DE102010038869A1 - photovoltaic module - Google Patents

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Abstract

Ein Photovoltaikmodul umfasst eine Photovoltaikschicht, die auf ein Substrat aufgebracht ist, welches eine Wabenstruktur aufweist.A photovoltaic module comprises a photovoltaic layer which is applied to a substrate which has a honeycomb structure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Photovoltaikmodul, mit einer Photovoltaikschicht, die auf ein Substrat aufgebracht ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a photovoltaic module, with a photovoltaic layer, which is applied to a substrate, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

In der DE 10 2007 034 252 A1 wird ein Photovoltaikmodul beschrieben, das ein Substrat als Trägermaterial und eine auf das Substrat aufgebrachte Photovoltaikschicht umfasst, bestehend aus einer Grundelektrode unmittelbar auf der Oberfläche des Substrates, einer optisch aktiven Schicht und einer Deckelektrode. Das Substrat besteht gemäß einer in der DE 10 2007 034 252 A1 genannten Ausführungsvariante aus Papier oder Karton, wodurch dem Substrat eine flexible Verformbarkeit verliehen wird.In the DE 10 2007 034 252 A1 a photovoltaic module is described which comprises a substrate as a carrier material and a photovoltaic layer applied to the substrate, consisting of a base electrode directly on the surface of the substrate, an optically active layer and a cover electrode. The substrate is according to one in the DE 10 2007 034 252 A1 mentioned variant of paper or cardboard, whereby the substrate is given a flexible deformability.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein leicht bauendes und stabiles Photovoltaikmodul zu schaffen.The invention has for its object to provide a simple construction and stable photovoltaic module with simple measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul weist ein Substrat als Trägerelement und eine auf das Substrat aufgebrachte, optisch aktive Photovoltaikschicht auf. Das Substrat besitzt eine Wabenstruktur, wodurch die Stabilität des Substrats und damit auch des gesamten Photovoltaikmoduls signifikant gesteigert ist. Dies erlaubt es, für das Substrat leichte Materialien zu verwenden und dennoch ein Photovoltaikmodul mit hoher Stabilität zu erhalten. Aufgrund der Wabenstruktur ist das Substrat im Wesentlichen starr ausgebildet und kann für einen großflächigen Einsatz einer Vielzahl zusammenwirkender, einzelner Photovoltaikmodule verwendet werden. Hierbei ist entweder pro Substrat eine Photovoltaikschicht vorgesehen, wobei eine Mehrzahl derartiger Photovoltaikmodule zusammengeschaltet werden können, oder es sind auf einem gemeinsamen, großflächigen Substrat mehrere einzelne Photovoltaikschichten angeordnet, wobei auch in diesem Fall eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen zusammengekoppelt werden können.The photovoltaic module according to the invention has a substrate as a carrier element and an optically active photovoltaic layer applied to the substrate. The substrate has a honeycomb structure, whereby the stability of the substrate and thus also of the entire photovoltaic module is significantly increased. This makes it possible to use lightweight materials for the substrate and still obtain a photovoltaic module with high stability. Due to the honeycomb structure, the substrate is substantially rigid and can be used for large-scale use of a plurality of cooperating, individual photovoltaic modules. Here, either a photovoltaic layer is provided per substrate, wherein a plurality of such photovoltaic modules can be interconnected, or a plurality of individual photovoltaic layers are arranged on a common, large-area substrate, in which case a plurality of photovoltaic modules can be coupled together.

Aufgrund der Wabenstruktur können Materialien verwendet werden, die ansonsten in einer Ausführung als Glattlage flexibel verformbar wären. Die Wabenstruktur verleiht derartigen Materialien eine ausreichende Festigkeit zum Erzielen einer starren Struktur. Zugleich weist das in dieser Weise ausgebildete Substrat ein verhältnismäßig geringes Flächengewicht auf. Photovoltaikmodule mit derartigen Substraten können für großflächige Einsatzgebiete wie zum Beispiel auf Dächern von Industriegebäuden, Sporthallen oder in Solarparks auf Feldern verwendet werden. Möglich ist aber auch eine kleinflächige Anwendung, die gleichwohl eine Mindeststabilität voraussetzt, beispielsweise, um Tragkonstruktionen durch das Photovoltaikmodul zu substituieren wie zum Beispiel bei Fahrzeugen, beispielsweise im Autodach.Due to the honeycomb structure materials can be used, which would otherwise be flexibly deformable in a design as smooth layer. The honeycomb structure provides such materials with sufficient strength to achieve a rigid structure. At the same time, the substrate formed in this way has a relatively low weight per unit area. Photovoltaic modules with such substrates can be used for large-scale applications such as on roofs of industrial buildings, sports halls or in solar farms on fields. However, it is also possible a small-scale application, which nevertheless requires a minimum stability, for example, to substitute support structures by the photovoltaic module such as in vehicles, for example in the car roof.

Das Substrat kann sowohl eben als auch nicht-eben, beispielsweise gewölbt ausgeführt sein. Die Photovoltaikschicht liegt vorzugsweise flächig bzw. parallel zur Oberfläche auf dem Substrat auf.The substrate may be both flat and non-planar, for example curved. The photovoltaic layer is preferably flat or parallel to the surface on the substrate.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht das Substrat zumindest im Wesentlichen aus Papier oder Karton, gegebenenfalls kommen auch Kunststoff- oder Metallkonstruktionen in Betracht. Die Verwendung von Papier oder Karton für das Substrat hat den Vorteil des geringen Gewichtes bei kostengünstiger Herstellung.According to a preferred embodiment, the substrate consists at least substantially of paper or cardboard, if appropriate, plastic or metal constructions are also possible. The use of paper or board for the substrate has the advantage of being light in weight and cost-effective to manufacture.

Das Substrat ist zweckmäßigerweise dreilagig ausgeführt und umfasst eine obere und eine untere Decklage, zwischen denen eine Wabenstrukturlage liegt. Die drei Lagen bestehen vorzugsweise alle aus dem gleichen Material, bevorzugt aus Papier oder Karton, wobei grundsätzlich auch eine Kombination verschiedener Materialien in Betracht kommt, beispielsweise eine Fertigung der oberen und unteren Decklage aus einem ersten Material und der zwischenliegenden Wabenstrukturlage aus einem zweiten, sich unterscheidenden Material. In Betracht kommt auch eine Kombination von Papier und Karton, indem zum Beispiel die Wabenstrukturlage aus Papier und die beiden Decklagen aus Karton bestehen bzw. umgekehrt.The substrate is expediently designed in three layers and comprises an upper and a lower cover layer, between which lies a honeycomb structure layer. The three layers are preferably all made of the same material, preferably of paper or cardboard, whereby in principle a combination of different materials comes into consideration, for example a production of the upper and lower cover layer of a first material and the intermediate honeycomb layer of a second, different Material. Also suitable is a combination of paper and cardboard, for example by the honeycomb layer made of paper and the two cover layers made of cardboard or vice versa.

Es kann zweckmäßig sein, zur Steigerung der Stabilität mindestens ein Stützelement mit dem Substrat zu verbinden, beispielsweise eine Glasfasermatte. Im Falle eines dreilagigen Substrats befindet sich das Stützelement entweder an einer der Decklagen, an beiden Decklagen, an der Wabenstrukturlage, an einer Decklage und einer angrenzenden Wabenstrukturlage oder an allen drei Lagen. Hierbei können sowohl die einzelnen Lagen mit jeweils einem Stützelement versehen sein als auch zwei Lagen oder alle drei Lagen über ein gemeinsames Stützelement verstärkt sein.It may be expedient to connect at least one support element to the substrate, for example a glass fiber mat, in order to increase the stability. In the case of a three-layer substrate, the support element is located either on one of the cover layers, on both cover layers, on the honeycomb layer, on a cover layer and an adjacent honeycomb layer or on all three layers. Here, both the individual layers may each be provided with a support element as well as two layers or all three layers may be reinforced by a common support element.

Die Photovoltaikschicht kann sowohl organisch als auch anorganisch als Solarzelle ausgebildet sein. Im Falle einer organischen Ausführung zeichnet sich diese durch ein verhältnismäßig geringes Gewicht und eine gute Flexibilität aus. Durch das Aufbringen der organischen Photovoltaikschicht auf das wabenartige Substrat ist das Photovoltaikmodul insgesamt starr ausgebildet. Die Flexibilität der organischen Photovoltaikschicht erlaubt es, nicht-ebene Substratoberflächen mit der Photovoltaikschicht zu bedecken.The photovoltaic layer may be formed both organically and inorganically as a solar cell. In the case of an organic version, this is characterized by a relatively low weight and good flexibility. By applying the organic photovoltaic layer on the honeycomb substrate is the photovoltaic module altogether rigid. The flexibility of the organic photovoltaic layer makes it possible to cover non-planar substrate surfaces with the photovoltaic layer.

Im Falle einer anorganischen Solarzelle ist die Festigkeit und Stabilität des Substrats groß genug, das erhöhte Gewicht aufnehmen zu können, eine ausreichende Steifigkeit für Anwendung bereitzustellen sowie den Schutz der Zellen (insbesondere beim Einsatz von kristallinen Dickschichtzellen) vor Bruch zu gewährleisten.In the case of an inorganic solar cell, the strength and stability of the substrate is high enough to accommodate the increased weight, to provide sufficient rigidity for application, and to protect the cells (especially when using crystalline thick film cells) from breakage.

Für eine weitere Verbesserung der Stabilität kann es zweckmäßig sein, die Waben des Substrats teilweise oder vollständig mit einem Schaum zu füllen, der vorzugsweise im nicht ausgehärteten Zustand in die Waben eingebracht wird und anschließend aushärtet. Der Schaum besteht beispielsweise aus Polyurethan und kann im Composite Spray Molding(CSM)-Verfahren eingebracht werden.For a further improvement of the stability, it may be expedient to fill the honeycombs of the substrate partially or completely with a foam, which is preferably introduced into the honeycomb in the uncured state and then cured. The foam is for example made of polyurethane and can be introduced in the composite spray molding (CSM) process.

Das Substrat weist zweckmäßigerweise eine wasserfeste Beschichtung auf, wobei gegebenenfalls die Beschichtung zusätzlich die Entflammbarkeit verringert. In der Ausführung des Substrats als wabenartiger Karton bzw. Papierwabe weist dieses vorteilhafterweise einschließlich der Beschichtung ein Gewicht von beispielsweise 115 g/m2 auf.The substrate expediently has a water-resistant coating, wherein optionally the coating additionally reduces the flammability. In the embodiment of the substrate as a honeycomb cardboard or paper honeycomb, this advantageously has a weight of, for example, 115 g / m 2, including the coating.

Die Verbindung der Photovoltaikschicht mit dem Substrat erfolgt beispielsweise mittels Klebens, wobei sowohl eine durchgehende, flächige Klebeschicht als auch einzelne Klebepunkte bzw. ein Klebemuster vorgesehen sein können. Möglich sind aber auch sonstige Verbindungsarten wie formschlüssige Verbindungen, beispielsweise mittels einer transparenten Folie, die über die Photovoltaikschicht gespannt ist und am Substrat befestigt ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Photovoltaikschicht mit einer starren, UV-beständigen und transparenten Schicht bzw. Platte abzudecken (beispielsweise Polycarbonat oder Plexiglas) und mit dem Substrat zu verbinden.The connection of the photovoltaic layer to the substrate takes place for example by means of gluing, wherein both a continuous, flat adhesive layer and individual adhesive dots or an adhesive pattern can be provided. But are also possible other types of connection such as positive connections, for example by means of a transparent film which is stretched over the photovoltaic layer and fixed to the substrate. Furthermore, it is possible to cover the photovoltaic layer with a rigid, UV-resistant and transparent layer or plate (for example, polycarbonate or Plexiglas) and connect to the substrate.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 in Seitenansicht ein Photovoltaikmodul, mit einem Substrat, auf das eine optisch aktive Photovoltaikschicht aufgebracht ist, wobei das Substrat im Innern eine Wabenstruktur aufweist, 1 in side view, a photovoltaic module, with a substrate, on which an optically active photovoltaic layer is applied, wherein the substrate has a honeycomb structure in the interior,

2 das Photovoltaikmodul gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht, 2 the photovoltaic module according to 1 in a perspective view,

3 in Einzeldarstellung das Substrat in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, bestehend aus einer oberen und unteren Decklage und einer zwischenliegenden Wabenstrukturlage, 3 in a detailed representation of the substrate in a perspective exploded view, consisting of an upper and lower cover layer and an intermediate honeycomb layer,

4 ein Photovoltaikmodul in Seitenansicht in einer weiteren Ausführung, bei der die Photovoltaikschicht von einer transparenten Folie überdeckt ist, 4 a photovoltaic module in a side view in a further embodiment, in which the photovoltaic layer is covered by a transparent film,

5 ein weiteres Photovoltaikmodul, das über Klebepunkte bzw. -linien mit dem Substrat verbunden ist. 5 another photovoltaic module, which is connected via adhesive dots or lines to the substrate.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.

In den 1 und 2 ist ein Photovoltaikmodul 1 dargestellt, das als Trägerkörper ein Substrat 2 und als optisch aktive Schicht eine auf das Substrat 2 aufgebrachte Photovoltaikschicht 3 aufweist. Die Photovoltaikschicht 3 ist beispielsweise als leichte und flexible organische Schicht ausgeführt. Die fest mit der Oberseite des Substrats 2 verbundene Photovoltaikschicht 3 weist eine geringfügig kleinere Grundfläche als das Substrat auf, so dass zwischen dem Randbereich der Photovoltaikschicht 3 und dem Randbereich des Substrats 2 ein umlaufender Streifen gebildet ist, der frei von der Photovoltaikschicht ist.In the 1 and 2 is a photovoltaic module 1 represented, as a carrier body, a substrate 2 and as an optically active layer one on the substrate 2 applied photovoltaic layer 3 having. The photovoltaic layer 3 For example, it is designed as a light and flexible organic layer. The tight with the top of the substrate 2 connected photovoltaic layer 3 has a slightly smaller base area than the substrate, so that between the edge region of the photovoltaic layer 3 and the edge region of the substrate 2 a circumferential strip is formed, which is free of the photovoltaic layer.

Das Substrat 2 des Photovoltaikmoduls 1 weist in der in 3 dargestellten Weise eine Wabenstruktur auf und besteht aus Papier bzw. Karton. Gemäß 3 weist das Substrat 2 drei übereinander liegende und miteinander verbundene Lagen auf, nämlich eine obere Decklage 4, eine untere Decklage 5 und eine zwischenliegende Wabenstrukturlage 6. Die Lagen sind durch Kleben miteinander verbunden. Die obere und die untere Decklage 4 bzw. 5 sind glattflächig ausgeführt, die Wabenstrukturlage 6 besitzt eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl einzelner Waben, welche sich zwischen oberer und unterer Decklage 4, 5 erstrecken. Im Ausführungsbeispiel weisen die Waben Dreieckform auf, wobei grundsätzlich auch andere Querschnittsformen in Betracht kommen, beispielsweise sechseckige Waben oder viereckige Waben. Die Dicke der zwischenliegenden Wabenstruktur 6 ist signifikant größer als die Dicke der Decklagen 4 bzw. 5. Aufgrund der Erstreckung der einzelnen Waben zwischen den Lagen 4 bzw. 5 weist das Substrat 2 in Belastungsrichtung orthogonal zur Ebene der Decklagen 4 bzw. 5 eine hohe Steifigkeit auf. Auch in Querrichtung besitzt das Substrat eine erhöhte Steifigkeit.The substrate 2 of the photovoltaic module 1 points in the in 3 illustrated a honeycomb structure and consists of paper or cardboard. According to 3 has the substrate 2 three superposed and interconnected layers, namely an upper cover layer 4 , a lower cover layer 5 and an intermediate honeycomb structure layer 6 , The layers are bonded together by gluing. The upper and lower cover layers 4 respectively. 5 are smooth surface executed, the honeycomb structure 6 has a honeycomb structure with a plurality of individual honeycombs, which are located between the upper and lower cover layer 4 . 5 extend. In the exemplary embodiment, the honeycomb triangular shape, in principle, other cross-sectional shapes come into consideration, for example, hexagonal honeycomb or square honeycomb. The thickness of the intermediate honeycomb structure 6 is significantly greater than the thickness of the cover layers 4 respectively. 5 , Due to the extent of the individual honeycombs between the layers 4 respectively. 5 has the substrate 2 in the loading direction orthogonal to the plane of the cover layers 4 respectively. 5 a high rigidity. Also in the transverse direction, the substrate has an increased rigidity.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist das Substrat 2 ebenfalls mit einer Wabenstruktur versehen. Die Photovoltaikschicht 3 ist von einer transparenten Folie 7 überzogen, deren Randbereiche mit dem Substrat 2 verbunden sind. Auf diese Weise wird die Photovoltaikschicht 3 mithilfe der Folie 7 mit dem Substrat 2 verbunden. Darüber hinaus können gegebenenfalls weitere Befestigungsmaßnahmen zur Verbindung der Photovoltaikschicht im Subtrat vorgesehen sein, sie sind aber nicht zwingend erforderlich.In the embodiment according to 4 is the substrate 2 also provided with a honeycomb structure. The photovoltaic layer 3 is from a transparent foil 7 coated, whose edge areas with the substrate 2 are connected. In this way, the photovoltaic layer 3 using the slide 7 with the substrate 2 connected. In addition, you can if necessary, further fastening measures for connecting the photovoltaic layer in the substrate can be provided, but they are not absolutely necessary.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 5, bei dem das Substrat 2 des Photovoltaikmoduls 1 ebenfalls eine Wabenstruktur aufweist, ist die Photovoltaikschicht 3 über eine Klebeverbindung 8 mit dem Substrat 2 verbunden. Die Klebeverbindung 8 liegt in Form eines Klebemusters mit zwischen verschiedenen Klebereihen freiliegenden Bereichen vor, wobei grundsätzlich auch eine flächige, durchgehende Verklebung in Betracht kommt.In the embodiment according to 5 in which the substrate 2 of the photovoltaic module 1 also has a honeycomb structure, is the photovoltaic layer 3 via an adhesive connection 8th with the substrate 2 connected. The adhesive connection 8th is in the form of an adhesive pattern with exposed areas between different rows of adhesive, in principle, a flat, continuous bonding comes into consideration.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007034252 A1 [0002, 0002] DE 102007034252 A1 [0002, 0002]

Claims (12)

Photovoltaikmodul, mit einer Photovoltaikschicht (3), die auf ein Substrat (2) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine Wabenstruktur aufweist.Photovoltaic module, with a photovoltaic layer ( 3 ) on a substrate ( 2 ), characterized in that the substrate ( 2 ) has a honeycomb structure. Photovoltaikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus Kunststoff, Metall, Papier oder Karton besteht.Photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) consists of plastic, metal, paper or cardboard. Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben des Substrats (2) mit einem Schaum gefüllt sind.Photovoltaic module according to claim 1 or 2, characterized in that the honeycombs of the substrate ( 2 ) are filled with a foam. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine wasserfeste Beschichtung aufweistPhotovoltaic module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate ( 2 ) has a waterproof coating Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikschicht (3) flexibel ausgebildet ist.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the photovoltaic layer ( 3 ) is flexible. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine obere und eine untere Decklage (4, 5) und eine zwischenliegende Wabenstrukturlage (6) umfasst.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the substrate ( 2 ) an upper and a lower cover layer ( 4 . 5 ) and an intermediate honeycomb structure layer ( 6 ). Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) mit einem stabilitätserhöhenden Stützelement verbunden ist, insbesondere mit einer Glasfasermatte.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the substrate ( 2 ) is connected to a stability-increasing support element, in particular with a glass fiber mat. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikschicht (3) durch Kleben mit dem Substrat (2) verbunden ist.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the photovoltaic layer ( 3 ) by gluing to the substrate ( 2 ) connected is. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikschicht (3) von einer transparenten Folie (7) überdeckt ist.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the photovoltaic layer ( 3 ) of a transparent film ( 7 ) is covered. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikschicht (3) von einer transparenten Kunststoff-Platte überdeckt ist.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 9, characterized in that the photovoltaic layer ( 3 ) is covered by a transparent plastic plate. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine organische Photovoltaikschicht (3) eingesetzt wird.Photovoltaic module according to one of claims 1 to 10, characterized in that an organic photovoltaic layer ( 3 ) is used. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikschicht (3) als anorganische Solarzelle ausgebildet istPhotovoltaic module according to one of claims 1 to 11, characterized in that the photovoltaic layer ( 3 ) is formed as an inorganic solar cell
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