DE102014003051B4

DE102014003051B4 - Photo-Voltaik-Modul

Info

Publication number: DE102014003051B4
Application number: DE102014003051.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Messelhäuser
Original assignee: Messelhaeuser Barbara
Current assignee: Messelhaeuser Barbara
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: WO2015135646A1; DE102014003051A1

Abstract

Photo-Voltaik-Modul (1), umfassend mindestens eine Solarzelle (6) oder photovoltaische Zelle, welche in einem Trägermaterial (9) eingebettet ist, welches auf der der Sonne zugewandten Seite zumindest ein von einem Fluid durchströmbares Kapillarrohrsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trägermaterial (9) zumindest zwei unabhängige Kapillarrohrsysteme vorgesehen sind, welche im Gegenstromprinzip arbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Photo-Voltaik-Modul, umfassend mindestens eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle, welche in einem Trägermaterial eingebettet ist, welches auf der der Sonne zugewandten Seite zumindest ein von einem Fluid durchströmbares Kapillarrohrsystem aufweist, sowie die Verwendung eines Photo-Voltaik-Moduls.
Mithilfe von Photo-Voltaik-Modulen besteht die Möglichkeit, durch direkte Umwandlung von Lichtenergie elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu werden die Photo-Voltaik-Module vorzugsweise auf Dachflächen angeordnet, um diese somit der direkten Sonnenstrahlung auszusetzen und zu einem Generator zu verbinden. Darüber hinaus können mehrere Photo-Voltaik-Module zu größeren Sonnensegeln zusammengesetzt am Boden montiert werden. Moderne Anlagen werden hierbei beweglich angeordnet und dem Sonnenstand nachgeführt, damit eine optimale Lichtausbeute und Energiegewinnung möglich ist.
Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmund Becquerel entdeckt. Im Jahre 1954 gelang es, die ersten Silizium-Solarzellen mit Wirkungsgraden von über 4 % zu produzieren. Der erste Einsatzzweck erfolgte in der Satellitentechnik, wodurch die Entwicklung der Photo-Voltaik-Module beschleunigt wurde. Aufgrund eines gestiegenen Umweltbewusstseins und eingetretenen Energiekrisen erfolgte eine kontinuierliche Weiterentwicklung zu den heutigen hochwertigen Photo-Voltaik-Modulen, die einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad von bis zu 24 % bei monokristallinem Silizium aufweisen.
Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass herkömmliche Photo-Voltaik-Module an sonnigen Tagen durch die intensive Sonneneinstrahlung eine hohe Oberflächentemperatur aufweisen und dadurch der elektrische Widerstand der Solarzellen ansteigt. Somit besteht der wesentliche Nachteil, dass an Tagen mit hoher potenzieller Energieausbeute der Wirkungsgrad der Photo-Voltaik-Module absinkt. Ein weiterer Nachteil besteht dadurch, dass die Energieumwandlung durch Verschmutzungen oder beispielsweise Schneeablagerungen auf den Photo-Voltaik-Modulen beeinflusst wird, die eine direkte Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen vermindert.
Aus den vorgenannten Gründen ist es daher zur effektiven Nutzung von Solarenergie bekannt, Maßnahmen zu treffen, um die entstehende Wärme bei direkter intensiver Sonneneinstrahlung abzuführen. In der Regel wird hierzu ein Fluid verwendet, welches in thermischem Kontakt mit den Photo-Voltaik-Modulen steht. Das verwendete Fluid kann hierbei zusätzlich zur Wärmeenergiegewinnung herangezogen werden. Auf diese Weise kann auch die thermische Energie, welche bei der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom von den Solarzellen freigesetzt wird, ebenfalls genutzt werden. Die Nutzung kann beispielsweise über einen Wärmetauscher zur Warmwasseraufbereitung in einer Wohn- oder Gewerbeeinheit erfolgen. Die Photo-Voltaik-Module können grundsätzlich bei sämtlichen Gebäudearten, insbesondere Ein- und Mehrfamilienhäusern, aber auch für mobile Objekte, wie Boote und Wohnmobile, verwendet werden. Eine Einsatzmöglichkeit besteht grundsätzlich dort, wo sowohl elektrische Energie als auch Wärme, zum Beispiel zur Wasseraufbereitung, benötigt wird und verwertet werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Photo-Voltaik-Module bekannt, welche auf der Rückseite einlaminierte Kapillarrohre aufweisen. Durch die Kapillarrohre kann eine Kühlflüssigkeit fließen, welche die maximale Oberflächentemperatur der Solarzellen absenkt, um somit die Energieausbeute auch bei höheren Temperaturen im optimalen Wirkungsbereich von ca. 25°C zu halten. Die Herstellung dieser Photo-Voltaik-Module nach dem Stand der Technik ist extrem aufwändig und verursacht dadurch erhöhte Herstellungskosten.
Aus der WO 2009/077137 A1 ist ein modernes Photo-Voltaik-Modul bekannt, welches Solarenergie direkt in elektrische Energie umwandeln kann und zusätzlich ein von einem Fluid durchströmbares Kapillarrohrsystem aufweist. Mithilfe des Fluids wird hierbei die Temperatur der Photo-Voltaik-Module möglichst konstant gehalten, und zwar in einem Bereich, der einen optimalen Wirkungsgrad gewährleistet. Die eigentliche Solarzelle oder photovoltaische Zelle des Photo-Voltaik-Moduls wird hierbei in ein transparentes Trägermaterial eingebettet und weist in der Einbauposition auf der der Sonne zugewandten Seite das Kapillarrohrsystem auf. Hierbei hat sich herausgestellt, dass der Wirkungsgrad verbessert wird, aber aufgrund eines Temperaturgradienten auf der Oberfläche eines einzelnen Photo-Voltaik-Moduls der gewünschte Wirkungsgrad noch nicht erreicht wird.
Aus den vorgenannten Gründen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Photo-Voltaik-Modul aufzuzeigen, welches einen weiterhin verbesserten Wirkungsgrad aufweist, und unabhängig von Witterungsbedingungen mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet.
Zur Lösung der Aufgabenstellung ist vorgesehen, dass in dem Trägermaterial zumindest zwei unabhängige Kapillarrohrsysteme vorgesehen sind, welche im Gegenstromprinzip arbeiten. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch zumindest zwei unabhängige Kapillarrohrsysteme besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, die Oberfläche beziehungsweise das Trägermaterial der Photo-Voltaik-Module ohne Temperaturgradienten konstant zu halten, wenn beide Kapillarrohrsysteme im Gegenstromprinzip arbeiten. Bei einem einzelnen Kapillarrohrsystem besteht die Gefahr, dass in Abhängigkeit der Größe der Photo-Voltaik-Module auf der Einströmungsseite des Fluids zunächst sehr viel Wärme dem Photo-Voltaik-Modul entzogen wird, wodurch sich das Fluid aufwärmt, aber gleichzeitig die Temperaturaufnahme aufgrund des bereits vorgewärmten Fluids auf der restlichen Fläche abnimmt. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass im Bereich des Auslassanschlusses das Fluid weit weniger Temperatur aufnehmen kann, als in der Umgebung des Einlassanschlusses. Hierdurch erfolgt eine unterschiedliche Kühlung der Photo-Voltaik-Module und damit die Entstehung eines Temperaturgradienten, wobei es sich um eine größere zusammenhängende Solarzelle oder mehrere einzelne Solarzellen handeln kann, die elektrisch miteinander verbunden sind. Die Solarzellen in einem Photo-Voltaik-Modul sind in Reihe geschaltet, wodurch aufgrund des Temperatureinflusses der elektrische Widerstand in einer Solarzelle ansteigen kann und somit der Wirkungsgrad des gesamten Photo-Voltaik-Moduls absinkt.
Soweit aber zumindest zwei unabhängige Kapillarrohrsysteme verwendet werden, können die Einspeisungspunkte so gewählt werden, dass das noch nicht erwärmte Fluid wesentlich gleichmäßiger in das Trägermaterial innerhalb der Kapillarrohre eines einzelnen Photo-Voltaik-Moduls einströmt. Ein Temperaturgradient, wie er bei den bekannten Photo-Voltaik-Modulen entsteht, wird bei dieser Anordnung somit vermieden. Soweit es sich um relativ kleine Photo-Voltaik-Module handelt, reicht in der Regel die Ausbildung zweier unabhängiger Kapillarrohrsysteme, die im Gegenstromprinzip arbeiten. Bei größeren Photo-Voltaik-Modulen, die in der Regel aus einer größeren Anzahl von Solarzellen bestehen, könnten die Kapillarrohrsysteme so angeordnet und unterteilt werden, dass diese nicht nur im Gegenstromprinzip arbeiten, sondern darüber hinaus die Verteilung des Fluids über weitere Zulauf- und Ablaufanschlüsse in den Kapillarrohren weiterhin verbessert werden.
Der Innendurchmesser der einzelnen Kapillarrohre liegt im Bereich von 0,4 bis 3 mm, wobei die Kapillarrohre vorzugsweise einen Innendurchmesser von 1,5 bis 2 mm aufweisen können. Die Anordnung der Kapillarrohre eines Kapillarrohrsystems kann hierbei unmittelbar in der Nähe der Solarzelle oder mit Abstand zur Solarzelle erfolgen, wobei die einzelnen Kapillarrohre in dem zur Herstellung des Trägermaterials vorgesehenen Polyurethan eingebettet werden. Die Einbettung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wechselweise in einer Ebene erfolgen, oder in zwei zueinander parallel angeordneten Ebenen. Die Anzahl der erforderlichen Ebenen hängt von der gewählten Anzahl der unabhängigen Kapillarrohrsysteme ab, wobei aber aufgrund deren Größe eine mehrschichtige Anordnung unproblematisch ist. Bei der Anordnung der Kapillarrohrsysteme in einer Ebene können jeweils die benachbarten Kapillarrohre mit wechselnder Strömungsrichtung des Fluids beaufschlagt sein, während bei zwei parallelen Ebenen oder Teilebenen jeweils eine Ebene eine Strömungsrichtung des Fluids aufweist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedem Kapillarrohrsystem, zum Beispiel eine Kapillarebene, zumindest ein Zulaufanschluss und ein Ablaufanschluss zugeordnet ist, wobei die Zulauf- und Ablaufanschlüsse in dem Trägermaterial eingebettet sind. Ferner können die Ebenen unterteilt sein und jeweils ein Abschnitt des Kapillarrohrsystems mit einem Zulauf- und Ablaufanschluss ausgestattet sein. Durch das Eingießen der Zulauf- und Ablaufanschlüsse in dem Trägermaterial wird das Verbinden der einzelnen Photo-Voltaik-Module untereinander hinsichtlich der Fluidzuführung und -abführung wesentlich vereinfacht. Die einzelnen Photo-Voltaik-Module müssen über entsprechende Verbindungsleitungen nur gekoppelt werden, wobei durch die eingebetteten Ablauf- und Zulaufanschlüsse eine ausreichende Festigkeit gegeben ist und durch die Einbettung der Anschlüsse in dem Trägermaterial eine Beschädigung der weiteren Verbindung zu den einzelnen Kapillarrohren ausgeschlossen werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Solarzelle oder photovoltaische Zelle über eine Anschlussdose elektrisch kontaktierbar ist. Zur Vermeidung von Problemen bei der elektrischen Kontaktierung der einzelnen Photo-Voltaik-Module untereinander sind diese mit Anschlussdosen ausgestattet, welche aufgrund ihrer Dimensionierung und Einbettung in das Trägermaterial auch größeren mechanischen Beanspruchungen stand halten und gleichzeitig sicherstellen, dass die Verbindungen zu den Solarzellen innerhalb des Trägermaterials nicht durch Korrosion oder mechanische Belastungen unterbrochen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anschlussdose mit einer Bypassdiode ausgestattet ist und eine nach außen gerichtete Fläche zur Kühlung aufweist, wobei die Fläche ausreichend dimensioniert ist. Die Bypassdioden können im Betrieb hohe Temperaturen annehmen, wodurch ein Ausfall der Bypassdiode eintreten könnte. Durch die nach außen liegende Fläche zur Kühlung kann die Temperatur der Bypassdiode aber deutlich abgesenkt werden, sodass eine lange Lebensdauer gewährleistet ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, um die Anschlussdose herum besondere Kapillarrohe anzuordnen, die ebenfalls von dem Fluid durchströmt werden, um somit einen Wärmeübergang auf das Trägermaterial einschließlich der Solarzellen zu verhindern.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Kapillarrohrsysteme und das Photo-Voltaik-Modul, welches aus einer Solarzelle oder einer photovoltaischen Zelle besteht, in einem Trägermaterial eingebettet sind und somit vor äußeren mechanischen Beschädigungen geschützt sind. Zusätzlich wird eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Solarzellen und den Anschlussdosen hergestellt, weil die Anschlussdosen ebenfalls in dem Trägermaterial eingebettet sind. Gleiches gilt für die Zulauf- und Ablaufanschlüsse des Fluids, die ebenfalls in dem Trägermaterial eingebettet sind, sodass ein einzelnes Photo-Voltaik-Modul vorliegt, welches auch größeren mechanischen Beanspruchungen stand hält und darüber hinaus eine leichtere Kontaktierung sowohl der elektrischen als auch der Fluidanschlüsse ermöglicht.
Für das Trägermaterial wird vorzugsweise ein flexibilisiertes Polyurethan verwendet, welches nach seiner Aushärtung durchsichtig, glasklar, transparent, biegsam und flexibel sowie lichtecht ist. Vorzugsweise kommt hierbei ein Polyurethan auf Basis einer Polyolabmischung oder -formulierung mit Aktivator und Flexibilisierungsmittel zum Einsatz. Die Polyolabmischung kann aus Polyolkomponenten gebildet sein, die unter den Bezeichnungen Baytec CC 7007, Baytec CC 7014, Baytec CC 7060 und Baytec CC 7080 am Markt erhältlich sind. Als Aktivator kommt ein Produkt mit der Bezeichnung Additiv C 9026 zum Einsatz und als Flexibilisierungsmittel ein Produkt unter der Bezeichnung Additiv S 9028 von der Firma Baysystems BÜFA Polyurethane GmbH & Co. KG. Durch diese Zusätze wird eine Rückprallelastizität von 50 bis 70 %, zumindest 55 bis 65 % nach DIN 53515 erreicht.
Um Beschädigungen der Solarzellen zu vermeiden, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Solarzellen oder photovoltaische Zellen vollständig von dem flexibilisierten Polyurethan umgeben sind. Hierdurch werden beispielsweise auftretende Spannungen bei der Ausbildung von Biegeradien für gebogene Photo-Voltaik-Module von dem Trägermaterial aufgenommen, sodass es nicht zu einer Zerstörung der einzelnen Solarzelle oder der einzelnen photovoltaischen Zellen kommt.
Die Herstellung der Kapillarrohre eines Kapillarrohrsystems kann durch Kapillarschläuche erfolgen, die bei der Herstellung des Photo-Voltaik-Moduls, das heißt beim Gießen des Trägerkörpers, in den entsprechenden Positionen gehalten und mit eingegossen werden. Soweit die Kapillarschläuche im Trägermaterial verbleiben, werden diese ebenfalls aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt. Alternativ besteht die Möglichkeit, innerhalb des Trägermaterials Kanäle auszuformen, beispielsweise durch ein Material in entsprechender Größe von 0,4 bis 3 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2,0 mm, welches nach dem Aushärten des Trägermaterials entfernt werden kann. Hierzu besteht die Möglichkeit, ein Material für die Kapillarrohre zu verwenden, welches nach dem Aushärten des Trägermaterials durch chemische, thermische oder ähnliche Reaktionen aus dem Trägermaterial wieder entfernt werden kann, sodass nur die einzelnen Kapillarrohre bestehen bleiben.
Die einzelnen Kapillarrohre des Kapillarrohrsystems mit einem Durchmesser von 0,4 bis 3 mm bilden ein mikrofluidisches System. Zur Optimierung der Wärmeabfuhr und Herstellung eines umweltfreundlichen Systems strömt in dem Kapillarrohrsystem eine ionische Flüssigkeit. Unter einer ionischen Flüssigkeit werden insbesondere organische Salze mit niedrigen Schmelzpunkten verstanden, die praktisch keinen Dampfdruck und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, die aber auch sehr gute Lösungseigenschaften für die meisten organischen oder anorganischen Substanzen aufweisen. Darüber hinaus zeichnen sich die ionischen Flüssigkeiten durch die thermische und elektrochemische Beständigkeit aus und können als Rationen beispielsweise mono-, di-, und trisubstituierte Imidiazole, substituierte Pyridine, substituierte Pyrrolidine, Tetraalkylammonium, Goanidine, Urone und Theorone, welche funktionalisierte Kationen oder Phosphone enthalten, sowie als Anionen Chloride, Bromide und lodide, Tetrafluoroborate und Hexafluorphosphate, Di(trifluormethylsulfonyl)imide, Tri(pentafluirethyl-) Trifluoroacetate, Thiocyanate, Organoborate und p-toluenesulfomate oder Alkylsulfonate und Hydrogensulfate enthalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillarrohrsysteme mit einem Wärmetauscher gekoppelt sind, um die von dem Fluid aufgenommene Energie in Form von Wärme wieder abgeben zu können. Der Wärmetauscher kann beispielsweise Bestandteil einer Wasserversorgungseinrichtung eines Gebäudes sein, da die Photo-Voltaik-Module vorzugsweise auf Dächern von Gebäuden montiert werden.
Um die Energieausbeute des einfallenden Sonnenlichtes durch Ausbildung einer reflektionsarmen oder zumindest reflektionsverminderten Oberfläche des Trägermaterials zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Trägermaterial und/oder das Photo-Voltaik-Modul zumindest auf der der Sonne zugewandten Seite nanostrukturiert ausgebildet ist. Hierbei kann die Ausbildung der Nanostruktur in der Oberfläche des Trägermaterials, insbesondere beim Einbetten der Solarzellen, eingearbeitet sein oder in Form einer Folie auf die Oberfläche des Photo-Voltaik-Moduls aufgebracht werden. Das Aufbringen einer nanostrukturierten Oberfläche kann ferner dadurch erfolgen, dass die Oberfläche des Formwerkzeuges eine nanostrukturierte Oberfläche aufweist, die dann auf der Oberfläche des Trägermaterials in der Einbettung abgebildet wird. Alternativ ist es möglich, eine nanostrukturierte Folie in einem weiteren Arbeitsgang auf die Photo-Voltaik-Module aufzubringen, welche eine Entspiegelung und damit eine reflexarme Oberfläche herstellt. Die reflexmindernde Nanostruktur besteht aus kleinen Strukturelementen, die kleiner aufgebaut sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, wodurch die oben genannten Vorteile entstehen. Die auf diese Weise strukturierte Oberfläche wirkt daher nicht matt oder opak, weist aber praktisch keine Spiegelungen oder Lichtreflexionen auf. Durch diese Maßnahmen kann die Ausnutzung des einfallenden Lichtes optimiert werden und somit der Wirkungsgrad der Solarzellen verbessert werden.
Die Herstellung eines einzelnen Photo-Voltaik-Moduls erfolgt bei einer Reaktionstemperatur von 45 bis 65°C im Kaltgießverfahren. Alternativ steht das Spritzgussverfahren zur Erzeugung der Einbettung mit dem Trägermaterial aus flexibilisiertem Polyurethan zur Verfügung. Für beide Verfahren ist ein Formwerkzeug erforderlich, in welchen die zumindest eine Solarzelle und das Kapillarrohrsystem eingelegt und mit dem Polyurethanmaterial umgossen oder umspritzt wird. Für das Kapillarrohrsystem werden entweder Kapillarschläuche eingelegt oder ein nach dem Aushärten des Trägermaterials wieder entfernbares Kunststoffmaterial, welches beispielsweise durch Erwärmung aufgrund der Ausdehnung oder Schrumpfung entfernt werden kann oder durch chemische Stoffe aufgelöst wird.
In besonderer Verwendung der Photo-Voltaik-Module können diese als äußere Dachhaut eines Gebäudes eingesetzt werden, wodurch auf herkömmliche Dacheindeckungen, wie Dachziegel, völlig verzichtet werden kann. Die unter den Photo-Voltaik-Modulen gelegenen Räumlichkeiten werden zusätzlich durch das Fluid klimatisiert, wobei die aufgenommene Wärmemenge des Fluids durch einen Wärmetauscherkreislauf vorteilhaft genutzt werden kann.
Mehrere Photo-Voltaik-Module können daher zum Aufbau eines Generators verwendet werden, welcher aus einer Vielzahl aneinandergereihter Photo-Voltaik-Module auf dem Dach eines Gebäudes oder einer geneigten Dach- oder Wandfläche besteht. Hierbei wird durch das Kapillarrohrsystem die in der Einbauposition der Sonne zugewandte Oberfläche des Photo-Voltaik-Moduls und/oder des Trägermaterials und/oder der Solarzelle oder photovoltaischen Zelle jahreszeitunabhängig in einem konstanten Temperaturbereich, vorzugsweise auf einer konstanten Temperatur, gehalten.
Die besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin, ein Photo-Voltaik-Modul zu schaffen, das witterungsbedingt bei zu hohen Temperaturen eine entsprechende Kühlung erfährt. Somit kann mithilfe eines Kühlsystems in Form von zumindest zwei unabhängigen Kapillarrohrsystemen die Temperatur der Solarzelle beziehungsweise photovoltaische Zelle annähernd konstant gehalten werden, um auf diese Weise einen hohen Wirkungsgrad auch bei hohen Außentemperaturen zu erzielen. Die Temperatur der Solarzellen beziehungsweise photovoltaischen Zellen wird hierbei in einem Temperaturfenster eingestellt, welches den optimalen Wirkungsgrad gewährleistet. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass in dem Kapillarrohrsystem verwendete Fluid über einen Wärmetauscher zu leiten, um die aufgenommene Wärme ebenfalls zu nutzen, beispielsweise in einer Wasseraufbereitungsanlage eines Ein- oder Mehrfamilienhauses. Durch die der Sonne zugewandte nanostrukturierte Oberfläche wirkt diese antireflexiv, wodurch die Energieausbeute der einzelnen Solarzellen erhöht wird. Darüber hinaus führt eine nanostrukturierte Oberfläche auf der Außenfläche des Photo-Voltaik-Moduls zu dem bekannten Lotusblüteneffekt, wodurch die Anhaftung von Verunreinigungen erschwert wird und durch beispielsweise Regen eine Selbstreinigung erfolgt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass ein Absenken des Wirkungsgrades aufgrund von Oberflächenverschmutzungen vermieden wird. Durch die Verwendung eines flexibilisierten Polyurethans werden mechanische Spannungen vermieden, die beispielsweise bereits dadurch auftreten können, dass unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen, das Photo-Voltaik-Modul bildenden Komponenten vorliegen. Hierdurch wird eine Langzeitstabilität und die Standzeit des Photo-Voltaik-Moduls vorteilhaft erhöht.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt

1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Photo-Voltaik-Modul,
2 in einer Draufsicht das Photo-Voltaik-Modul gemäß 1,
3 in einer geschnittenen Draufsicht in der Solarzellenebene das Photo-Voltaik-Modul,
4 eine geschnittene Ansicht in Höhe der unteren Ebene des Kapillarrohrsystems eines Photo-Voltaik-Moduls in Querrichtung,
5 eine geschnittene Ansicht in Höhe der oberen Ebene des Kapillarrohrsystems eines Photo-Voltaik-Moduls in Querrichtung,
6 eine geschnittene Ansicht des Photo-Voltaik-Moduls in Höhe der Anschlusselemente in Querrichtung,
7 eine geschnittene Ansicht des Photo-Voltaik-Moduls in Höhe der Anschlusselemente in Querrichtung,
8 eine geschnittene Ansicht in Längsrichtung des Photo-Voltaik-Moduls,
9 in einer vergrößerten Teilansicht das elektrische Anschlusselement des Photo-Voltaik-Moduls,
10 in einer geschnittenen Ansicht das elektrische Anschlusselement gemäß 9 und
11 in einer weiteren Schnittansicht das elektrische Anschlusselement.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Photo-Voltaik-Modul 1 in einem Ausführungsbeispiel mit vier Anschlüssen, und zwar zwei Zulaufanschlüssen 2, 5 und zwei Ablaufanschlüssen 3, 4. In der Mitte des Photo-Voltaik-Moduls 1 ist die Solarzelle 6 dargestellt, die sich zwischen den Anschlusselementen erstreckt und über eine Anschlussdose 7 eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle ermöglicht. Um die Solarzelle 6 erstreckt sich der Randbereich 8 des Photo-Voltaik-Moduls 1, wobei die Solarzelle 6 in einem Trägermaterial 9 in derart eingebettet ist, dass die Solarzelle 6 vollständig von dem Trägermaterial 9 umhüllt ist. In dem Trägermaterial 9 sind ferner die Zulaufanschlüsse 2, 5 und Ablaufanschlüsse 3, 4 eingebettet sowie die elektrische Anschlussdose 7, welche zudem eine parallel zur Ebene des Trägerkörpers 9 ausgerichtete Außenfläche 10 aufweist. Die Außenfläche 10 dient unter anderem zur Kühlung einer Bypassdiode, die in der Anschlussdose 7 einliegt.
2 zeigt in einer Draufsicht das aus 1 bekannte Photo-Voltaik-Modul 1 mit den Zulaufanschlüssen 2, 5 und Ablaufanschlüssen 3, 4 sowie der elektrischen Anschlussdose 7. Oberhalb der Solarzelle 6 sind Kapillarrohre 11 ausgebildet, die sich über die gesamte Solarzelle 6 erstrecken und bis in den Anschlussbereich reichen. Die Kapillarrohre 11 liegen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in zwei Ebenen und werden jeweils über einen Verbindungskanal 12 beziehungsweise 13 untereinander verbunden und zusätzlich mit einem der Zulauf- 2, 5 oder Ablaufanschlüsse 3, 4. Aus dieser Ansicht ist nur die Position der Verbindungskanäle 12, 13 ersichtlich, wobei jeweils zwei getrennt voneinander geführte Verbindungskanäle übereinander liegen und jeweils mit einem Kapillarrohrsystem verbunden sind.
3 zeigt in einer geschnittenen Ansicht das Photo-Voltaik-Modul 1, wobei der Schnitt in Höhe der Solarzelle 6 vorliegt.
4 zeigt eine geschnittene Ansicht der beiden Endbereiche eines Photo-Voltaik-Moduls 1 mit einem in Querrichtung liegenden Schnitt in Höhe der oberen Ebene des Kapillarrohrsystems. Aus dieser Ansicht sind die in dem Trägermaterial 9 angeordneten Kapillarrohre 11 ersichtlich, welche parallel beabstandet nebeneinander liegend angeordnet sind und sich nahezu über die gesamte Länge des Photo-Voltaik-Moduls 1 erstrecken. Zu beiden Enden des Photo-Voltaik-Moduls 1 sind Verbindungskanäle 12, 13 ausgebildet, welche die einzelnen Kapillarrohre 11 miteinander verbinden. Die beiden Verbindungskanäle 12, 13 sind in Querrichtung versetzt liegend angeordnet, sodass die vorhandenen Zulauf- und Ablaufanschlüsse, welche in exakt gleichen Abmessungen in den Endbereichen des Photo-Voltaik-Moduls 1 angeordnet sind, jeweils nur eine Verbindung zu einem Verbindungskanal 12 oder 13 aufweisen. In der gezeigten Ansicht würde der Zulaufanschluss oben rechts und der Ablaufanschluss unten links in den Verbindungskanal 12 beziehungsweise 13 ragen.
5 zeigt eine geschnittene Ansicht des Photo-Voltaik-Moduls 1 mit einem Schnitt in Querrichtung in Höhe der unteren Ebene des Kapillarrohrsystems. Die Kapillarrohre 11 sind wiederum beabstandet und parallel zueinander angeordnet und münden jeweils in einen Verbindungskanal 14, 15. Gegenüber der 4 ist der Verbindungskanal 14 nach links versetzt und der Verbindungskanal 15 nach rechts versetzt. Der Zulaufanschluss mündet in diesem Fall in der rechten unteren Ecke und der Ablaufanschluss in der linken oberen Ecke. In dieser Schnittebene sind zusätzlich die beiden Kanäle 16, 17 erkennbar, welche die Fluidverbindung von den Zulauf- und Ablaufanschlüssen der oberen Kapillarrohrebene gewährleisten.
6 zeigt zwei geschnittene Ansichten des Photo-Voltaik-Moduls 1 mit einem Schnitt in Querrichtung in Höhe des Zulaufanschlusses 2 und des Ablaufanschlusses 4. Aus dieser Schnittdarstellung ist erkennbar, dass die Verbindungskanäle 12, 14 flach übereinander liegend angeordnet und jeweils zu einem Ende hin mit dem Zulaufanschluss 2 beziehungsweise Ablaufanschluss 4 verbunden sind. Von den Verbindungskanälen 12, 14 gehen die Kapillarrohre 11 aus, die sich über die gesamte Länge des Photo-Voltaik-Moduls 1 erstrecken und hierbei in den zugehörigen Verbindungskanal im gegenüberliegenden Ende des Photo-Voltaik-Moduls 1 münden. Im Bereich des Zulaufanschlusses 2 beziehungsweise des Ablaufanschlusses 4 weist das Trägermaterial 9 eine Erhöhung 21, 22 auf, in die der Zulaufanschluss 2 beziehungsweise Ablaufanschluss 4 eingebettet ist.
7 zeigt einen Schnitt in Querrichtung des Photo-Voltaik-Moduls 1 des gegenüberliegenden Endes. Auch aus dieser Schnittdarstellung sind die Verbindungskanäle 13, 15 ersichtlich, die identisch aufgebaut sind und eine Verbindung zu dem Zulauf- 3 und Ablaufanschluss 3 aufweisen. Die beiden Anschlüsse sind wiederum in einer Erhebung 23, 24 eingebettet und führen somit zu einer stabilen Ausführung, die den Anschluss von Fluidleitungen ermöglicht, ohne dass die Gefahr einer Zerstörung des Photo-Voltaik-Moduls 1 besteht.
8 zeigt das Photo-Voltaik-Modul 1 in einem Längsschnitt. Hieraus wird ersichtlich, dass die Zulauf- 2 und Ablaufanschlüsse 3 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und mittig unter den Zulauf- 2 beziehungsweise Ablaufanschlüssen 3 angeordnet sind. Aus dieser Schnittdarstellung ist ferner ersichtlich, dass die Solarzelle 6 im unteren Bereich des Trägermaterials 9 angeordnet ist und vor den Verbindungskanälen 12, 13, 14, 15 endet. Oberhalb des Solarmoduls 6 sind die Kapillarrohre 11 ausgebildet, welche aus dieser Schnittdarstellung nicht ersichtlich sind.
9 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht eine elektrische Anschlussdose 30, die ebenfalls in dem Trägerkörper eingebettet ist und über zwei Anschlussenden 31, 32 eine elektrische Kontaktierung mit der Solarzelle 6 ermöglicht. In der Anschlussdose 30 ist eine nicht sichtbare Bypassdiode angeordnet. Die Anschlussdose weist eine Außenfläche 33 auf, welche parallel zur Ebene des Photo-Voltaik-Moduls 1 verläuft und zur Wärmeabgabe vorgesehen ist. In diesem Fall erfolgt nur die Wärmeabgabe der Bypassdiode, um eine übermäßige Erhitzung der Bypassdiode zu vermeiden.
10 zeigt in einer geschnittenen Ansicht die aus 9 bekannte Anschlussdose 30. Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich, dass die Anschlussdose 30 an einer Querseite oberhalb der beiden Verbindungskanäle angeordnet ist.
11 zeigt in einer teilweise geschnittenen Draufsicht ebenfalls die Anschlussdose 30 mit ihren Anschlussenden 31, 32, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Buchse bestehen, sodass mithilfe eines Kabels eine Verbindung der verschiedenen Photo-Voltaik-Module untereinander erfolgen kann. Aus dieser Schnittdarstellung wird ersichtlich, dass die Anschlussdose 30 ebenfalls in dem Trägermaterial 9 eingebettet ist.
Bezugszeichenliste

1: Photo-Voltaik-Modul
2: Zulaufanschluss
3: Ablaufanschluss
4: Ablaufanschluss
5: Zulaufanschluss
6: Solarzelle
7: Anschlussdose
8: Randbereich
9: Trägermaterial
10: Außenfläche
11: Kapillarrohr
12: Verbindungskanal
13: Verbindungskanal
14: Verbindungskanal
15: Verbindungskanal
16: Kanal
17: Kanal
21: Erhöhung
22: Erhöhung
23: Erhebung
24: Erhebung
30: Anschlussdose
31: Anschlussende
32: Anschlussende
33: Außenfläche

Claims

Photo-Voltaik-Modul (1), umfassend mindestens eine Solarzelle (6) oder photovoltaische Zelle, welche in einem Trägermaterial (9) eingebettet ist, welches auf der der Sonne zugewandten Seite zumindest ein von einem Fluid durchströmbares Kapillarrohrsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trägermaterial (9) zumindest zwei unabhängige Kapillarrohrsysteme vorgesehen sind, welche im Gegenstromprinzip arbeiten.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohrsysteme wechselweise in einer Ebene angeordnet sind, oder dass die Kapillarrohrsysteme in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, und/oder dass die Kapillarrohrsysteme in einer Ebene zusätzlich unterteilt sind.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kapillarrohrsystem einer Ebene oder Teilebene zumindest ein Zulaufanschluss (2, 5) und ein Ablaufanschluss (3, 4) zugeordnet ist, wobei die Zulauf- (2, 5) und Ablaufanschlüsse (3, 4) in dem Trägermaterial (9) eingebettet sind.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (6) oder photovoltaische Zelle über eine Anschlussdose (7) elektrisch kontaktierbar ist.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdose (7) mit einer Bypassdiode ausgestattet ist und eine nach außen weisende Außenfläche (33) zur Kühlung aufweist.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (9) aus einem glasklaren, lichtechten Polyurethan auf Basis einer Polyolabmischung oder -formulierung mit Aktivator und Flexibilisierungsmittel besteht.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (9) eine Rückprallelastizität von 50 bis 70 %, insbesondere 55 bis 60 %, aufweist, und/oder dass die Solarzelle (6) oder photovoltaische Zelle vollständig von dem flexibilisierten Polyurethan umgeben ist.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (9) und/oder das Photo-Voltaik-Modul (1) zumindest auf seiner in der Einbauposition der Sonne zugewandten Seite nanostrukturiert ausgebildet ist.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur in die Oberfläche des Trägermaterials (9) und/oder des Photo-Voltaik-Moduls (1), insbesondere beim Einbetten der Solarzelle (6) eingearbeitet oder in Form einer Folie auf die Oberfläche des Trägermaterials (9) und/oder des Photo-Voltaik-Moduls (1) aufgebracht ist.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohrsystem ein mikrofluidisches System ausbildet, und/oder dass in dem Kapillarrohrsystem eine ionische Flüssigkeit strömt.
Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohrsystem in Fluid-Strömungsverbindung mit einem Wärmetauscher verbunden ist, und/oder dass der Wärmetauscher in eine Wasserversorgungseinrichtung eines Gebäudes eingebunden ist.
Verwendung eines Photo-Voltaik-Moduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Aufbau eines Generators, bestehend aus einer Vielzahl aneinander gereihter Photo-Voltaik-Module (1) auf dem Dach eines Gebäudes oder einer geneigten Dach- oder Wandfläche.
Verwendung eines Photo-Voltaik-Moduls (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Einbauposition der Sonne zugewandte Oberfläche des Photo-Voltaik-Moduls (1) und/oder des Trägermaterials (9) und/oder der Solarzelle (6) oder photovoltaischen Zelle jahreszeitunabhängig in einem konstanten Temperaturbereich, vorzugsweise auf einer konstanten Temperatur, gehalten wird.
Verwendung eines Photo-Voltaik-Moduls (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Photo-Voltaik-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.