Solarzellen. Die Solarzellen basieren zum Beispiel auf Silizium und/oder auf Germanium und/oder auf einem Verbindungshalbleitermaterial wie CdTe oder wie CuInGaS, kurz GIGS, oder CuInS, kurz CIS. Ebenso können die Solarzellen auf Perovskit oder zumindest einem organischen, fotoaktiven Material basieren. Bei Dünnschichtmodulen, insbesondere basierend auf CdTe, CIGS, CIS, amorphem Si oder Perovskit, liegen die fotoaktiven Schichten bevorzugt in Streifen vor, zum Beispiel mit einer Breite von mindestens 3 mm und/oder von höchstens 3 cm.
Es ist möglich, dass mehrere verschieden Arten von Solarzellen oder Halbleitermaterialien in dem PVT-Modul miteinander kombiniert sind, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Beispielsweise weisen die einzelnen, zum Beispiel kristallinen Solarzellen einen mittleren Durchmesser von mindestens 5 cm oder von mindestens 10 cm und/oder von höchstens 50 cm auf . Der mittlere Durchmesser D ergibt sich aus einer Fläche A der Solarzelle beispielsweise wie folgt : D =
Figure imgf000004_0001
Es ist auch möglich, dass die Zellen halbiert oder gedrittelt und so weiter oder in Strei fen geschnitten sind . Damit stellen die kristallinen Solarzellen dann keine Quadrate oder Pseudo-Quadrate , sondern Rechtecke dar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das PVT-Modul einen oder mehrere Flächenkühlkörper . Der bevorzugt genau eine Flächenkühlkörper kann auch als Kühlplatte oder als Rückseitenkühler bezeichnet werden . Der Flächenkühlkörper basiert auf mindestens einem anorganischen Material , wie einem Glas oder einem Metall , zum Beispiel Aluminium . Der Begri f f , basierend auf mindestens einem anorganischen Material ' bedeutet zum Beispiel , dass mindestens 80 Gewichts- % oder mindestens 90 Gewichts-% oder mindestens 98 Gewichts-% des Flächenkühlkörpers durch das mindestens eine anorganische Material gebildet sind . Dies schließt nicht aus , dass kleine Komponenten des Flächenkühlkörpers , insbesondere nicht mechanisch tragende Komponenten wie Dichtungen oder Etiketten, aus organischen Materialien gebildet sein können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der Flächenkühlkörper eine Viel zahl von Kühlkanälen . Die Kühlkanäle sind dazu eingerichtet , von einer Kühl flüssigkeit durchströmt zu werden .
Der Flächenkühlkörper erstreckt sich beispielsweise zusammenhängend über die betref fenden Solarzellen oder Teile von Solarzellen . Beispielsweise sind also alle Solarzellen des PVT-Moduls mit einem einzigen gemeinsamen Flächenkühlkörper gekoppelt , der zum Beispiel frei von Lücken oder Löchern ist .
Der Flächenkühlkörper weist mindestens zwei Platten auf , zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind . Damit ist es möglich, dass der Flächenkühlkörper ein abgeschlossenes , dichtes System ist , das ohne weitere Komponenten tauglich ist , von der Kühl flüssigkeit durchströmt zu werden . Insbesondere sind die Kühlkanäle vollständig durch die Platten definiert , optional zusammen mit einem Verbindungsmittel zwischen den Platten und/oder zum Zusammenhalten der Platten .
Die Kühlkörperplatten sind beispielsweise j eweils durch Metallplatten gebildet , zum Beispiel durch Aluminiumplatten . Alternativ sind die Kühlkörperplatten durch Glasplatten gebildet , sodass der Flächenkühlkörper lichtdurchlässig sein kann . Es ist auch möglich, die Platten aus Kunststof f und/oder Folien aus zubilden .
Eine erste der Platten, die den Solarzellen zugewandt ist , ist plan . Durch eine zweite der Platten, die den Solarzellen abgewandt ist , sind die Kühlkanäle definiert . Die Kühlkanäle können also in der zweiten Platte geformt sein .
Die zweite Platte ist auf einer Hauptfläche der ersten Platte angeordnet . Ein erster Bereich der ersten Platte ist so von der zweiten Platte abgedeckt . Ein zweiter Bereich der ersten Platte ist frei von der zweiten Platte . Insbesondere ist ein Randbereich der ersten Platte frei von der zweiten Platte . Beispielsweise erstreckt sich die erste Platte vollständig über die Solarzellen . Die zweite Platte erstreckt sich nur teilweise über die Solarzellen . Beispielsweise ist die erste Platte an mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht . Die zweite Platte ist an einer entsprechend kleineren Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht , sodass ein Randbereich der ersten Platte frei bleibt und nicht von der zweiten Platte bedeckt ist . Die erste Platte erstreckt sich beispielsweise also über die größere Fläche als die zweite Platte . Beispielsweise weist der zweite Bereich eine Breite von mehreren Millimetern auf , beispielsweise mehr als 5 mm, beispielsweise eine Breite zwischen 5 mm und 15 mm, insbesondere beispielsweise in etwa 10 mm .
Somit ist es möglich, den zweiten Bereich frei von Kühlkanälen aus zubilden . Somit können an dem zweiten Bereich des Flächenkühlkörpers beispielsweise mechanische Angri f fspunkte ausgebildet werden, insbesondere zum Verbinden einzelner Elemente des PVT -Moduls oder zum Anbringen weiterer Elemente wie beispielsweise Befestigungselemente oder Klemmelemente . Eine Beschädigung der Kühlkanäle im Randbereich kann so vermieden werden . Dennoch ist es möglich, eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Platten aus zugestalten und die Kühlkanäle können sich nahezu über die gesamte Fläche der zweiten Platte erstrecken . Insbesondere ist es möglich, die Kühlkanäle bis an den Rand der zweiten Platte aus zubilden, sodass beispielsweise nur maximal 3 bis 4 mm am Rand der zweiten Platte ohne Kühlkanäle ausgestaltet sind . Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Herstellung des Flächenkühlkörpers beim Verbinden der beiden Platten . Alternativ oder zusätzlich ermöglicht dies eine verlässliche Verbindung der beiden Platten . Die beiden Platten sind beispielsweise mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden, sodass die zweite Platte verlässlich an der ersten Platte gehalten ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umgibt der zweite Bereich die erste Platte umlaufend um die zweite Platte . Der Flächenkühlkörper weist also den zweiten Bereich rahmenartig auf . An allen vier Längsseiten des rechteckförmigen Flächenkühlkörpers ist somit der zweite Bereich ausgebildet , der frei von der zweiten Platte ist . Es ist auch möglich, dass der zweite Bereich lediglich an einem Teil der vier Längsseiten ausgebildet ist , beispielsweise an lediglich zwei sich gegenüberliegenden Längsseiten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das PVT-Modul einen Trägerrahmen auf . Der Trägerrahmen ist ausgebildet , das PVT-Modul mechanisch zu tragen . Der Trägerrahmen ist in Kontakt mit dem zweiten Bereich der ersten Platte .
Insbesondere dient der Trägerrahmen auch dazu, den Verbund zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper zusätzlich zu unterstützen . In dem zweiten Bereich, in dem keine Kühlkanäle ausgebildet sind, ist es möglich, die erste Platte und die Solarzellen mittels des Trägerrahmens zusammenzudrücken . Das PVT-Modul ist so in den Trägerrahmen eingespannt . Die kleinere zweite Platte ist insbesondere nicht in direktem Kontakt mit dem Trägerrahmen . Eine Beschädigung oder Beeinflussung der Kühlkanäle durch die mechanischen Kräfte des Trägerrahmens wird so vermieden .
Der Trägerrahmen ist insbesondere ausgebildet , die Solarzellen und die erste Platte miteinander zu verklemmen . Dies unterstützt zusätzlich die Verbindung zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper . Beispielsweise sind die Solarzellen und die erste Platte mittels einer Laminations folie miteinander verbunden . Mittels des Trägerrahmens wird diese Verbindung zusätzlich mechanisch unterstützt .
Gemäß weiterer Aus führungs formen weist der Flächenkühlkörper zwei Platten auf , zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind . Eine erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und eine zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt . Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert . Die erste Platte weist eine Folie oder einen Lack auf .
Beispielsweise ist die erste Platte mittels einer Folie oder eines Lacks gebildet . Beispielsweise ist die erste Platte durch eine anorganische Folie , zum Beispiel aus PET ( Polyethylenterephthalat ) oder einem anderen Kunststof f gebildet . Alternativ oder zusätzlich ist die erste Platte aus einem Lack, beispielsweise einem Klarlack, gebildet . Der Lack ist beispielsweise auf die Solarzellen aufgesprüht .
Die erste Platte aus der Folie oder dem Lack dient auch zur elektrischen I solation gegenüber den Solarzellen, beispielsweise zur elektrischen I solation der zweiten Platte gegenüber den Solarzellen .
Der Flächenkühlkörper ist vergleichsweise einfach herstellbar und weist ein geringeres Gewicht auf als ein Flächenkühlkörper aus zwei Metallplatten . Eine verlässliche Verbindung der zwei Platten ist auch ohne einen Lötprozess realisierbar . Insbesondere ist es so auch möglich, die beiden Platten gleich groß oder nahezu gleich groß aus zubilden, sodass beide Platten im Wesentlichen die gleiche Fläche der Solarzellen abdecken . Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die Folie und die zweite Platte mittels einer Klebeverbindung miteinander verbunden . Der Flächenkühlkörper weist somit beispielsweise einen PET-Aluminium-Klebeverbund auf . Es ist auch möglich, die zweite Platte aus Glas bereitzustellen, sodass der Flächenkühlkörper beispielsweise einen PET-Glas-Klebeverbund aufweist . Alternativ oder zusätzlich weist der Flächenkühlkörper den Lack auf , der beispielsweise zusätzlich in dem Verbund vorgesehen ist . Es ist auch möglich, dass der Lack statt der Folie vorgesehen ist , sodass der Flächenkühlkörper den Lack-Aluminiumverbund oder Lack- Glasverbund aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Folie unmittelbar auf den Solarzellen angeordnet . Die Folie dient somit sowohl zum Abschließen und Abdichten der Kühlkanäle als auch zum Befestigen der Flächenkühlkörpers an den Solarzellen . Die Folie ist somit in direktem Kontakt mit den Solarzellen und auch mit der zweiten Platte .
Alternativ oder zusätzlich dient der Lack zum Einbetten der Solarzellen, sodass diese von dem Lack gehalten werden . Der Lack dient in diesem Fall beispielsweise also als Stabilisator und Träger für die Solarzellen und gleichzeitig als Abdeckung und Verbindung für die zweite Platte . Auf zusätzliche Laminations folien kann in dieser Aus führungs form verzichtet werden . Während der Herstellung muss kein Laminationsschritt mehr erfolgen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das PVT-Modul eine Frontbeschichtung auf , die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt . Die Frontbeschichtung ist mittels einer Folie oder mittels eines Lacks gebildet . Die Frontbeschichtung ersetzt beispielsweise ein Frontglas . Die Frontbeschichtung ist im Betrieb der Sonne zugewandt und ist strahlungsdurchlässig . Die Frontbeschichtung ist im Vergleich zum Frontglas deutlich leichter . Beispielsweise ist die Frontbeschichtung aus dem Lack gebildet , in dem auch die Solarzellen eingebettet sind . Es ist auch möglich, unterschiedliche Lacke zu verwenden, beispielsweise einen ersten Lack zum Einbetten der Solarzellen und zum Anbinden an die zweite Platte und einen weiteren Lack als Frontbeschichtung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das PVT-Modul einen Schichtstapel auf . Der Schichtstapel weist in einer Stapelrichtung auf : die zweite Platte , die die Kühlkanäle definiert , den Lack, der als Schicht ausgebildet ist und in dem die Solarzellen eingebettet sind, die Frontbeschichtung, die den Lack abdeckt . Insbesondere weist der Schichtstapel keine wesentlichen weiteren Elemente auf , insbesondere kein Frontglas auf der der zweiten Platte abgewandten Seite der Solarzellen und keine Laminations folie .
Gemäß weiterer Aus führungs formen weist das PVT-Modul den Flächenkühlkörper auf , der zwei Platten aufweist zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind . Die erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und die zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt . Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert . Die erste Platte , die den Solarzellen zugewandt ist , ist plan . Die erste Platte und die zweite Platte basieren j eweils auf mindestens einem anorganischen Material , wie einem Glas oder einem Metall , zum Beispiel Aluminium . Das PVT-Modul weist eine Lackschicht auf , in der die Solarzellen eingebettet sind . Der Flächenkühlkörper ist an der Lackschicht befestigt . Optional ist zwischen dem Flächenkühlkörper und der Lackschicht zur elektrischen I solation eine Kunststof f folie angeordnet . Insbesondere weist das PVT-Modul die Frontbeschichtung auf , die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt , wobei die Frontbeschichtung mittels einer Folie oder eines Lack gebildet ist .
Beispielsweise basiert die erste Platte auf einem anorganischen Material , insbesondere aus Aluminium oder Glas . Eine Folie und/oder ein Lack, die/der zusätzlich zu dem anorganischen Material vorgesehen ist , dient insbesondere als Zwischenschicht zwischen dem Lack, in dem die Solarzellen eingebettet sind, und der anorganischen Platte des Flächenkühlkörpers . Die erste Platte weist auf einer der zweiten Platte abgewandten Seite die Folie auf . Die Folie , die beispielsweise eine PET-Folie ist , ist an dem Lack befestigt . Die Folie dient zur elektrischen I solation zwischen dem Flächenkühlkörper und den Solarzellen .
Weitere Vorteile , Merkmale und Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert . Gleiche Bezugs zeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an . Es sind dabei keine maßstäblichen Bezüge dargestellt , vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Es zeigen : Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-
Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT- Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT- Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel , und
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT- Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Ein Photovoltaik-thermisches Modul 100 , kurz PVT-Modul genannt , kombiniert Photovoltaik-Module zur Stromerzeugung mit der Nutzung der Abwärme der Module . PVT -Module wandeln somit eingestrahlte Sonnenenergie in elektrischen Strom um und die dabei auf tretende Abwärme wird nutzbar gemacht . Neben elektrischer Energie produzieren solche PVT-Module gleichzeitig auch Wärme , beispielsweise in Form von Warmwasser oder anderen Kühl flüssigkeiten . Ein Beispiel für ein derartiges PVT-Modul ist in den Figuren 1 bis 3 j eweils exemplarisch dargestellt . Beispiele für die grundsätzliche Funktionsweise und Einsatzgebiete der hier beschriebenen PVT- Module 100 ist in der deutschen Patentanmeldung 10 2021 123 000 . 4 beschrieben .
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Aus führungsbeispiels des Photovoltaik-thermischen Moduls 100 , auch kurz als PVT- Modul bezeichnet . Das PVT-Modul 100 weist ein Frontglas 1 auf . An einer im Frontglas 1 gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Flächenkühlkörper 10 . Mehrere , zum Beispiel kristalline , Solarzellen 2 sind über elektrische Zellverbinder 3 miteinander verbunden und zwischen dem Frontglas 1 und dem Flächenkühlkörper 10 angeordnet . Insbesondere sind die Solarzellen 2 mit den elektrischen Zellverbindern 3 in eine Laminations folie 4 eingebettet , beispielsweise in eine EVA- Folie . Die Laminations folie 4 befindet sich an dem Frontglas 1 .
An einer dem Frontglas 1 gegenüberliegenden Seite der Laminations folie 4 befindet sich eine Rückwand 6 , insbesondere eine Rückwandfolie , zum Beispiel eine Polyvenyl f luoridfolie , kurz PVF-Folie , wie eine Tedlarfolie , oder alternativ ein Rückglas . Der Flächenkühlkörper ist insbesondere auf die Rückwand 6 aufgeklebt oder auf laminiert , beispielsweise mittels einer Haftschicht 7 . Die Haftschicht 7 ist zum Beispiel aus einem Kleber oder durch eine weitere EVA- Folie gebildet . Mittels der Haftschicht 7 ist der Flächenkühlkörper 10 an dem sogenannten PV-Modul oder PV- Laminat angebunden .
Das PVT -Modul 100 weist einen Rahmen 5 auf . Der Rahmen 5 , beispielsweise aus Aluminium, trägt das PVT-Modul 100 mechanisch, insbesondere das PV-Laminat und den Flächenkühlkörper 10 .
Der Rahmen 5 weist eine obere Halterung 5a und eine untere Halterung 5b auf , die beispielsweise j eweils hori zontal vorspringen . Durch die obere Halterung 5a und die untere Halterung 5b wird eine Klemmverbindung 5c ausgebildet . Mittels der Klemmverbindung 5c wird ein Schichtstapel 25 entlang einer Stapelrichtung 26 zusammengedrückt und verklemmt . Der Schichtstapel 25 umfasst insbesondere das Frontglas 1 und den Flächenkühlkörper 10 sowie die dazwischen angeordneten Schichten, die entlang der Stapelrichtung 26 aufeinander angeordnet sind . Der Flächenkühlkörper 10 weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf , die miteinander verbunden sind . Beispielsweise ist in eine der beiden Platten 10b durch einen Stanzvorgang eine Kanalstruktur mit einer Viel zahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt . Diese Kanalstruktur besteht aus vielen Verästelungen und ist darauf optimiert , möglichst ef fi zient Wärme abzuführen und möglichst niedrige Druckverluste zu ermöglichen .
Die zweite Platte 10b mit den Kühlkanälen 10c wird mittels eines Lötprozesses mit der ersten Platte 10a verbunden . Die zweite Platte 10b ist auf einer den Solarzellen 2 abgewandten Hauptfläche 11 der ersten Platte 10a angeordnet . Die Hauptfläche 11 weist eine größere Ausdehnung auf als die quer dazu angeordneten Seitenflächen oder Randflächen der ersten Platte 10a .
Die zweite Platte 10b ist in einem ersten Bereich 12 der ersten Platte 10a angeordnet . Der erste Bereich 12 ist insbesondere ein mittiger Bereich der ersten Platte 10a . Der erste Bereich 12 ist lateral von einem zweiten Bereich 13 umgeben . Der zweite Bereich 13 ist nicht von der zweiten Platte 10b bedeckt . Die zweite Platte 10b ist nur in dem mittigen ersten Bereich 12 angeordnet und insbesondere von einem Rand 15 des Schichtstapels 25 beabstandet .
Zwischen dem seitlichen Rand 15 , der in der Schnittansicht entlang der Stapelrichtung 26 verläuft , und der zweiten Platte 10b ist quer zur Stapelrichtung 26 der zweite Bereich 13 vorgesehen, an dem die erste Platte 10a insbesondere nicht bedeckt ist . Die zweite Platte 10b weist somit einen Abstand 14 , der quer zur Stapelrichtung 26 entlang der Hauptfläche 11 gemessen ist , auf . Beispielsweise ist der Abstand 14 in einem Bereich von mehr als 5 mm bis zu 20 mm, insbesondere zwischen 7 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 9 und 11 mm, beispielsweise 10 mm . Die zweite Platte 10b ist seitlich also mit dem Abstand 14 von dem Rand 15 beabstandet angeordnet .
Die erste Platte 10a deckt die Solarzellen 2 flächig, insbesondere vollständig oder nahezu vollständig ab . Die zweite Platte 10b ist im Vergleich dazu kleiner ausgebildet . Insbesondere ist die von der zweiten Platte 10b abgedeckte Fläche kleiner als die von der ersten Platte 10a abgedeckte Fläche .
Der Rahmen 5 ist im zweiten Bereich 13 in Kontakt mit dem Flächenkühlkörper 10 . Der Rahmen 5 kontaktiert die erste Platte 10a im zweiten Bereich 13 . Die zweite Platte 10b wird insbesondere nicht direkt von dem Rahmen 5 berührt . Die Klemmverbindung 5c ist zwischen der ersten Platte 10a und dem Frontglas 1 ausgebildet . Die zweite Platte bleibt von mechanischen Belastungen, die direkt von der unteren Halterung 5b ausgewirkt werden, unbeeinträchtigt . Dazu ist die zweite Platte 10b kleiner ausgebildet als die erste Platte 10a, sodass der zweite Bereich 13 ausgebildet ist . Die Klemmverbindung 5c ist somit mit der ersten Platte 10a ausgebildet , die keine Kühlkanäle 10c aufweist , sondern insbesondere plan ausgebildet ist .
Die zweite Platte 10b, die die Kühlkanäle 10c aufweist , kann ohne die unmittelbare Einwirkung der Klemmverbindung 5c an der ersten Platte 10a befestigt werden . Dies ermöglicht eine besonders verlässliche Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und der zweiten Platte 10b mittels eines Lots . Die Kühlkanäle 10c können auf der zweiten Platte 10b beliebig verteilt werden und insbesondere auch nah an einen seitlichen Rand geführt werden, was für die verlässliche Lotverbindung nutzbringend ist . Eine Beschädigung der Kühlkanäle 10c durch die Klemmverbindung 5c, insbesondere die untere Halterung 5b, ist so vermeidbar .
Die erste Platte 10a ist umlaufend um die zweite Platte 10b beispielsweise zirka 10 mm größer . Somit ist es möglich, die erste Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b einzufügen . Die zweite Platte 10b gerät dabei nicht in Konflikt und/oder Kontakt mit dem Rahmen 5 . Aufgrund der verlässlichen Lötverbindung zwischen den beiden Platten 10a, 10b stellt es keine Beeinträchtigung der Stabilität dar, dass die zweite Platte 10b nicht in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b eingeführt ist .
Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird zusätzlich zu der Haftschicht 7 die Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und dem PV-Laminat verstärkt . Das PV-Laminat und der Flächenkühlkörper 10 werden mittels des Rahmens , insbesondere mittels der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b, zusammengedrückt und verpresst . Die erste Platte 10a wird von der unteren Halterung 5b in Richtung des Frontglases 1 gedrückt . Der Flächenkühlkörper 10 kann mit der ersten Platte 10a in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b des Rahmens 5 eingefügt werden . Dadurch wird zusätzlich zum Kleben/Laminieren noch ein weiter Fixierungsprozess bewerkstelligt . Die Flächenkühlkörper 10 hält besser und stabiler auf der PV-Struktur . Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird eine zusätzliche widerstandfähige Verbindung zum PV-Laminat realisiert . Die Kühlkanäle sind in der zweiten Platte 10b ausgebildet und können insbesondere mit einem geringen Abstand zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b ausgebildet werden, beispielsweise mit einem Abstand von maximal 3 bis 4 mm . Trotz dieses geringen Abstands zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b werden die Kühlkanäle 10c beim Verklemmen des Schichtstapels 25 im Rahmen 5 nicht beschädigt , da die zweite Platte 10b in Bezug auf die erste Platte 10a zurückgezogen ausgebildet ist . Die erste Platte 10a springt lateral über die zweite Platte 10b vor, um den Kontaktbereich 12 aus zubilden .
Das PVT-Modul 100 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 1 weist somit eine besonders widerstands fähige Verbindung der Schichten des Schichtstapels 25 auf .
Figur 2 zeigt das PVT-Modul 100 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Das PVT-Modul 100 gemäß Figur 2 entspringt im Wesentlichen dem PVT-Modul 100 gemäß Figur 1 . Insbesondere der Flächenkühlkörper 10 ist j edoch unterschiedlich ausgebildet .
Die erste Platte 10a, die in Kontakt mit der Laminations folie 4 der Solarzellen 2 ist , ist nicht aus Aluminium oder Glas ausgebildet . Die erste Platte 10a weist eine Folie 21 auf oder besteht aus der Folie 21 beziehungsweise ist aus der Folie 21 gebildet . Die Folie 21 ist insbesondere eine anorganische Folie , beispielsweise eine Kunststof f folie , insbesondere eine PET-Folie .
Die Folie 21 schließt die Kühlkanäle 10c der zweiten Platte 10b ab . Zusätzlich verbindet die Folie 21 die zweite Platte 10b mit dem PV-Laminat , insbesondere mit den Solarzellen 2 . Zusätzlich trägt die Folie 21 zur elektrischen I solation zwischen der zweiten Platte 10b und den Solarzellen 2 bei .
Die Folie 21 und die zweite Platte 10b sind mittels einer Klebeverbindung 22 miteinander verbunden . Da kein Lötprozess zum Verbinden der beiden Platten 10a, 10b des Flächenkühlkörpers 10 stattfindet , kann die zweite Platte 10b anders als im Aus führungsbeispiel der Figur 1 bis an den Rand 15 des PVT-Moduls 100 reichen . Die Kühlkanäle 10c können ausreichend weit vom Rand 15 beabstandet sein, um den Rahmen 5 und die Klemmverbindung 5c so aus zubilden, dass die Kühlkanäle 10c nicht beschädigt werden . Die Verbindung zwischen der zweiten Platte 10b und der ersten Platte 10a, die als Folie 21 ausgebildet ist , ist mittels der Klebeverbindung 22 verlässlich realisiert . Der Flächenkühlkörper 10 besteht somit beispielsweise aus einem PET-Aluminium-Klebeverbund . Es ist auch möglich, die zweite Platte 10b aus Glas bereitzustellen .
Die Klebeverbindung 22 und der verwendete Kleber werden so gewählt , dass die zweite Platte 10b ausreichend stark mit der Folie 21 verbunden ist , auch um beispielsweise einen Überdruck von 0 , 5 bar aus zuhalten, mit dem Kühlmittel typischerweise durch die Kühlkanäle 10c fließt . Die Folie 21 ist so ausgebildet und gewählt , dass sie resistent gegen das Kühlmittel ist , das beispielsweise ein Glykolwassergemisch ist . Die Folie 21 ist so ausgebildet , dass die Folie als Feuchtigkeitsbarriere dient und keine Feuchtigkeit zu den Solarzellen 2 lässt .
In der Herstellung ist es möglich, den Flächenkühlkörper 10 mit der Folie 21 direkt in einem einzigen Laminationsprozess zusammen mit den Solarzellen 2 und der Laminations folie 4 zusammen zu laminieren . Dies spart insbesondere die Rückwandfolie 6 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 1 ein . Somit werden Kosten eingespart aufgrund der Materialeinsparung und des eingesparten zusätzlichen Laminationsschrittes und/oder Klebeprozesses während der Herstellung .
Es ist auch möglich, das Frontglas 1 durch eine Frontbeschichtung 23 zu ersetzen . Diese besteht beispielsweise aus einer weiteren Folie oder einer transparenten Lackschicht . Die weitere Folie ist beispielsweise eine flexible transparente Folie , beispielsweise eine PET-Folie . Die Frontbeschichtung 23 ermöglicht ein leichtes PVT -Modul 100 . Zudem lässt sich das PVT-Modul 100 einfacher herstellen, da es keine unterschiedlichen Ausdehnungskoef fi zienten zwischen dem Frontglas 1 und der zweiten Platte 10b aus Aluminium mehr aus zugleichen gibt .
Es ist auch möglich, im Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 anstatt dem Frontglas 1 die Frontbeschichtung 23 vorzusehen und den Flächenkühlkörper 10 mit der ersten Platte 10a aus Aluminium oder Glas . Somit sind unterschiedliche Kombinationen der Aus führungsbeispiele der Figuren 1 , 2 und 3 möglich und von dieser Of fenbarung umfasst .
Das PVT-Modul 100 mit der Folie 21 und der Frontbeschichtung 23 aus einer Folie lässt sich mittels einer einzigen Lamination herstellen, bei der die Solarzellen 2 , die Folie 23 , die Laminations folie 4 und die Folie 21 mit der zweiten Platte 10b in einem einzigen Schritt miteinander verbunden werden . Als Laminations folie dient dazu bevorzugt EVA. Figur 3 zeigt das Photovoltaik-thermische Modul 100 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Anstatt des Frontglases 1 weist das PVT-Modul 100 gemäß Figur 3 die Frontbeschichtung
23 aus einem Klarlack auf . Derartiger Klarlack, der auch über die gesamte Lebensdauer ausreichend stabil gegenüber Witterung, UV-Strahlung und sonstigen Einflüssen ist , ist zum Beispiel aus dem Automobilbereich bekannt .
Die Solarzellen 2 sind nicht mehr in der Laminations folie 4 eingebettet , sondern in einer Lackschicht 24 . Die Lackschicht
24 befestigt die Solarzellen 2 und umgibt diese . Die Lackschicht 24 wird so aufgebracht , dass insbesondere die Einstrahlungsseite der Solarzellen 2 nicht von der Lackschicht 24 bedeckt ist . Die Lackschicht 24 umformt und umgibt die Solarzellen 2 , sodass diese ausreichend mechanisch stabilisiert werden . Zudem wirkt die Lackschicht 24 als Kleber beziehungsweise Haftschicht zum Anbinden der zweiten Platte 10b . Die Lackschicht 24 dient somit auch als erste Platte 10a . Die Lackschicht 24 erfüllt somit die Funktionalität der Laminations folie 4 und der ersten Platte 10a im Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 .
Die Kühlkanäle 10c sind in der zweiten Platte 10b gebildet zwischen der zweiten Platte 10b und der Lackschicht 24 . An der der zweiten Platte 10b abgewandten Seite der Solarzellen 2 wird die Frontbeschichtung 23 , also insbesondere der Klarlack, auf gesprüht .
Das Aus führungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß Figur 3 ist also insbesondere ohne Laminationsschritt herstellbar . Zudem können kostenintensive Materialien wie Laminations folien und/oder Tedlarfolien oder Haftvermittlungs folien und Schichten eingespart werden . Die Herstellung ist deutlich vereinfacht und die Prozessschritte zur Herstellung sind reduziert und somit die Prozesskette vereinfacht . Zur Herstellung wird die Einbettungslackschicht 24 auf die zweite Platte 10b aufgebracht . Die Solarzellen 2 werden in die Lackschicht 24 eingebettet . Die Lackschicht 24 härtet aus . Nachfolgend wird der Lack für die Frontbeschichtung 23 aufgebracht . Somit ist das PVT -Modul 100 fertig hergestellt . Auf eine Frontabdeckung aus Glas kann verzichtet werden . Die Herstellung ist sehr ressourcenschonend und energieschonend . Das PVT-Modul 100 weist ein sehr geringes Gewicht auf und ist leicht . Das PVT-Modul 100 ist kostengünstig .
Figur 4 zeigt das Photovoltaik-thermische Modul 100 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Das PVT-Modul 100 weist die Lackschicht 24 auf , die die Solarzellen 2 befestigt und umgibt . Die Lackschicht 24 ist so aufgebracht , dass insbesondere die Einstrahlungsseite der Solarzellen 2 nicht von der Lackschicht 24 bedeckt ist . Die Lackschicht 24 umformt und umgibt die Solarzellen 2 , sodass diese ausreichend mechanisch stabilisiert sind . Die Lackschicht 24 erfüllt somit insbesondere die Funktionalität der Laminations folie 4 . Zudem weist das PVT-Modul 100 die Frontbeschichtung 23 aus einem Klarlack auf .
Der Flächenkühlkörper 10 ist weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf , die miteinander verbunden sind, beispielsweise miteinander verlötet . In die zweite Platte 10b ist durch einen Stanzvorgang die Kanalstruktur mit der Viel zahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt . Die erste Platte 10a ist mit der Lackschicht 24 verbunden . Die zweite Platte 10b reicht gemäß Aus führungsbeispielen wie im Aus führungsbeispiel gemäß Figuren 2 und 3 an den Rand 15 des PVT -Moduls 100 . Gemäß weiteren Aus führungsbeispielen ist die zweite Platte 10b wie im Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 zurückgesetzt , sodass an der ersten Platte 10a der zweite Bereich 13 ausgebildet ist , der nicht von der zweiten Platte 10b bedeckt ist .
Gemäß dem in Figur 4 dargestellten Aus führungsbeispiel ist zwischen der ersten Platte 10a und der Lackschicht 24 eine Folie 21 vorgesehen, insbesondere eine PET-Folie . Die Folie 21 dient zur elektrischen I solierung zwischen dem Flächenkühlkörper 10 und den Solarzellen 2 . Gemäß weiteren Aus führungsbeispielen wird auf die Folie 21 verzichtet , insbesondere wenn die Lackschicht 24 selbst ausreichen elektrisch isolierend ist . Die erste Platte 10a ist in diesem Aus führungsbeispiel unmittelbar an der Lackschicht 24 befestigt .
Das Aus führungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß Figur 4 ist also insbesondere ohne Laminationsschritt herstellbar . Zudem können kostenintensive Materialien wie Laminations folien und/oder Tedlarfolien oder Haftvermittlungs folien und Schichten eingespart werden . Auf die Frontabdeckung aus Glas kann verzichtet werden . Das PVT-Modul 100 lässt sich einfach und zuverlässig herstellen, da es keine unterschiedlichen Ausdehnungskoef fi zienten zwischen dem Frontglas 1 und dem Flächenkühlkörper 10 aus Aluminium mehr aus zugleichen gibt . Es ist auch möglich, die Solarzellen 2 in der Laminations folie 4 einzubettet , wie in Zusammenhang mit Figur 1 erläutert . Der Flächenkühlkörper 10 dient zur mechanischen Unterstützung und die Frontbeschichtung 23 aus dem Klarlack deckt die Solarzellen 2 nach oben ab . Anwendungsgebiete für die hier beschriebenen PVT-Module 100 sind Solarzellen 2 aller Art , zum Beispiel kristalline oder bi faziale kristalline Module oder Dünnschichtmodule . Weiterhin kommen insbesondere folgende Einsatzgebiete der Module 100 in Betracht : Aufdach, Industrie , Frei fläche , Niedertemperatur-Wärmenetze , schwimmende Anlagen, große Frei f lächen-Solarparks , insbesondere in heißen Gegenden wie USA, Indien, Spanien, Arabien, Australien, Chile .
Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Aus führungsbeispiele ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar . Prozess zeiten und Herstellungskomplexität können verringert werden . Dies führt zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der PVT-Module 100 insbesondere im Unterschied zu herkömmlichen PVT -Modulen mit Kupferrohren .
Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Aus führungsbeispiele zeichnet sich aus durch eine verbesserte Zuverlässigkeit und Qualität auf Grund der doppelte Fügeverbindung mittels Klebung/Lamination und Klemmung im Rahmen 5 . Zudem sind deutliche Vereinfachungen im Produktionsprozess möglich . Wesentlich weniger Einsatz von teuren Materialien ist realisierbar . Niedrigere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit sind somit möglich .
Be zugs Zeichen
100 Photovoltaik-thermisches Modul ( PVT-Modul )
1 Frontglas
2 Solarzelle
3 elektrischer Zellverbinder
4 Laminations folie
5 Rahmen
5a obere Halterung
5b untere Halterung
5c Klemmverbindung
6 Rückwand
7 Haftschicht
10 Flächenkühlkörper
10a erste Platte , den Solarzellen zugewandt
10b zweite Platte , den Solarzellen abgewandt
10c Kühlkanal
11 Hauptfläche
12 erster Bereich
13 zweiter Bereich
14 Abstand
21 Folie
22 Klebeverbindung
23 Frontbeschichtung
24 Lackschicht
25 Schichtstapel
26 Stapelrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit
- einer Vielzahl von Solarzellen (2) , und
- einem Flächenkühlkörper (10) , wobei
- der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a) , die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b) , die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die zweite Platte (10b) auf einer Hauptfläche (11) der ersten Platte (10a) angeordnet ist, sodass ein erster Bereich (12) der ersten Platte (10a) von der zweiten Platte (10b) abgedeckt ist und ein zweiter Bereich (13) der ersten Platte (10a) frei von der zweiten Platte (10b) ist.
2. Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 1, bei dem sich die erste Platte (10a) über eine größere Fläche erstreckt als die zweite Platte (10b) .
3. Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Bereich (13) der ersten Platte (10a) umlaufend um die zweite Platte (10b) angeordnet ist.
4. Photovoltaik-thermisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend einen Trägerrahmen (5) , der das Photovoltaik-thermische Modul (100) mechanisch trägt, wobei der Trägerrahmen (5) in Kontakt mit dem zweiten Bereich (13) der ersten Platte (10a) ist.
5. Photovoltaik-thermisches Modul nach Anspruch 4, bei dem der Trägerrahmen (5) die Solarzellen (2) und die erste Platte (10a) miteinander verklemmt.
6. Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit
- einer Vielzahl von Solarzellen (2) , und
- einem Flächenkühlkörper (10) , wobei
- der Flächenkühlkörper (10) eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a) den Solarzellen (2) zugewandt ist und durch eine zweite der Platten (10b) , die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die erste Platte (10a) eine Folie (21) und/oder einen Lack (24) aufweist.
7. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6, bei dem die Folie (21) und/oder der Lack (24) und die zweite Platte (10b) mittels einer Klebeverbindung (22) miteinander verbunden sind.
8. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 oder
7, bei dem die Folie (21) und/oder der Lack (24) unmittelbar auf den Solarzellen (2) angeordnet ist.
9. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 bis
8, wobei die erste Platte (10a) mittels einer Folie (21) und/oder eines Lacks (24) gebildet ist.
10. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Anspruch 6 bis
9, bei dem die Solarzellen (2) in dem Lack (24) einbettet sind .
11. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, aufweisend eine Frontbeschichtung (23) , die auf einer dem Flächenkühlkörper (10) abgewandten Seite der Solarzellen (2) angeordnet ist und die die Solarzellen (1) abdeckt, wobei die Frontbeschichtung (23) mittels einer Folie oder eines Lack gebildet ist.
12. Photovoltaik-thermisches Modul (100) nach Ansprüchen 10 und 11, wobei das Photovoltaik-thermische Modul (100) einen Schichtstapel (25) aufweist, der in einer Stapelrichtung (26) aufweist :
- die zweite Platte (10b) , die die Kühlkanäle (10c) definiert,
- den Lack (24) , der als Schicht ausgebildet ist und in dem die Solarzellen (2) eingebettet sind,
- die Frontbeschichtung (23) , die den Lack (24) abdeckt.
13. Photovoltaik-thermisches Modul (100) mit
- einer Vielzahl von Solarzellen (2) , die in einer Lackschicht (24) eigebettet sind, und
- einem Flächenkühlkörper (10) , wobei
- der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a) , die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b) , die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und
- der Flächenkühlkörper (10) an der Lackschicht (24) befestigt ist.
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