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Die
Erfindung betrifft ein photovoltaisches Solarmodul.
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Photovoltaische
Solarmodule sind anschlussfähige Montageeinheiten aus einer
Mehrzahl miteinander verschalteter photovoltaischer Solarzellen.
Als Solarzellen sind aus der Praxis mono- und polykristalline Siliziumzellen,
amorphe Siliziumzellen und Dünnschichtsolarzellen aus Cadmium-Tellurid (CdTe)
sowie Kupfer-Indium (Gallium-)Diselenid (CIS, CIGS) bekannt.
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Wegen
ihres hohen Wirkungsgrades werden im Stand der Technik mono- und
polykristalline Siliziumzellen bevorzugt eingesetzt. Diese Solarzellen werden
als Dünnschnitte mit einer Schichtstärke von etwa
200 μm aus einem Siliziumblock geschnitten, miteinander
verschaltet auf einem Trägerelement appliziert und sonnenseitig
mit einem Solarglas abgedeckt. So gebildete Solarmodule weisen einen Schichtaufbau
auf, bei dem im Wesentlichen das Trägerelement die auf
das Solarmodul wirkenden Kräfte aufzunehmen und über
einen Rahmen an eine Bauwerksstruktur abzugeben hat.
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Aus
der
DE 100 50 614
C1 ist ein photovoltaisches Solarmodul bekannt, welches
im Wesentlichen aus zwei Glasscheiben besteht, zwischen denen innerhalb
einer EVA-Folie (Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie) Solarzellen eingebettet
sind. Die EVA-Folie ist dabei eine Schmelzkleberfolie, die es ermöglicht, in
einem Temperaturvakuumprozess die Solarzellen mit einem Trägerelement,
in diesem Falle den Glasscheiben zu einem Verbund zu vereinen. Dabei
bilden die EVA-Folien (Schmelzkleberfolien) nach ihrer Verschmelzung
praktisch eine homogene Folie.
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Neben
den oben genannten Glasscheiben sind aus der Praxis Trägerelemente
aus Kunststoff bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photovoltaisches Solarmodul
zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Stabilität
aufweist.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem photovoltaischen Solarmodul mit mindestens
einer ersten und einer zweiten photovoltaischen Solarzelle aus kristallinem
Silizium, einem Trägerelement und einem Abdeckelement vorgesehen,
dass das Trägerelement einen Grundkörper aus einem
Metallblech, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Aluminium aufweist,
auf welchem eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist.
Dadurch wird die Stabilität des Solarmoduls gegenüber
mechanischer Belastung, insbesondere durch Sturm- oder Schneelast
verbessert.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Trägerelement selbsttragend, insbesondere zu einer
rahmenlosen Montage ausgebildet. Dadurch kann auf einen separaten
Rahmen verzichtet werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Trägerelement einen Grundkörper
aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist,
auf welchem eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist.
Ein Trägerelement mit einem Grundkörper aus einem
wärmeleitfähigen Material bewirkt, dass über
die der Sonne abgewandte Rückseite des photovoltaischen
Solarmoduls Wärme abgeführt werden kann, so dass
das erfindungsgemäße Solarmodul eine geringere
Erwärmung aufweist, als aus dem Stand der Technik bekannte
Solarmodule, wobei die gemäß der Erfindung ferner
vorgesehene elektrische Isolationsschicht einen Kurzschluss zwischen
den einzelnen Solarzellen verhindert. Durch die geringere Erwärmung
wird die mit einem solchen Solarmodul erzielbare Energieausbeute
erhöht.
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Das
Solarmodul gemäß der genannten besonders bevorzugten
Ausführungsform hat ferner den Vorteil, mit einem verhältnismäßig
geringen Aufwand herstellbar zu sein, denn auf einem wärmeleitfähigen
Material läßt sich eine elektrische Isolationsschicht
besonders einfach herstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn – wie
gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen – das Trägerelement einen
Grundkörper aufweist, der als Metallblech, insbesondere
aus Stahl, Kupfer oder Aluminium gefertigt ist, wobei dann vorzugsweise
die elektrische Isolationsschicht als Emaille-, Glas-, Lack-, Kunststoff-
oder Pulverbeschichtung auf dem Grundkörper ausgebildet
ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die elektrische Isolationsschicht als Reflexionsschicht für Sonnenstrahlen
ausgebildet ist, wobei die elektrische Isolationsschicht vorzugsweise
als Schicht in der Farbe Weiss ausgeführt ist. Durch eine
Reflexion von Sonnenstrahlen, insbesondere in den Bereichen zwischen
den Solarzellen, wird eine Wärmeaufnahme durch das Solarmodul
verringert, was zu einer geringeren Erwärmung des Solarmoduls
führt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass an dem Trägerelement zur Aussteifung Rippen oder Abkantungen,
insbesondere Umbiegungen von 90° ausgebildet sind. Dadurch
ist es auch bei hohen Belastungen möglich, auf einen Rahmen
zu verzichten, was nicht nur den Herstellungsaufwand verringert
sondern auch im Sinne einer günstigen Wärmeabfuhr
zu einer verbesserten Umströmung des Solarmoduls durch
die Umgebungsluft führt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass an dem Trägerelement zwischen den Solarzellen Verformungszonen,
insbesondere vorgeprägte Sollbiegezonen ausgebildet sind.
Dadurch ist eine Möglichkeit geschaffen, dem unter Verwendung
kristalliner Siliziumzellen geschaffenen Solarmodul eine von einer rein
ebenen Erstreckung abweichende Form zu geben. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn das Solarmodul an einer Fassade unter anderem
als Sonnenschutz Verwendung finden soll oder als ein dachintegriertes
System eingesetzt werden soll.
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Eine
Montage des photovoltaischen Solarmoduls an einer Bauwerksstruktur
wird erleichtert, wenn – wie gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – an
dem Trägerelement mindestens eine Anschlussstruktur zum Anschluss
an eine Bauwerksstruktur, insbesondere ein Lochraster ausgebildet
ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Trägerelement eine Wandstärke
von 0,7 mm bis 2,0 mm, insbesondere eine Wandstärke von
1,0 mm aufweist, denn bereits ein 1 mm starkes Blech ergibt in Verbindung
mit der Glasscheibe ein stabiles Konstrukt, insbesondere wenn der
Lochkranz um das Modul für mehrere Befestigungselemente
genutzt wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die elektrische Isolationsschicht als 0,1 mm starke
Emaillebeschichtung ausgebildet ist. Die vorzugsweise vorgesehene
Emaille ist eine glasähnliche Beschichtung, die eine hohe
Dauerhaftigkeit und gute Isolationseigenschaften aufweist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die elektrische Isolationsschicht als farbige,
vorzugsweise uni oder gemusterte Designschicht ausgebildet ist.
Dadurch werden künstlerische und/oder gestalterische Freiheiten
geschaffen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass in dem Trägerelement mindestens eine,
vorzugsweise mehrere Durchbrechungen vorgesehen sind, die für Dioden,
die zur Verschaltung der Solarzellen vorgesehen sind, einen bzw.
mehrere Aufnahmeräume bilden. In den Durchbrechungen, die
vorzugsweise Löcher mit 10 mm Durchmesser sind, finden
flache Dioden Platz, die sich sonst üblicherweise in einer
separaten Anschlussdose befinden. Da sich die insbesondere flachen
Dioden selber direkt oder über ihre Anschlussbändchen
indirekt im Kontakt mit dem Rückseitenblech, insbesondere
dessen Beschichtung befinden, wird so das Problem der Wärmeabfuhr entschärft.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
photovoltaisches Solarmodul gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen
Darstellung,
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2 einen
ersten Schnitt durch das photovoltaische Solarmodul in 1 gemäß der
Ebene II in 1,
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3 einen
zweiten zu dem ersten Schnitt senkrechten Schnitt durch das photovoltaische
Solarmodul in 1 gemäß der
Linie III-III in 1,
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4 ein
erstes Verschaltungsschema für das photovoltaische Solarmodul
in den 1 bis 3,
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5 ein
zweites, alternatives Verschaltungsschema für das photovoltaische
Solarmodul in den 1 bis 3, und
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6 ein
drittes, alternatives Verschaltungsschema für das photovoltaische
Solarmodul in den 1 bis 3.
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Das
anhand der 1 bis 3 erläuterte photovoltaische
Solarmodul 100 gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist sechsunddreißig
Solarzellen 102 auf, welche aus polykristallinem Silizium
bestehen und jeweils eine Schichtstärke von etwa 200 μm
aufweisen. Diese Schichtstärke ist in 2 etwa
10-fach überzeichnet dargestellt.
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Die
Solarzellen 102 sind auf einem im Wesentlichen eben ausgebildeten
Trägerelement 104 angeordnet, wobei das Trägerelement 104 einen Grundkörper 106 aufweist,
auf welchem eine elektrische Isolationsschicht 108 ausgebildet
ist. Der Grundkörper 106 ist bei der gezeigten
besonders bevorzugten Ausführungsform ein Stahlblech mit
einer Wandstärke von 1,0 mm. Die elektrische Isolationsschicht 108,
die eine Schichtstärke von 0,1 mm aufweist, besteht aus
einem Emaille-Material in der Farbe Weiß.
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Das
photovoltaische Solarmodul 100 weist darüber hinaus
als Abdeckelement eine Solarglasscheibe 110 auf, welche über
eine Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 mit dem Trägerelement 104 verbunden ist.
Diese Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie deckt auch flache Leiterbahnen 114, über
welche die einzelnen Solarzellen 102 miteinander verbunden sind,
ab. Die Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie ist durch eine 15-minütige Wärmebehandlung
in einer Wärmekammer bei 150°C vernetzt worden.
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Anhand
von 1 ist erkennbar, dass das Trägerelement 104 um
das aus den Solarzellen 102 gebildete Feld 116 einen
Rahmen 118 bildet, wobei dieser Rahmen 118 jedoch
ohne Ebenenversatz gebildet ist. In dem Rahmen 118 sind
Befestigungslöcher 120 ausgebildet, die ein regelmäßiges
Lochraster bilden, welches als Anschlussstruktur zum Anschluss des
Solarmoduls 100 an eine Bauwerksstruktur dient.
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Anhand
von 1 ist erkennbar, dass nicht nur der durch das
Trägerelement 104 gebildete Rahmen 118,
sondern auch die Bereiche zwischen den Solarzellen 102 in
der Farbe Weiß und damit reflektierend ausgebildet sind.
Durch die insgesamt sehr flache Ausführung des photovoltaischen
Solarmoduls 100, bei dem auf einen strukturgebenden separaten
Rahmen verzichtet ist, sowie durch den sehr gut wärmeleitfähigen
Grundkörper 106 und die als Reflektionsschicht
für Sonnenstrahlen ausgebildete elektrische Isolationsschicht 108 wird
ein photovoltaisches Solarmodul 100 zur Verfügung
gestellt, welches sich deutlich geringer erwärmt als Solarmodule gemäß dem
Stand der Technik.
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Das
Feld 116 ist in drei Teilfelder 122, 123, 124 elektrisch
unterteilt, wobei diese Teilfelder 122, 123, 124 über
Dioden 126 – wie in 4 gezeigt – miteinander
verschaltet sind. Mit den Dioden 126 werden so genannte „Hot
Spots” verhindert, die durch einen Defekt oder eine Abschattung
einer Solarzelle 102 entstehen können. Die Dioden 126,
die auch innerhalb des Feldes 116 angeordnet sein können,
sind in der Ebene des Solarmoduls 100 angeordnet und – wie
in 3 gezeigt – in die Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 eingebettet.
Der Anschluss der Dioden erfolgt über die flachen Leiterbahnen 114.
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Die
Dioden 126 befinden sich im Bereich von Öffnungen 128,
die in dem Trägerelement 104 ausgebildet sind,
um eine möglichst dünne Ausbildung der Ethylen-Vinyl-Acetat-Folie 112 ohne
die Gefahr von Isolationsverlusten zu ermöglichen. Die
mechanische Struktur des Trägerelements 104 wird
dadurch allerdings nicht geschwächt, denn zum einen sind
nur wenige Öffnungen 128 für die Dioden 126 vorzusehen,
und zum anderen sind die Öffnungen 128 vorzugsweise
kreiszylindrisch ausgebildet.
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Durch
die Anordnung der Dioden 126 in Öffnungen 128 können
diese platzsparend und am Ort mit den kürzesten elektrischen
Wegen eingesetzt werden. Über die langen Kontakte der Anschlussleitungen
(Ribbons, leitfähiges Bändchen zum Verschalten
der Zellen/Strings untereinander) kann die Wärme aus der
jeweiligen Diode 126 über die Anschlussleitung 114 in
das Blech gelangen. Dadurch wird eine separate Anschlussdose, die
sonst üblicherweise die Dioden enthält, überflüssig,
wodurch auch ein Kostenvorteil entsteht.
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Durch
die in 4 gezeigte Anordnung dreier Dioden 126 ist
das photovoltaische Solarmodul 100 in drei Teilfelder 122, 123, 124 aufgeteilt,
wobei sich die Teilfelder 122, 123, 124 jeweils über
zwei Spalten erstrecken. Gemäß den alternativen
Verschaltungsschemata in den 5 und 6 sind dagegen
sechs Dioden 126 vorgesehen, sodass sich jeweils sechs
Teilfelder 122, 122', 123, 123', 124, 124' ergeben,
sodass sich ein String zwar nach wie vor über zwei Spalten,
jedoch nur noch über die Hälfte der Zeilen erstreckt.
Dadurch werden die Wirkungen von Abschattungen oder defekten Solarzellen 102 verringert.
Die Dioden 126 sind dabei nicht mehr seitlich benachbart
zu den Solarzellen 102 wie in 1 gezeigt
angeordnet, sondern innerhalb des Feldes 116 der Solarzellen 102.
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Gemäß 5 ist
bei einer Anordnung von sechs Dioden 126 vorgesehen, die
elektrischen Anschlüsse 130 des Moduls durch das
Trägerelement 104 hindurch auf dessen Rückseite
und quasi mittig an dem Solarmodul 102 zu einer Dose zu
führen.
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Gemäß dem
Verschaltungsschema in 6 können die elektrischen
Anschlüsse ähnlich wie in 1 seitlich
benachbart zu den Solarzellen 102 durch eine Öffnung 132 auf
die Rückseite des Solarmoduls 100 geführt
werden. Es ist aber auch möglich, die elektrischen Anschlüsse 130 um
eine Kante des Trägerelements 104 herum auf dessen
Rückseite zu führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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