DE4227860A1 - Photovoltaische platte, insbesondere zum einsatz als fassadenplatte - Google Patents

Photovoltaische platte, insbesondere zum einsatz als fassadenplatte

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Description

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Platte zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie, die insbesondere zum Einsatz als Fassadenplatte geeignet sein soll.
Herkömmliche photovoltaische Platten bestehen aus mindestens einem Solar­ modul mit einer oder mehreren Solarzellen, wobei die photosensitive Halb­ leiterschicht und entsprechende Anschlußkontakte der Solarzellen auf einer ggfls. gemeinsamen Trägerplatte des Moduls aufgebracht sind. Zur Reali­ sierung einer photovoltaischen Platte, wie sie als sogenanntes Solarpaneel beispielsweise auf Dächern von Häusern, Camping-Fahrzeugen oder Wohn­ wagen montiert sind, werden in der Regel mehrere solcher Solarmodule mit ihrer Trägerseite auf einer gemeinsamen Halteplatte befestigt und die photosensitive Halbleiterschicht beispielsweise durch eine transparente Giesharzschicht abgedeckt, um so eine praktisch handhabbare und vor Umwelteinflüssen geschützte Einheit zu erhalten.
Alternativ dazu ist es bekannt, als gemeinsame Halteplatte und Schutzab­ deckung für eine Vielzahl von kleinflächigen Solarmodulen eine Glasschei­ be zu verwenden, mit der die Solarmodule über ihre photosensitive Schicht verbunden sind.
Die bekannten photovoltaischen Platten wiesen verschiedene Nachteile auf. So sind sie gegenüber Umwelteinflüssen und mechanischen Beanspruchun­ gen, wie sie insbesondere bei der Montage auf Haus-, Fahrzeugdächern oder als Fassadenverkleidungen auftreten, nur ungenügend geschützt. Da­ rüber hinaus bedarf es bei der Fertigung großflächiger Platten eines hohen Herstellungsaufwandes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photovoltaische Platte zu schaffen, die robust und damit einfach handhabbar, besonders gegen Um­ welteinflüsse geschützt und rationell herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale ge­ löst. Demnach ist die photovoltaische Platte in einer Weise herstellbar, wie sie von der Herstellung von Verbundglasscheiben bestens bekannt und in verfahrenstechnischer Hinsicht besonders ausgereift ist. Durch den kompletten Einschluß des mindestens einen Solarmoduls zwischen einer vorder- und rückseitigen Glasscheibe sind die Verbundplatte und insbe­ sondere die photosensitiven Halbleiterschichten hervorragend gegen Um­ welteinflüsse geschützt. Damit ist die erfindungsgemäße photovoltaische Platte in besonderer Weise zum Einsatz als Fassadenplatte geeignet. Dazu trägt auch der stabile Aufbau der Platte in Form einer dreilagigen Ver­ bundkonstruktion bei.
Durch die im Anspruch 2 angegebene Maßnahme werden verschiedene Vor­ teile erzielt. Da das mindestens eine Solarmodul als Trägerplatte eine Glasscheibe aufweist, besteht die gesamte erfindungsgemäße Platte im wesentlichen aus drei Glasscheiben, die beispielsweise auf Temperatur­ schwankungen gleichermaßen reagieren. Es kann damit nicht zu thermisch bedingten Schwankungen innerhalb des Verbundes kommen. Darüber hinaus weisen Solarmodule mit einer amorphen photovoltaisch wirksamen Beschich­ tung den Vorteil auf, daß sie bezüglich ihrer in Richtung der Anschluß­ kontaktstreifen weisenden Länge praktisch beliebig kürzbar sind. Damit können auf der Basis des Erfindungsgegenstandes Fassadenplatten herge­ stellt werden, die zumindest in einer Richtung eine beliebige Länge aufweisen und optimal an die baulichen Gegebenheiten des zu verkleiden­ den Bauwerkes angepaßt werden können.
Durch die Ausgestaltung der photovoltaischen Platte nach Anspruch 3 wird einerseits der Schutz vor Umwelteinflüssen weiter verbessert. Andererseits wird durch die über die außenseitigen Randkanten des mindestens einen Solarmoduls überstehenden Randbereiche der beiden Glasscheiben ein um­ laufender Rand gebildet, an dem eine Rahmen-Haltekonstruktion für die Platten angreifen kann, ohne daß diese einen Teil der photosensitiven Flache des oder der Solarmodule abdeckt. Eine solche Abdeckung ist näm­ lich zu vermeiden, da Messungen gezeigt haben, daß ein Abdecken des Randbereiches einer Solarzelle eine deutlich meßbare Leistungsminderung der Zelle zur Folge hat.
Durch die im Anspruch 4 angegebene Maßnahme wird eine erhebliche Fer­ tigungsvereinfachung erzielt, da als Dichtungsmasse für die Randfuge der Platte das ohnehin vorhandene Material der über die außenseitigen Rand­ kanten des mindestens einen Solarmoduls überstehenden und während des Verbundprozesses erweichenden Verbundfolienlagen verwendet wird.
Durch die in Anspruch 5 angegebene Einbettung der elektrischen An­ schlüsse des mindestens einen Solarmoduls und der diesen zugeordneten Anschlußkabel werden die gegen Korrosion besonders empfindlichen Kon­ taktstellen besonders wirkungsvoll vor Umwelteinflüssen und insbesondere Feuchtigkeit geschützt. Die Ansprüche 6 und 7 lehren dabei eine beson­ ders raumsparende und praxisgerechte Anordnung der Anschlußkontakte des mindestens einen Solarmoduls und der Anschlußkabel der erfindungs­ gemäßen photovoltaischen Platte.
Durch die Ausgestaltung der photovoltaischen Platte nach den Ansprü­ chen 8 bzw. 9 wird der ästhetische Gesamteindruck, den die Platte ver­ mittelt, stark verbessert. Durch die angegebenen Maßnahmen erhalten nämlich auch die nicht von einem Solarmodul unterlegten Bereiche der äußeren Glasscheibe eine Oberflächenbeschaffenheit - also Farbgebung und Struktur -, die der des Solarmoduls entspricht. Die erfindungsgemäße Platte hat also ein durchgehendes, einheitliches Erscheinungsbild, was im Zuge der hohen architektonischen Anforderungen an im Fassadenbau ver­ wendete Platten besonders vorteilhaft ist. Dabei kommt auch zum Tragen, daß durch die Beschichtung in den Randbereichen der äußeren Glasscheibe die Anschlußkontakte des oder der Solarmodule vollständig abgedeckt wer­ den.
Durch die nach Anspruch 10 vorgesehenen Markierungslinien wird eine Ausrichthilfe zur genauen Positionierung der Solarmodule bezüglich der gemäß Anspruch 8 oder 9 vorgesehenen Beschichtung der äußeren Glas­ scheibe geschaffen. Es besteht nämlich bei der Herstellung der vorlie­ genden photovoltaischen Platte das Problem, daß in der Regel zum Aufbau der Verbundplatte Glasscheiben verwendet werden, die vorher mit der Be­ schichtung versehen worden sind. Beim Aufeinanderlegen der einzelnen Teile der photovoltaischen Platte liegt die außenseitige Glasscheibe mit der Beschichtung zuunterst, so daß bei einem Darauflegen der undurch­ sichtigen Solarmodule die den Solarmodulen zugewandten Begrenzungslinien der Beschichtung nicht mehr sichtbar sind. Eine exakte Ausrichtung der Solarmodule zu diesen Begrenzungslinien ist nun mit Hilfe der Markie­ rungslinien in den die überstehenden Randbereiche abdeckenden Beschich­ tungsgebieten möglich.
Besonders hervorzuheben ist die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Platte gemäß. Anspruch 11. Durch die demgemäß vorgesehene Verspiege­ lungsbeschichtung ist es möglich, der Platte eine besonders ansprechende Erscheinungsform zu geben, da diese durch die Verspiegelung nach außen hin beispielsweise silbrig glänzend erscheint. Damit wird das Erschei­ nungsbild der Platte nicht mehr durch das Aussehen der darin integrier­ ten Solarmodule geprägt, was insbesondere im Zusammenhang mit den nach Anspruch 2 ausgebildeten Solarmodulen bestehend aus einer Glasscheibe und einer amorphen, photovoltaisch wirksamen Beschichtung vorteilhaft ist. Letztere weist nämlich eine rötlich-braune Färbung auf, die für eine ansprechende, repräsentative Fassadengestaltung oftmals nicht geeignet ist. Durch die Verspiegelung wird diese Farbgebung völlig kaschiert, die Platte erscheint nach außen z. B. silbrig glänzend oder kann auch ent­ sprechend - beispielsweise bläulich - getönt sein. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz der Verspiegelungsbeschichtung die Solar­ module noch eine ausreichende Leistungsausbeute besitzen. So haben Mes­ sungen ergeben, daß bei Verwendung eines üblichen verspiegelten, farb­ neutralen Sonnenreflexionsglases für die vorderseitige Glasscheibe die Leistungseinbuße nur etwa 20% beträgt. Damit kann bei einem großflächi­ gen Anbringen von Fassadenplatten noch genügend elektrische Energie mit Hilfe der erfindungsgemäßen photovoltaischen Platte erzeugt werden, wobei gleichzeitig ein ästhetisch anspruchsvolles Erscheinungsbild der Fassade gewährleistet ist.
Die im Anspruch 13 angegebene Fülleiste in der Stoßfuge zwischen zwei benachbarten Solarmodulen gewährleistet einen einwandfreien Verbund zwi­ schen den Einzelteilen der Platte. Ohne diese Fülleiste ergeben sich dem gegenüber oftmals Probleme beim Füllen der Stoßfuge mit dem erweichenden Material der verwendeten Verbundfolien, so daß sich Hohlstellen bilden können.
Durch die in den Ansprüchen 14 und 15 angegebenen Maßnahmen wird der Wirkungsgrad der Solarmodule in einem Größenordnungsbereich von ca. 3 bis 5% verbessert. Das beim ersten Lichtdurchgang durch die Solarmodule nicht absorbierte Licht wird durch die vorgesehenen Reflexionsbeschich­ tungen reflektiert und läuft damit nochmals durch das Solarmodul hin­ durch und kann dabei in elektrische Energie umgewandelt werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Figuren erläutert wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fassaden­ platte,
Fig. 2 einen Teilvertikalschnitt einer photovoltaischen Fassadenplatte entlang der Schnittlinie II gemäß Fig. 3 mit einer schematischen Ausschnittsvergrößerung und
Fig. 3 eine Teildraufsicht auf den Eckbereich einer Platte gemäß Fig. 1.
Eine erfindungsgemäße photovoltaische Platte weist vorderseitig eine 4 mm dicke Glasscheibe 1 und rückseitig eine eben solche Glasscheibe 2 auf. Beide rechteckförmigen Glasscheiben 1, 2 sind aus vorgespanntem Einschei­ bensicherheitsglas gefertigt.
Zwischen den beiden Glasscheiben 1, 2 sind drei handelsübliche, langge­ streckt rechteckige Solarmodule 3 eingeschlossen, die in einer gemeinsamen Ebene E mit ihren Längsseiten 4, 4′ über eine Stoßfuge 5 beabstandet an­ einandergereiht sind. In den Zeichnungen ist der detaillierte Aufbau der Solarmodule 3 nicht näher dargestellt. Sie bestehen aus einer Trägerplatte aus Floatglas mit einer Dicke von 2 mm, auf die eine photosensitive amorphe Halbleiterbeschichtung aufgebracht ist. Entlang der beiden Längsseiten 4, 4′ der Solarmodule 3 verlaufen jeweils metallische Kontakt­ streifen 6, 6′ die im Bereich einer der beiden Querseiten 7, 7′ der Solarmo­ dule 3 jeweils mit einer Anschlußlötfahne 8, 8′ versehen sind. Jedes Solar­ modul stellt eine maximale elektrische Leistung von 25 Watt zur Verfü­ gung. Es ist im Handel in fest vorgegebenen Größen mit einer Länge von 1286 mm und einer Breite von 323 mm erhältlich. In seiner Länge ist es zur individuellen Anpassung der Plattenmaße an bauliche Gegebenheiten beliebig kürzbar.
Die Verbindung zwischen den Solarmodulen 3 und den beiden Glasscheiben 1,2 erfolgt jeweils über eine dazwischenliegende Folienlage 9, aus vier übereinanderliegenden Folien mittels der bei einem Verbundprozeß unter einer Temperatur von 150 bis 170° und einem Druck von etwa 15 bar eine Verklebung der beiden Scheiben 1, 2 mit dem Solarmodul 3 stattfindet. Bei den einzelnen Folien, die in Fig. 2 nicht einzeln herausgezeichnet sind, handelt es sich um Polyninyl-butyral-Folie mit einer Dicke von jeweils 0,38 mm.
Wie insbesondere aus den Fig 2 und 3 deutlich wird, stehen die beiden Glasscheiben 1,2 mit ihren umlaufenden Randbereichen 10 über die außen­ seitigen Randkanten 11 der Solarmodule 2 hinaus, so daß zwischen diesen Randbereichen 10 eine allseitig umlaufende Randfuge 12 gebildet ist. Diese ist - bis auf einen schmalen außenseitigen Randbereich - durch eine Dichtungsmasse 13 verschlossen, die von dem Material der über die au­ ßenseitigen Randkanten 11 der Solarmodule 3 überstehenden und während des oben erwähnten Verbundprozesses erweichenden Folienlage 9 gebildet ist.
Der elektrische Anschluß jeden Solarmoduls 3 erfolgt über zwei Anschluß­ kabel 14, 14′, deren abisolierten, modulseitigen Enden 15, 15′ mit den An­ schlußlötfahnen 8, 8′ des jeweiligen Solarmoduls 3 verlötet sind. Wie aus Fig. 3 deutlich wird, sind die Anschlußlötfahnen 8, 8′ so umgelegt, daß sie in etwa paralleler Richtung der der entsprechenden Querseite 7 des Solarmoduls 3 und aufeinander zuweisend verlaufen. In geradliniger Fort­ setzung der Anschlußlötfahnen 8, 8′ erstrecken sich die Anschlußkabel 14, 14′ bis diese mittig bezogen auf die Breite B des Solarmoduls 3 aufeinan­ dertreffen und an dieser Position etwa rechtwinklig vom Solarmodul 3 weggeführt werden. Die Anschlußlötfahnen 8, 8′ und die sich parallel zur Querseite 7 erstreckenden Abschnitte der Anschlußkabel 14, 14′ sind voll­ ständig in der Dichtungsmasse 13 eingebettet.
Die über die außenseitigen Randkanten 11 der Solarmodule 3 überstehenden Randbereiche 10 der äußeren Glasscheibe 1 und deren mit den Stoßfugen 5 zwischen den Solarmodulen 3 fluchtenden, streifenförmigen Bereiche sind mit einer Email-Beschichtung 16 versehen, deren Farbgebung und Oberflä­ chenstruktur im wesentlichen der der photosensitiven Halbleiterbeschich­ tung der Solarmodule 3 entspricht. Die Beschichtung 16 kann in den Randbereichen 10 weggelassen werden, da diese Bereiche in der Regel im Einbauzustand der Fassadenplatte von den außenseitigen Gegenhalteleisten der Rahmen-Haltekonstruktion abgedeckt sind.
Wie aus Fig. 3 deutlich wird, sind die parallel zu den Längsseiten 4, 4′ der beiden Solarmodule 3 verlaufenden Begrenzungslinien 17, 17′ der Be­ schichtung 16 im Bereich der Stoßfuge 5 in (strichliert dargestellten) Markierungslinien 18, 18′ in den die überstehenden Randbereichen 10 ab­ deckenden Beschichtungsgebieten linear fortgesetzt. Mit Hilfe dieser Mar­ kierungslinien 18, 18′ können die Solarmodule 3 in genauer Ausrichtung bezüglich des von der Beschichtung freigelassenen Fensters aufgelegt wer­ den.
Weiterhin ist in Fig. 3 eine vorzugsweise aus elastischem Silikonmaterial gefertigte Fülleiste 19 angedeutet, die sich zwischen den Längsseiten 4, 4′ über die Gesamtlänge in der Stoßfuge 5 erstreckt. Diese Fülleiste 19 dient einerseits als Kantenschutz und Abstandhalter für die Solarmodule 3 und gewährleistet andererseits einen einwandfreien Verbund ohne Hohlstellen zwischen den Glasscheiben 1, 2 und den Solarmodulen 3.
Anhand der Ausschnittsvergrößerung in Fig. 2 ist erkennbar, daß die äu­ ßere Glasscheibe 1 mit einer Verspiegelungsbeschichtung 20 versehen ist. Diese erstreckt sich auf der außenseitigen Oberfläche 21 der vordersei­ tigen Glasscheibe 1 zumindest in den die Solarmodule 3 überdeckenden Flächenbereichen. Bei einem Weglassen der Email-Beschichtung 16 kann sich die Verspiegelungsbeschichtung 20 auch über die gesamte außenseiti­ ge Oberfläche 21 der vorderseitigen Glasscheibe 1 erstrecken. In diesen Zusammenhang ist daraufhinzuweisen, daß für die vorderseitige Glasschei­ be 1 beispielsweise ein handelsübliches, farbneutrales Sonnenreflexions­ glas verwendet werden kann, wie es von der Firma Schott Glaswerke unter dem Warenzeichen "Calorex" mit unterschiedlichen Beschichtungstypen bzw. von der Firma Glaverbel unter dem Warenzeichen "Stopsol Supersilver Klar" angeboten wird.
Wie aus Fig. 2 deutlich wird, kann die rückseitige Glasscheibe 2 auf ih­ rer vorderseitigen Oberfläche mit einer weißen Reflexionsbeschichtung 22 mit glänzender Oberfläche versehen sein.
Als Alternative dazu kann auch eine Metallplatte 21 hinter der rückseiti­ gen Glasscheibe 2 angeordnet werden, wobei die vorderseitige Oberfläche der Metallplatte 23 mit einer weißen Pulverbeschichtung 22′ mit glänzen­ der Oberfläche versehen ist. Die Metallplatte 23 kann die rückseitige Glasscheibe 2 auch ersetzen.
Durch die angegebenen Reflexionsbeschichtungen 22 bzw. 22′ kann das durch die Solarmodul 3 nach hinten durchtretende Licht zu den Solarmo­ dulen 3 zurückreflektiert werden. Dadurch kann der Wirkungungsgrad der photovoltaischen Platte um ca. 3 bis 5% erhöht werden.

Claims (15)

1. Photovoltaische Platte insbesondere zum Einsatz als Fassadenplatte in Verbundbauweise, gekennzeichnet durch eine vorderseitige und eine rück­ seitige Glasscheibe (1, 2) und mindestens ein zwischen den beiden Glas­ scheiben (1, 2) eingeschlossenes, plattenförmiges Solarmodul (3), das mit den Glasscheiben (1, 2) jeweils über mindestens eine Lage (Folienlage 9) einer transparenten Verbundfolie, eines Gießharzes oder dergleichen ver­ klebt ist.
2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Solarmodul (3) aus der Glasscheibe mit einer amorphen, photovol­ taisch wirksamen Beschichtung gebildet ist.
3. Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ der- und rückseitige Glasscheibe (1, 2) jeweils mit ihren umlaufenden Randbereichen (10) über die außenseitigen Randkanten (11) des mindestens einen Solarmoduls (3) übersteht und daß die durch die überstehenden Randbereiche (10) gebildete Randfuge (12) zwischen den beiden Glasschei­ ben (1, 2) zumindest teilweise mit einer Dichtungsmasse (13) verschlossen ist.
4. Platte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungs­ masse (13) von dem Material der über die außenseitigen Randkanten (11) des mindestens einen Solarmoduls (3) überstehenden und während des Ver­ bundprozesses erweichenden Verbundfolienlage (9) gebildet ist.
5. Platte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ trischen Anschlüsse des mindestens einen Solarmoduls (3) und die Enden (15) diesen zugeordneter Anschlußkabel (14, 14′) in die Dichtungsmasse (13) eingebettet sind.
6. Platte nach Anspruch 5, wobei jedes Solarmodul (3) auf seiner Ober­ seite zwei sich jeweils entlang seiner Längsseiten (4) erstreckende Kon­ taktstreifen (6) aufweist, die im Bereich mindestens einer Querseite (7) jeweils mit einer Anschlußlötfahne (8) versehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Anschlußlötfahnen (8) in etwa paralleler Rich­ tung zu der Querseite (7) und aufeinander zuweisend verlaufen.
7. Platte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden An­ schlußkabel (14, 14′) an einer Position, vorzugsweise mittig bezogen auf die Breite (B) des Solarmoduls (3) gemeinsam aus der Dichtungsmasse (13) herausgeführt sind.
8. Platte nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die über die außenseitigen Randkanten (11) des mindestens einen Solarmo­ duls (3) überstehenden Randbereiche (10) und/oder die ggfls. vorhandenen streifenförmigen Bereiche der außenseitigen Glasscheibe (1), die mit Stoß­ fugen (5) zwischen zwei Solarmodulen (3) fluchten, mit einer der Oberflä­ chenbeschaffenheit des mindestens einen Solarmoduls (3) im wesentlichen entsprechenden Beschichtung (Email-Beschichtung 16) versehen sind.
9. Platte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Email-Beschichtung (16) ist.
10. Platte nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dem/den Solarmodul/en (3) zugewandten Begrenzungslinien (17, 17′) der Beschichtung (Email-Beschichtung 16) in Markierungslinien (18, 18′) in den die überstehenden Randbereichen (10) abdeckenden Beschichtungsgebieten linear fortsetzen.
11. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die außenseitige Oberfläche (21) der vorderseitigen Glas­ scheibe (1) zumindest in den das/die Solarmodul/e (3) überdeckenden Flä­ chenbereichen mit einer Verspiegelungsbeschichtung (20) versehen ist.
12. Platte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordersei­ tige Glasscheibe (1) aus farbneutralem Sonnenreflexionsglas besteht.
13. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit mindestens zwei Solar­ modulen (3), dadurch gekennzeichnet, daß in der Stoßfuge (5) zwischen zwei benachbarten Solarmodulen (3) eine Fülleiste (19) angeordnet ist.
14. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Glasscheibe (2) auf ihrer vorderseitigen Oberfläche mit einer Reflexionsbeschichtung (22), insbesondere mit einer weißen Re­ flexionsbeschichtung mit glänzender Oberfläche versehen ist.
15. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß hinter oder anstatt der rückseitigen Glasscheibe (2) eine Metallplatte (23) vorgesehen ist, deren vorderseitige Oberfläche mit einer Reflexions­ beschichtung, insbesondere einer weißen Pulverbeschichtung (22′) mit glänzender Oberfläche versehen ist.
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