WO2020065060A1 - Erweiterte pv-anlage mit verbesserter effizienz - Google Patents

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WO2020065060A1
WO2020065060A1 PCT/EP2019/076294 EP2019076294W WO2020065060A1 WO 2020065060 A1 WO2020065060 A1 WO 2020065060A1 EP 2019076294 W EP2019076294 W EP 2019076294W WO 2020065060 A1 WO2020065060 A1 WO 2020065060A1
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cell
existing
perovskite
light
power electronics
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PCT/EP2019/076294
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Maximilian Fleischer
Roland Pohle
Jürgen SCHÖNHUT
Elfriede Simon
Ulrich WÖHRL
Oliver von Sicard
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/10—Organic photovoltaic [PV] modules; Arrays of single organic PV cells
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic device and in particular to the retrofitting of such a PV device.
  • PV photovoltaics
  • perovskite-based PV cells The efficiencies currently achievable with perovskite-based PV cells are> 22%. Although this comparatively high value currently applies to laboratory conditions, further improvements in the stability of the material and upscaling from the respective cell to module size can be expected very soon, so that such perovskite-based PV cells become competitive with the conventional silicon-based cells. It can therefore be expected that perovskite-based PV systems will be selected for new installations.
  • the most economical use of perovskite PV technology can be achieved, for example, as described in WO 2018162496 A1 with a tandem PV module consisting of a conventional silicon PV cell and a perovskite PV cell.
  • This tandem PV module has two PV cells of different types which are arranged one on top of the other, ie one of the PV cells is a silicon-based cell, while the other PV cell is perovskite-based.
  • the different cell types i.e. silicon-based or perovskite-based, differ in the underlying material and consequently in their spectral sensitivity, i.e. different cell types have their respective maximum efficiency for different spectral ranges of sunlight.
  • the perovskite PV cell arranged above and facing the sun makes optimal use of the higher energy component of the light, the silicon cell below uses the remaining, comparatively low-energy component of the light, which passes the perovskite cell unhindered for the most part.
  • tandem cell group offers high efficiency for a broader spectral range.
  • efficiencies in the order of> 30% are possible for the silicon perovskite tandem PV cell described, whereas conventional silicon PV cells nowadays typically offer efficiencies in the order of -20%.
  • the perovskite technology can be used without any special effort, thus achieving the above-mentioned advantage of high efficiency.
  • a complete replacement of the installed PV system by a perovskite-based PV system is generally not very economical as long as this conventional system works with at least sufficient efficiency.
  • perovskite PV technology however, a technology with higher efficiency is available, it is particularly desirable for use on already installed, conventional PV systems to use the advantageous technology here and to improve the efficiency of the existing systems.
  • a PV system supplementary device for supplementing an existing PV system, the PV system comprising an existing PV cell of a first cell type.
  • the PV system supplementary device comprises a perovskite PV cell with a flat, perovskite-based light-sensitive component, the light-sensitive component having a first surface and a second surface opposite the first surface, with the first and the second Surface is each a lamination brought up, so that the light-sensitive component is completely enclosed by the laminations, so that the light-sensitive component is protected against dirt and moisture.
  • the perovskite PV cell is dimensioned such that it can be attached to a surface of the existing PV cell of the existing PV system.
  • the PV system supplementary device therefore represents an upgrade for the existing PV system.
  • An “existing” PV system is understood here to mean a PV system which, when the supplementary device was added, at the time is already installed at their place of use. Another limitation can be that this existing PV system has already fulfilled its intended purpose, i.e. was already in regular operation.
  • the "regular" operation should differ in particular from a test operation, which is undertaken, for example, when the PV system is installed and possibly tested before regular operation is started for the first time.
  • area means that the dimensioning of the areal component in the Cartesian x, y and z coordinates is chosen such that extensions in the vertical z direction are negligible compared to the horizontal extensions in the x and y directions .
  • the invention is based on the assumption that tandem PV modules, in which two or even more light-sensitive PV cells or layers are typically arranged one above the other, are to be used to achieve a high efficiency of a respective PV system. Furthermore, it is assumed that the aim should be that existing, ie already installed PV systems should continue to be used, so that an exchange of old, already installed PV systems should be avoided as far as possible. It is therefore proposed to upgrade already installed PV systems with the greatest possible reuse of the already installed components in tandem PV cells. An upgrade is proposed for the corresponding conversion, which includes in particular a perovskite PV cell that can be applied to the existing conventional PV cell. It is therefore possible to use both the area already used, e.g.
  • the lamination means that the perovskite PV cell is protected against dirt and moisture and that the perovskite PV cell, which is designed in the form of a film, is easy to handle.
  • the perovskite PV cell of the PV system supplementary device has a holder with which the perovskite PV cell can be attached to the existing PV cell in such a way that it is fixed in space to the existing PV cell and that light L from a light source first falls on the perovskite PV cell, crosses it and then falls on the existing PV cell.
  • the PV system supplementary device can additionally comprise a power electronics unit which is assigned to the perovskite PV cell and which, if necessary, converts an electrical voltage U20 provided by the perovskite PV cell when illuminated with the light L into an at an output of the Additional power electronics unit converts electrical voltage to be provided U21 and which has a connection with which it can be connected to an existing power electronics and / or an existing control unit of the existing PV system.
  • a power electronics unit which is assigned to the perovskite PV cell and which, if necessary, converts an electrical voltage U20 provided by the perovskite PV cell when illuminated with the light L into an at an output of the Additional power electronics unit converts electrical voltage to be provided U21 and which has a connection with which it can be connected to an existing power electronics and / or an existing control unit of the existing PV system.
  • the PV system supplementary device can further comprise a separate control unit with which the additional power electronics unit can be regulated and which can be connected to the existing control unit of the existing PV system, so that data can be exchanged between the separate control unit and the existing control unit .
  • the data exchange can also include, for example, control signals with which the existing control unit can regulate or control the separate control unit.
  • Perovskite PV cell which has a perovskite-based light-sensitive component, which is enclosed by means of a lamination, so that the light-sensitive component is protected from dirt and moisture, for improving the efficiency of an existing PV system by means of the PV described above System supplementary facility beat.
  • the use of this PV system supplementary device essentially consists in adding the perovskite PV cell of the supplementary device to an existing PV cell of the existing PV system, so that the
  • Perovskite PV cell is integrated into the PV system in addition to the existing PPV cell and an electrical voltage generated with the perovskite PV cell is supplied to the existing PV system.
  • An important point here is that the perovskite PV cell is added or supplemented to the existing PV cell, which is expressly different from the fact that the existing PV cell is replaced by a perovskite PV cell.
  • An extended PV system to provide
  • Electrical voltage when the extended PV system is illuminated with light L from a light source accordingly comprises an existing PV system which comprises at least one existing PV cell of a first cell type, for example a silicon-based PV cell, a subsequently installed PV -Supplementary device with a laminated perovskite PV cell.
  • a first cell type for example a silicon-based PV cell
  • a subsequently installed PV -Supplementary device with a laminated perovskite PV cell is aimed at the fact that a PV system already exists and is in operation and that the supplementary device is only added later, i.e. subsequently.
  • the expanded PV system ultimately includes the existing PV cell and the added perovskite PV cell, which is attached to the existing PV cell with a suitable holder in such a way that the light L first of all affects the light-sensitive component of the perovskite PV cell and then falls on the light-sensitive component of the existing PV cell. Since the efficiency maxima of the two PV cells are typically in different wavelength ranges, this arrangement can ensure that, despite the absorbing influence of the PV cell arranged above, an overall increased efficiency is achieved if the upper cell is transparent to the wavelength range , in which the effi ciency maximum of the lower cell lies.
  • the holder for fastening the perovskite PV cell to the existing PV cell can be an at least partially transparent adhesive, the perovskite PV cell being glued to the surface of the existing PV cell by means of the adhesive through which the light L from the light source falls on a light-sensitive component of the existing PV cell.
  • the adhesive is transparent at least for that sub-spectrum of the light L which comprises the spectral range for which the lower, first PV cell or its light-sensitive component has its maximum efficiency. As already indicated, this means that the PV system as a whole has a higher efficiency, since both individual cells of the tandem PV cell formed in this way can work at their respective maximum effi ciency.
  • the holder for attaching the perovskite PV cell to the existing PV cell can comprise a clamp with which the perovskite PV cell can be attached to the existing PV cell. This allows a very simple and easy to carry out attachment.
  • the extended PV system and in particular its PV system supplementary device comprises a separate power electronics unit which is assigned to the perovskite PV cell and which, if necessary, provides an electrical voltage U20 provided by the perovskite PV cell when illuminated with the light L. converts into an electrical voltage U21 to be provided at an output of the separate power electronics unit.
  • the separate power electronics unit also has a connection with which it can be connected to existing power electronics and / or an existing control unit of the existing PV system.
  • the power electronics unit of the existing PV system for the newly installed perovskite PV cell.
  • the use of a separate power electronics unit for the perovskite PV Cell allows the perovskite PV cell to be operated at its optimal working point. The same applies accordingly to the existing PV cell.
  • the existing PV system of the extended PV system has an existing power electronics unit which is assigned to the existing PV cell and which, if necessary, converts an electrical voltage U10 provided by the existing PV cell when illuminated with the light L into one at a time Converts electrical voltage Ull to be provided from the output of the existing power electronics unit, the existing power electronics unit being controllable by an existing control unit of the existing PV system.
  • Perovskite PV cell in turn has a connection via which it can be connected to the existing power electronics and / or to the existing control unit of the existing PV system and can also be controlled by the existing control unit.
  • the existing power electronics unit and the separate power electronics unit of the perovskite PV cell can therefore be operated independently of one another with the help of the existing control unit, so that both can work at their respective optimal working point.
  • a perovskite PV cell is added to an existing PV cell of the existing PV system and is thereby arranged on the existing PV cell or attached that light L from a light source, which is to be converted into electrical energy by the existing PV system, first on the perovskite PV cell and then, after crossing the perovskite PV cell, on the existing PV cell falls, with the respective PV cell interacting with the light falling on it in a known manner providing an electrical voltage or electrical energy.
  • a flat, perovskite-based light-sensitive component is laminated, the light-sensitive component being enclosed by lamination layers in such a way that the light-sensitive component is protected against dirt and moisture.
  • the light-sensitive component is of course provided with corresponding electrical connections via which an electrical voltage generated when the light-sensitive component is illuminated with light L can be tapped off.
  • the dimensioning of the perovskite PV cell to be added is adapted to the dimensioning of the existing PV cell, with in particular the horizontal extensions of the lamination layers in the x and y directions and the corresponding horizontal extensions of a carrier of the existing PV cell , in which the light-sensitive component of the existing PV cell is embedded, largely correspond to each other.
  • the perovskite PV cell is arranged and fixed by means of an adhesive on the existing PV cell, the adhesive being transparent at least to that sub-spectrum of the light L which comprises the spectral range for which the first PV cell or its light-sensitive component has its maximum efficiency.
  • the invention relates to improving the efficiency of an existing, installed PV system.
  • a film-like, laminated perovskite PV cell is added to an existing PV cell of the existing PV system, if appropriate together with the associated power electronics, and is arranged on the existing PV cell in such a way that light L from a light source which is transmitted by the existing PV System to be converted into electrical energy, first falls on the perovskite PV cell and then on the existing PV cell.
  • a laminated perovskite PV cell is used in such a way that an existing PV system It is increasingly upgraded that its efficiency can be improved without replacing components.
  • the advantage of the proposed solution lies in the cost-effective way of improving existing PV systems without having to completely replace the existing modules.
  • This upgrade can bring the efficiency of an older system from 15-20% to> 25%. This improvement is all the more pronounced the lower the performance of the existing modules.
  • By precisely fitting the band gap of a perovskite PV cell all variants of existing PV cells can be combined and their efficiency increased.
  • An existing infrastructure for the installation of an existing system is retained, so that significant savings can be achieved.
  • the existing, old PV cells serve as a holder for the cells to be supplemented.
  • the solution presented here is therefore much more economical than a complete replacement of the old PV modules with new tandem modules. This "upgrade" is independent of the type and manufacturer of the existing PV system; you only have to choose the right size of the perovskite PV cell.
  • FIG. 4 shows a plan view of a laminated perovskite PV cell.
  • the PV module 100 comprises a first PV cell 111 of a first cell type, ie with one or more first light-sensitive components 112 made of a first material, which provide an electrical voltage U10 when illuminated with light L.
  • first PV cell 111 of a first cell type
  • first light-sensitive components 112 made of a first material
  • U10 electrical voltage
  • the expression that the respective PV cell generates a voltage (or similar) is generally used, which means, however, that this voltage is generated by the respective light-sensitive component of the respective cell.
  • the first light-sensitive component 112 or the first cell type can, for example, be silicon-based and in a carrier 113 made of glass or the like. be embedded. Fastening devices 115 are also provided, with which the first PV cell 111 can be fastened at a desired location (not shown), for example on a roof of a building or the like.
  • the PV device 1 also has a first power electronics unit 211, the first power electronics unit 211 being assigned to the first PV cell 111. The one generated by the first PV cell 111 when illuminated
  • Cell voltage U10 is fed to the power electronics unit 211 via a corresponding electrical connection 11 of the PV device 1.
  • the power electronics unit 211 processes the electrical energy supplied to it as required and in turn provides a voltage Ull, for example an alternating voltage Ull, at its output.
  • the tandem PV module 100 comprises the lower, first PV cell 111 of the first cell type, ie with one or more first light-sensitive components 112 made of the first material, which provide the electrical voltage U10 when illuminated.
  • the lower, first PV cell 111 in FIG. 2 corresponds to the first PV cell 111 shown in FIG. 1 and represents an already installed PV cell.
  • the more efficient tandem PV module 100 ' is formed based on this first PV cell 111 or on the existing PV module 100 by adding a second PV cell 121 of a second cell type.
  • the second PV cell 121 of the second cell type accordingly comprises one or more second light-sensitive components 122 made of a second material, which are embedded in a sufficiently transparent material 123 and which provide an electrical voltage U20 when illuminated.
  • the second PV cell 121 which is preferably arranged on or above the first PV cell, is part of the upgrade of the PV device 1 to the improved PV device 1 '. Due to the fact that the second PV cell 121 is arranged above the first PV cell 111, a corresponding assembly is comparatively simple and can ideally be carried out without the existing or installed first PV cell 111 having to be dismantled or removed .
  • the tandem PV module 100 ' is arranged such that the upper, second PV cell 121 faces the light source L, for example the sun.
  • the light L emitted by the light source L and falling on the tandem PV module 100 'thus first strikes the second PV cell 121, which in a known manner leads to the second PV cell 121 or its light-sensitive Component 122 generates the second electrical cell voltage U20 from the second material.
  • the corresponding residual light falls on the first PV cell 111, which likewise leads, in a known manner, to the first PV cell 111 or its light-sensitive component 112 made of the first material having a first electrical cell voltage U10 generated.
  • the two cell types are advantageously selected such that the maximum efficiency of the different cells 111,
  • PV cell 121 which is also referred to as "Power Conversion Efficiency” (PCE) lie in different spectral ranges.
  • PCE Power Conversion Efficiency
  • a cell type is selected for the first PV cell 111, the PCE maximum of which lies in a spectral range for which the built-in
  • the state of the upper, second PV cell 121 is essentially transparent.
  • Essentially transparent is intended to mean that the second PV cell 121 absorbs this special spectral range significantly less than other spectral ranges. It must of course be assumed that the second PV cell 121 has a certain degree of absorption in every spectral range relevant for this application, but it can also be assumed that the degree of absorption in certain areas of the light spectrum is comparatively low and the cell 121 is therefore “essentially transparent” for this spectral range.
  • the upper, second PV cell 121 is a perovskite-based PV cell, i.e. the light-sensitive component 122 of the second PV cell 121 has a perwoskitic material.
  • the lower, first PV cell 111 is a conventional, for example silicon-based, PV cell.
  • perovskite materials have a larger band gap than silicon-based materials, which is why the perovskite-based PV cell 121 has a higher absorption component in the blue or short-wave spectral range and transmits longer-wave light.
  • the silicon-based PV cell 111 absorbs more in the longer-wave spectral range, so that the light transmitted by the perovskite cell 121 or at least part of it can be absorbed by the silicon cell 111 and converted into electrical voltage.
  • the PV device 1 ′ improved by the upgrade comprises the already existing first power electronics unit 211 and a second power electronics unit 221.
  • the second Power electronics unit 221 can accordingly also be part of the upgrade.
  • the cell voltage U20 generated by the second PV cell under illumination is supplied to the second power electronics unit 221 via a corresponding electrical connection 21 of the improved PV device 1 '.
  • the second power electronics unit 221 processes the electrical energy supplied to it as required and in turn provides a voltage U21, for example an AC voltage U21, at its output.
  • the two power electronics units 211, 221 advantageously work separately and independently of one another.
  • the first power electronics unit 211 is still assigned to the first PV cell 111
  • the second power electronics unit 221 is assigned to the second PV cell 121.
  • the first PV cell 111 and the first power electronics unit 211 form a first PV subsystem 110 of the PV device 1 ′.
  • the second PV cell 121 and the second power electronics unit 221 assigned to it form a second PV subsystem 120 of the PV device 1 '.
  • the cell voltages U10, U20 generated by the PV cells 111 under lighting are supplied to the respective power electronics unit 211, 221 via corresponding electrical connections 11, 21 of the PV device 1 'and there, as mentioned, to output voltages Ull, U21 changed.
  • the upgrade only includes the additional PV cell 121, but not the second power electronics unit 221.
  • the electrical energy or voltage U2 provided by the second PV cell 121 when illuminated would be supplied to the already existing first power electronics unit 211 and processed there.
  • the PV device 1 also has a control unit 300 which is designed to operate the power electronics unit 211, 221 of each PV subsystem 110, 120 to regulate the respective power electronics unit 211, 221, for example, in such a way that a product from a current yield 110 or 120 which can be taken from the respective power electronics unit 211, 221 and the respective cell voltage U10 or U20 that is assigned to the respective power electronics unit 211, 221 PV cell 111, 121 is maximum. This leads to the energy yield of the respective PV subsystem
  • PV device 1 is maximum, the essential point being that the optimal working point is approached individually and independently of one another for the PV subsystems 110, 120 due to the availability of separate power electronics units 211, 221.
  • Such a PV device 1 'with a corresponding control unit is described, for example, in WO 2018162496 A1, already quoted.
  • the lower, first PV cell 111 in FIG. 2 corresponds to the first PV cell 111 shown in FIG. 1 and represents an already installed PV cell.
  • the second PV cell 121 represents a PV cell subsequently added to the PV device 1 as part of the upgrade, so that the tandem PV module 100 'is created by adding the second cell 121 to the first cell 111.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the second PV cell 121 of the tandem PV module 100 '.
  • the module 100 ' consists of the first, already installed PV cell 111.
  • the second PV cell 121 shown in FIG. 3 is positioned on this first cell 111.
  • the second PV cell 121 is designed in particular as a laminated unit which is to be applied and fixed on the surface of the first PV cell 111, for example with the aid of a correspondingly at least partially transparent adhesive 129, for example a so-called liquid, optically transparent adhesive .
  • the second PV cell 121 comprises a perovskite layer 122 which has an n-doped region 122n and a p-doped region 122p.
  • transparent laminations 123o, 123u are applied, which adjoin one another at the dashed line and which include the perovskite layer 122, which has the advantage that the
  • Perovskite layer 122 is protected against moisture and dirt. The inclusion is also achieved in that the lamination layers 123o, 123u protrude beyond the light-sensitive component 122 in the horizontal directions x, y. This is also clear in the top view in FIG. 4.
  • FIG. 3 also indicates the electrical connection of the second PV cell 121 and shows the electrical connection 21 which leads to the second power electronics unit 221 (not shown in FIG. 3).
  • the electrical connection 21 comprises two electrical lines 21n, 21p, the line 21n being electrically contacted with the n-doped region 122n and the line 21p with the p-doped region 122p.
  • an electrical voltage is produced in a known manner, which can be tapped via contacts 122k and supplied to the second power electronics unit 221 via the lines 21n, 21p.
  • FIG. 4 shows a top view of the second PV cell 121 shown in FIG. 3.
  • the second PV module 121 has a square shape. Due to the viewing direction in the negative, vertical z-direction, only the upper lamination layer 123o and the n-doped region 122n of the light-sensitive component 122 are visible. The spatial boundaries of the area 122n are shown in dashed lines, since the light-sensitive component 122 lies under the upper lamination 123o. In principle, however, the lamination 123o, like the lamination 123u not shown, consequently has larger dimensions in the horizontal directions x, y than the light-sensitive component 122, in order to ensure that the light-sensitive component 122 is protected against dirt and moisture protects.
  • the perovskite light-sensitive component 122 can also consist of a large number of smaller, light-sensitive components arranged, for example, in the manner of a checkerboard pattern, which in the end, however, are likewise enclosed with an upper and a lower lamination. At this point it is less important how the perovskite light-sensitive component 122 is designed, but rather that it is enclosed or encapsulated with the laminations 123o, 123u.
  • the perovskite-based PV cell 121 is based on thin-film technology. Accordingly, it must be taken into account that the representations are not to scale. Due to the corresponding small extent of the pervoskite layer
  • the resulting perovskite PV cell 121 comprising the light-sensitive component 122 and the lamination 1230, 123u, in turn has the properties of a film, and is therefore, in particular, comparatively flexible and easy to handle.
  • the second PV cell 122 and the second light-sensitive component 122 are first in one of the first PV cell 111 and in particular the first light-sensitive component 112 Size made. E.g. This can be done in such a way that the extensions of the second light-sensitive component 122 in the Cartesian, horizontal x and y directions correspond to the extensions of the first component 112 in these directions.
  • the second light-sensitive component 122 provided in this way is then laminated with the lamination layers 123o, 123u, the extent of which in the x and y directions being selected, for example, in such a way that the extent of the first PV cell 111, for example correspond to the extensions of the carrier 113 in the x and y directions.
  • the perovskite PV cell 121 thus produced is attached to the existing first PV cell 111 without the first PV cell 111 having to be uninstalled. Should a temporary deinstallation of the existing PV cell 111 be necessary in order to accomplish the attachment of the perovskite PV cell 121 to the existing PV cell 111, it can be assumed that this is after the cells 111, 121 have been attached to one another generated tandem PV module 100 'is reinstalled at exactly the location where the PV cell 111 was previously installed.
  • the attachment can, for example, with the aid of an at least partially transparent adhesive 129. This is selected such that it is transparent at least for the part of the light spectrum in which the first PV cell 111 has its maximum efficiency.
  • the second PV cell 121 After fastening the second PV cell 121 to the first PV cell 111, the second PV cell 121 is electrically contacted.
  • a separate power electronics unit 221 is provided, to which the second PV cell 121 is electrically connected via the lines 21n, 21p.
  • the second power electronics unit 221 is finally connected to the control unit 300.
  • An upgrade is also provided for the control unit 300, which ideally only consists of customized software. If the existing control unit 300 cannot be upgraded accordingly, a separate control unit 300 'can be provided for the second PV cell 121. This option is shown in FIG. 2 with the aid of dashed lines. points. In such a case, it would be a good idea to connect the Re 300, 300 'together. It is also advantageous if one of the two controls 300, 300 'works as a "master" and the other control unit 300', 300 can control or regulate.
  • perovskite layer 122k electrical contacts

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Abstract

Die Erfindung betrifft das Verbessern einer Effizienz einer bereits bestehenden, installierten PV-Anlage. Dabei wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage eine folienartige, laminierte Perowskit-PV-Zelle ggf. nebst zugehöriger Leistungselektronik hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die bestehende PV-Zelle fällt. Es wird also eine laminierte Perowskit-PV-Zelle derart verwendet, dass eine bestehende PV-Anlage dahingehend aufgewertet wird, dass ihre Effizienz ohne einen Austausch von Komponente verbessert wird.

Description

Beschreibung
Erweiterte PV-Anlage mit verbesserter Effizienz
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikeinrichtung und ins besondere das Nachrüsten einer solchen PV-Einrichtung .
Solare Stromerzeugung mit den Mitteln der Photovoltaik (PV) trägt aus umweltpolitischen und zunehmend auch wirtschaftli chen Gründen bspw. in Mitteleuropa einen stark steigenden An teil zur Elektrizitätsproduktion bei. Weltweit ist bereits eine große Anzahl von PV-Anlagen installiert, die vorwiegend auf konventionellen Ansätzen mit siliziumbasiert PV-Zellen aufbauen. Seit einigen Jahren werden sog. perowskitische Ma terialien wie z.B. CH3NH3PbI3 (oder allgemeiner (CH3NH3)MX3- xYx (mit M=Pb oder Sn sowie X,Y=I, Br oder Ci)) hinsichtlich des Einsatzes in PV-Zellen untersucht, die aufgrund ihrer optoelektronischen Eigenschaften eine hocheffiziente Umwand lung von elektromagnetischer Strahlungsenergie in elektrische Energie erlauben.
Die weit verbreiteten siliziumbasierten PV-Zellen weisen ty pischerweise Effizienzen in Größenordnungen von 15-20% auf, wobei jedoch mit typischen altersbedingten Leistungsminderun gen in Höhe von ca. 0,5% pro Jahr zu rechnen ist. Dementspre chend ist für derartige installierte herkömmliche, d.h. sili ziumbasierte PV-Anlagen vorherzusehen, dass die Effizienz in absehbarer Zeit derart gering sein wird, dass ein wirtschaft licher Einsatz kaum mehr möglich ist.
Die derzeit mit perowskitbasierten PV-Zellen erreichbaren Ef fizienzen liegen bei >22%. Dieser vergleichsweise hohe Wert gilt zwar derzeit noch für Laborbedingungen, weitere Verbes serungen der Stabilität des Materials und eine Hochskalierung von der jeweiligen Zelle auf Modulgröße sind jedoch sehr bald zu erwarten, so dass derartige perowskitbasierte PV-Zellen konkurrenzfähig zu den herkömmlichen siliziumbasierten Zellen werden . Es ist demnach zu erwarten, dass bei Neuinstallationen perowskitbasierte PV-Anlagen gewählt werden. Der wirtschaft lichste Einsatz der Perowskit-PV-Technologie ist wie bspw. in WO 2018162496 Al beschrieben mit einem Tandem-PV-Modul aus einer konventionellen Silizium-PV-Zelle und einer Perowskit- PV-Zelle erreichbar. Dieses Tandem-PV-Modul weist zwei aufei nander angeordnete PV-Zellen unterschiedlichen Typs auf, d.h. eine der PV-Zellen ist eine siliziumbasierte Zelle, während die andere PV-Zelle perowskitbasiert ist. Die verschiedenen Zelltypen, d.h. siliziumbasiert bzw. perowskitbasiert, unter scheiden sich dabei zunächst in dem jeweils zu Grunde liegen den Material und konsequenterweise in ihrer spektralen Emp findlichkeit, d.h. unterschiedliche Zelltypen weisen ihre je weilige Maximaleffizienz für unterschiedliche Spektralberei che des Sonnenlichts auf. Die oben, der Sonne zugewandt ange ordnete Perowskit-PV-Zelle nutzt dabei den höherenergetischen Anteil des Lichts optimal aus, die darunterliegende Silizium- Zelle nutzt den verbleibenden, vergleichsweise niederenerge tischen Anteil des Lichts, welcher die Perowskit-Zelle wei testgehend ungehindert passiert. Dies bewirkt, dass die Tan- dem-Zellgruppe als Ganzes eine hohe Effizienz für einen brei teren Spektralbereich bietet. Damit sind für die beschriebene Silizium-Perowskit-Tandem-PV-Zelle Effizienzen in Größenord nungen >30% möglich, während herkömmliche Silizium-PV-Zellen heutzutage typischerweise Effizienzen in Größenordnungen von -20% bieten.
Bei einer Neuinstallation einer PV-Anlage kann ohne besondere Aufwände auf die Perowskit-Technologie zurück gegriffen und damit der oben genannte Vorteil der hohen Effizienz erzielt werden. Betrachtet man jedoch die Vielzahl von bereits in stallierten, herkömmlichen und nach wie vor funktionsfähigen PV-Anlagen, so ist festzustellen, dass trotz der erreichbaren Effizienzverbesserung ein vollständiger Austausch der instal lierten PV-Anlage durch eine perowskitbasierte PV-Anlage in der Regel wenig wirtschaftlich ist, solange diese herkömmli che Anlage mit zumindest ausreichender Effizienz arbeitet. Da mit der Perowskit-PV-Technologie jedoch eine Technologie mit höherer Effizienz zur Verfügung steht, ist es insbesondere für die Anwendung an bereits installierten, herkömmlichen PV- Anlagen wünschenswert, die vorteilhafte Technologie auch hier einzusetzen und die Effizienz der bestehenden Anlagen zu ver bessern .
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, die Effizienz einer bestehenden, her kömmlichen PV-Anlage zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebenen Er gänzungseinrichtung und deren Verwendung gemäß Anspruch 5 so wie durch die erweiterte PV-Anlage gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV- Anlage gemäß Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche beschrei ben vorteilhafte Ausgestaltungen.
Es wird eine PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung zum Ergänzen zu einer bestehenden PV-Anlage vorgeschlagen, wobei die PV-An- lage eine bestehende PV-Zelle eines ersten Zelltyps umfasst. Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung umfasst eine Perowskit- PV-Zelle mit einer flächigen, perowskitbasierten lichtsensi tiven Komponente auf, wobei die lichtsensitive Komponente ei ne erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüber liegende zweite Oberfläche aufweist, wobei auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche jeweils eine Laminierung aufge bracht ist, so dass die lichtsensitive Komponente durch die Laminierungen vollständig eingeschlossen ist, so dass die lichtsensitive Komponente gegen Verschmutzung sowie gegen Feuchtigkeit geschützt ist. Die Perowskit-PV-Zelle ist derart dimensioniert, dass sie auf einer Oberfläche der bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage befestigbar ist.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung stellt demnach ein Up grade für die bestehende PV-Anlage dar. Unter einer „beste henden" PV-Anlage wird hier eine PV-Anlage verstanden, welche zum Zeitpunkt der Ergänzung durch die Ergänzungseinrichtung bereits an ihrem Einsatzort installiert ist. Eine weitere Einschränkung kann insbesondere sein, dass diese bestehende PV-Anlage bereits ihrem vorgesehenen Zweck nachgekommen ist, also bereits in regulärem Betrieb war. Dabei soll sich der „reguläre" Betrieb insbesondere von einem Testbetrieb unter scheiden, welcher bspw. unternommen wird, wenn die PV-Anlage installiert und ggf. getestet wird, bevor der reguläre Be trieb zum ersten Mal aufgenommen wird.
Der Begriff „flächig" meint, dass die Dimensionierung der flächigen Komponente in den kartesischen x-, y- und z- Koordinaten derart gewählt ist, dass Erstreckungen in verti kaler z-Richtung gegenüber den horizontalen Erstreckungen in x- und y-Richtung vernachlässigbar ist.
Die Erfindung geht von der Annahme aus, dass zur Erreichung einer hohen Effizienz einer jeweiligen PV-Anlage Tandem-PV- Module eingesetzt werden sollen, bei denen typischerweise zwei oder sogar mehr lichtsensitive PV-Zellen bzw. Schichten übereinander angeordnet sind. Desweiteren wird davon ausge gangen, dass anzustreben ist, dass bestehende, d.h. bereits installierte PV-Anlagen weiter genutzt werden sollen, dass also ein Austausch alter, bereits installierter PV-Anlagen weitestgehend vermieden werden soll. Es wird daher vorge schlagen, bereits installierte PV-Anlagen unter weitestgehen der Weiterverwendung der bereits installierten Komponenten in Tandem-PV-Zellen aufzurüsten. Für den entsprechenden Umbau wird ein Upgrade vorgeschlagen, welches insbesondere eine Perowskit-PV-Zelle umfasst, die auf die bereits vorhandene herkömmliche PV-Zelle aufbringbar ist. Es wird demnach mög lich, sowohl die bereits genutzte Fläche, bspw. Dächer oder Land, als auch viele Teile der bereits installierten Anlage, bspw. Netzanbindungen, Stromzähler, Montagehalterungen sowie behördliche Genehmigungen, mit höherer Effizienz zu nutzen. Die Laminierung bewirkt, dass die Perowskit-PV-Zelle gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist und dass die da mit folienartig ausgebildete Perowskit-PV-Zelle leicht hand habbar ist. Die Perowskit-PV-Zelle der PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung weist eine Halterung auf, mit der die Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle derart befestigbar ist, dass sie raumfest zur bestehenden PV-Zelle angeordnet ist und dass Licht L von einer Lichtquelle zunächst auf die Perowskit-PV- Zelle fällt, diese durchquert und anschließend auf die beste hende PV-Zelle fällt.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung kann zusätzlich eine Leistungselektronikeinheit umfassen, die der Perowskit-PV- Zelle zugeordnet ist, die eine von der Perowskit-PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der zu sätzlichen Leistungselektronikeinheit bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt und die einen Anschluss auf weist, mit dem sie mit einer bestehenden Leistungselektronik und/oder einer bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist.
Die PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung kann desweiteren eine separate Kontrolleinheit umfassen, mit der die zusätzliche Leistungselektronikeinheit regelbar ist und die mit der be stehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbind bar ist, so dass ein Datenaustausch zwischen der separaten Kontrolleinheit und der bestehenden Kontrolleinheit möglich ist. Der Datenaustausch kann dabei bspw. auch Regel- /Steuersignale umfassen, mit denen die bestehende Kontrol leinheit die separate Kontrolleinheit regeln bzw. steuern kann .
Es wird hier demnach die besondere Verwendung einer
Perowskit-PV-Zelle, welche eine perowskitbasierte lichtsensi tive Komponente aufweist, die mittels einer Laminierung ein geschlossen ist, so dass die lichtsensitive Komponente sie vor Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist, zur Verbes serung der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage mittels der oben beschriebenen PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung vorge- schlagen. Die Verwendung dieser PV-Anlagen-Ergänzungsein- richtung besteht im Wesentlichen darin, die Perowskit-PV- Zelle der Ergänzungseinrichtung einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage hinzuzufügen, so dass die
Perowskit-PV-Zelle zusätzlich zur bestehenden PPV-Zelle in die PV-Anlage integriert ist und eine mit der Perowskit-PV- Zelle generierte elektrische Spannung der bestehenden PV- Anlage zugeführt wird. Ein wesentlicher Punkt hierbei ist, dass die Perowskit-PV-Zelle zur bestehenden PV-Zelle hinzuge fügt bzw. ergänzt wird, was sich ausdrücklich davon unter scheidet, dass die bestehende PV-Zelle durch eine Perowskit- PV-Zelle ersetzt wird.
Eine somit erweiterte PV-Anlage zum Bereitstellen von
elektrischer Spannung bei Beleuchtung der erweiterten PV- Anlage mit Licht L von einer Lichtquelle, umfasst demnach ei ne bestehende PV-Anlage, welche zumindest eine bestehende PV- Zelle eines ersten Zelltyps umfasst, bspw. eine siliziumba sierte PV-Zelle, eine nachträglich installierte PV-Anlagen- Ergänzungseinrichtung mit einer laminierten Perowskit-PV- Zelle. Der Begriff „nachträglich" zielt wie bereits der Be griff „bestehend" darauf ab, dass bereits eine PV-Anlage be steht und betrieben wird und die Ergänzungseinrichtung erst später, also nachträglich, ergänzt wird.
Die erweiterte PV-Anlage umfasst letztlich die bestehende PV- Zelle und die hinzugefügte Perowskit-PV-Zelle, welche mit ei ner geeigneten Halterung derart auf der bestehenden PV-Zelle befestigt ist, dass das Licht L zunächst auf die lichtsensi tive Komponente der Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle fällt. Da die Effizienzmaxima der beiden PV-Zellen typischerweise in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen, kann durch diese Anordnung sichergestellt werden, dass trotz des absor bierenden Einflusses der oben angeordneten PV-Zelle eine ins gesamt erhöhte Effizienz erreicht wird, wenn die obere Zelle für den Wellenlängenbereich transparent ist, in dem das Effi zienzmaximum der unteren Zelle liegt. Die Halterung zur Befestigung der Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle kann ein zumindest teiltransparenter Kleber sein, wobei die Perowskit-PV-Zelle mittels des Klebers auf diejenige Oberfläche der bestehenden PV-Zelle geklebt ist, durch die das Licht L von der Lichtquelle auf eine lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle fällt. Der Kleber ist zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die untere, erste PV-Zelle bzw. deren lichtsensitive Kom ponente ihre Maximaleffizienz aufweist. Wie bereits angedeu tet resultiert dies darin, dass die PV-Anlage insgesamt eine höhere Effizienz aufweist, da beide Einzelzellen der so ge bildeten Tandem-PV-Zelle bei ihrer jeweiligen maximalen Effi zienz arbeiten können.
Alternativ kann die Halterung zur Befestigung der Perowskit- PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle eine Klammer umfassen, mit der die Perowskit-PV-Zelle an der bestehenden PV-Zelle befestigbar ist. Dies erlaubt eine sehr einfache und leicht auszuführende Befestigung.
Die erweiterte PV-Anlage und insbesondere ihre PV-Anlagen- Ergänzungseinrichtung umfasst eine separate Leistungselektro nikeinheit, die der Perowskit-PV-Zelle zugeordnet ist und die eine von der Perowskit-PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der separaten Leistungselektronikein heit bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt. Vorteilhafterweise weist die separate Leistungselektronikein heit zudem einen Anschluss auf, mit dem sie mit einer beste henden Leistungselektronik und/oder einer bestehenden Kon- trolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist.
Es wird demnach in dieser Ausführung nicht die Leistungs elektronikeinheit der bestehenden PV-Anlage für die neu in stallierte Perowskit-PV-Zelle verwendet. Die Verwendung einer separaten Leistungselektronikeinheit für die Perowskit-PV- Zelle erlaubt es, die Perowskit-PV-Zelle an ihrem optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Gleiches gilt dementsprechend für die bestehende PV-Zelle.
Die bestehende PV-Anlage der erweiterten PV-Anlage weist eine bestehende Leistungselektronikeinheit auf, die der bestehen den PV-Zelle zugeordnet ist und die eine von der bestehenden PV-Zelle bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U10 bedarfsweise in eine an einem Aus gang der bestehenden Leistungselektronikeinheit bereit zu stellende elektrische Spannung Ull wandelt, wobei die beste hende Leistungselektronikeinheit von einer bestehenden Kon- trolleinheit der bestehenden PV-Anlage kontrollierbar ist.
Die ergänzte separate Leistungselektronikeinheit der
Perowskit-PV-Zelle weist ihrerseits einen Anschluss auf, über den sie mit der bestehenden Leistungselektronik und/oder mit der bestehenden Kontrolleinheit der bestehenden PV-Anlage verbindbar ist ebenfalls von der bestehenden Kontrolleinheit kontrollierbar ist. Die bestehende Leistungselektronikeinheit und die separate Leistungselektronikeinheit der Perowskit-PV- Zelle können demnach mit Hilfe der bestehenden Kontrollein heit unabhängig voneinander betrieben werden, so dass beide an ihrem jeweiligen optimalen Arbeitspunkt arbeiten können.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage bzw. zum Herstellen einer verbesserten PV-Anlage wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV- Anlage eine Perowskit-PV-Zelle hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet bzw. befestigt, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend, nach Durchqueren der Perowskit-PV-Zelle, auf die bestehende PV-Zelle fällt, wobei die jeweilige PV-Zelle in Wechselwirkung mit dem auf sie fal lenden Licht in bekannter Weise eine elektrische Spannung bzw. elektrische Energie bereitstellt . Zur Herstellung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle wird eine flächige, perowskitbasierte lichtsensitive Komponente laminiert, wobei die lichtsensitive Komponente von Laminie- rungsschichten derart eingeschlossen wird, dass die lichtsen sitive Komponente vor Verschmutzung und Feuchtigkeit ge schützt ist. Die lichtsensitive Komponente wird natürlich vor dem Laminieren mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen versehen, über die eine bei Beleuchtung der lichtsensitiven Komponente mit Licht L erzeugte elektrische Spannung abge griffen werden kann.
Die Dimensionierung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle an wird an die Dimensionierung der bestehenden PV-Zelle ange passt, wobei insbesondere die horizontalen Erstreckungen der Laminierungsschichten in x- und y-Richtung und die dement sprechenden horizontalen Erstreckungen eines Trägers der be stehenden PV-Zelle, in den die lichtsensitive Komponente der bestehenden PV-Zelle eingebettet ist, einander weitestgehend entsprechen .
Die Perowskit-PV-Zelle wird mittels eines Klebers auf der be stehenden PV-Zelle angeordnet und befestigt wird, wobei der Kleber zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die erste PV-Zelle bzw. deren lichtsensitive Kompo nente ihre Maximaleffizienz aufweist.
Dies zusammenfassend betrifft die Erfindung das Verbessern einer Effizienz einer bereits bestehenden, installierten PV- Anlage. Dabei wird einer bestehenden PV-Zelle der bestehenden PV-Anlage eine folienartige, laminierte Perowskit-PV-Zelle ggf. nebst zugehöriger Leistungselektronik hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle angeordnet, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die bestehende PV-Anlage in elektrische Energie umzusetzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle und anschließend auf die bestehende PV-Zelle fällt. Es wird also eine laminierte Perowskit-PV- Zelle derart verwendet, dass eine bestehende PV-Anlage dahin- gehend aufgewertet wird, dass ihre Effizienz ohne einen Aus tausch von Komponente verbessert wird.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt in der kosten günstigen Verbesserungsmöglichkeit existierender PV-Anlagen ohne die bereits bestehenden Module komplett austauschen zu müssen. Die Effizienz einer ältere Anlage kann durch dieses Upgrade von 15-20% auf >25% gebracht werden. Diese Verbesse rung ist umso ausgeprägter, je leistungsschwächer die bereits existierenden Module sind. Durch die passgenaue Herstellung der Bandlücke einer Perowskit-PV-Zelle können alle Varianten von bestehenden PV-Zellen kombiniert und deren Effizienz er höht werden. Eine vorhandene Infrastruktur der Installation einer bestehenden Anlage wird beibehalten, so dass signifi kante Einsparungen realisierbar sind. Die bestehenden, alten PV-Zellen dienen als Halterung für die zu ergänzenden Zellen. Somit ist die hier vorgestellte Lösung wesentlich wirtschaft licher als ein kompletter Austausch der alten PV-Module durch neue Tandem-Module . Dieses „Upgrade" ist unabhängig von der Art und dem Hersteller der bestehenden PV-Anlage, es muss le diglich die passende Größe der Perowskit-PV-Zelle gewählt werden .
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausfüh rungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort wer den gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch glei che Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem be stimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Aus führungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten auf- weist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Desweiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren darge stellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird.
Es zeigen:
FIG 1 eine herkömmliche, bestehende PV-Anlage,
FIG 2 eine ergänzte PV-Anlage,
FIG 3 einen Querschnitt durch eine laminierte Perowskit-PV- Zelle,
FIG 4 eine Draufsicht auf eine laminierte Perowskit-PV- Zelle .
Zur Begriffsklärung sei vorweg angemerkt, dass sich Begriffe wie „oben", „unten", „über", „auf", „unter" etc. im jeweili gen Zusammenhang auf ein Koordinatensystem beziehen, bei dem sich die Quelle des durch die PV-Zelle in elektrische Span nung umzuwandelnden Lichts, d.h. bspw. die Sonne, „über" der PV-Zelle befindet. Mit anderen Worten liegt also im Falle des erwähnten Tandem-PV-Moduls die Perowskit-PV-Zelle zwischen der Lichtquelle und der Silizium-PV-Zelle, d.h. die Licht quelle ist „oben" angeordnet, die Silizium-Zelle liegt „un ten" und die Perowskit-Zelle zwischen Lichtquelle und Silizi um-PV-Zelle. Wiederum mit anderen Worten ausgedrückt ist die Perwoskit-PV-Zelle „auf" der der Lichtquelle zuzuwendenden Oberfläche der Silizium-PV-Zelle angeordnet.
Die FIG 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht eine PV- Einrichtung 1 mit einem PV-Modul 100. Das PV-Modul 100 um fasst eine erste PV-Zelle 111 eines ersten Zelltyps, d.h. mit einer oder mehreren ersten lichtsensitiven Komponenten 112 aus einem ersten Material, welche bei Beleuchtung mit Licht L einen elektrische Spannung U10 bereitstellen . Im Folgenden wird der Einfachheit halber in der Regel der Ausdruck verwen det, dass die jeweilige PV-Zelle eine Spannung generiert (o- der ähnlich), womit jedoch gemeint ist, dass diese Spannung von der jeweiligen lichtsensitiven Komponente der jeweiligen Zelle generiert wird.
Die erste lichtsensitive Komponente 112 bzw. der erste Zell typ kann bspw. siliziumbasiert und in einem Träger 113 aus Glas o.ä. eingebettet sein. Es sind desweiteren Befestigungs einrichtungen 115 vorgesehen, mit denen die erste PV-Zelle 111 an einem gewünschten Ort (nicht dargestellt), bspw. an einem Dach eines Gebäudes o.ä., befestigt werden kann.
Die PV-Einrichtung 1 weist weiterhin eine erste Leistungs elektronikeinheit 211 auf, wobei die erste Leistungselektro nikeinheit 211 der ersten PV-Zelle 111 zugeordnet ist. Die von der ersten PV-Zelle 111 bei Beleuchtung generierte
Zellspannung U10 wird der Leistungselektronikeinheit 211 über eine entsprechende elektrische Verbindung 11 der PV-Ein- richtung 1 zugeführt. Die Leistungselektronikeinheit 211 ver arbeitet die ihr zugeführte elektrische Energie je nach Be darf und stellt ihrerseits an ihrem Ausgang eine Spannung Ull, bspw. eine Wechselspannung Ull, zur Verfügung.
Dieses Konzept ist an sich bekannt und wird bei bereits in stallierten, herkömmlichen PV-Anlagen angewendet. Wie einlei tend erläutert ist anzustreben, die Effizienz derartiger her kömmlicher und bereits installierter PV-Einrichtungen 1 zu verbessern, insbesondere ohne die installierte Einrichtung auszutauschen. Die so zu schaffende, effizientere PV-Ein- richtung 1' soll hierbei auf einem Tandem-PV-Modul 100' gemäß FIG 2 beruhen, wobei das Tandem-PV-Modul 100' aufbauend auf dem bestehenden PV-Modul 100 gemäß FIG 1 gebildet werden soll. Hierzu wird ein Upgrade vorgeschlagen, mit dem aus der bereits installierten PV-Einrichtung 1 gemäß FIG 1 die ver besserte PV-Einrichtung 1' mit Tandem-PV-Modul 100' gemäß FIG 2 gebildet wird.
Die FIG 2 zeigt exemplarisch und vereinfacht eine PV-Ein- richtung 1' mit einem derartigen Tandem-PV-Modul 100'. Das Tandem-PV-Modul 100' umfasst die untere, erste PV-Zelle 111 des ersten Zelltyps, d.h. mit einer oder mehreren ersten lichtsensitiven Komponenten 112 aus dem ersten Material, wel che bei Beleuchtung die elektrische Spannung U10 bereitstel len. Die untere, erste PV-Zelle 111 der FIG 2 entspricht der in FIG 1 gezeigten ersten PV-Zelle 111 und repräsentiert eine bereits installierte PV-Zelle. Das effizientere Tandem-PV- Modul 100' wird basierend auf dieser ersten PV-Zelle 111 bzw. auf dem bestehenden PV-Modul 100 durch Hinzufügen einer zwei ten PV-Zelle 121 eines zweiten Zelltyps gebildet. Die zweite PV-Zelle 121 des zweiten Zelltyps umfasst entsprechend eine oder mehrere zweite lichtsensitive Komponenten 122 aus einem zweiten Material, welche in ein ausreichend transparentes Ma terial 123 eingebettet sind und welche bei Beleuchtung eine elektrische Spannung U20 bereitstellen . Die zweite PV-Zelle 121, die vorzugsweise auf bzw. oberhalb der ersten PV-Zelle angeordnet wird, ist Teil des Upgrades der PV-Einrichtung 1 zur verbesserten PV-Einrichtung 1 ' . Dadurch dass die zweite PV-Zelle 121 oberhalb der ersten PV-Zelle 111 angeordnet wird, ist eine entsprechende Montage vergleichsweise einfach und kann idealerweise ausgeführt werden, ohne dass die be reits bestehende bzw. installierte erste PV-Zelle 111 demon tiert oder ausgebaut werden muss.
Das Tandem-PV-Modul 100' wird im Betrieb derart angeordnet, dass die obere, zweite PV-Zelle 121 der Lichtquelle L, bspw. der Sonne, zugewandt ist. Das von der Lichtquelle L abge strahlte und auf das Tandem-PV-Modul 100' fallende Licht L trifft also zunächst auf die zweite PV-Zelle 121, was in be kannter Weise dazu führt, dass die zweite PV-Zelle 121 bzw. deren lichtsensitive Komponente 122 aus dem zweiten Material die zweite elektrische Zellspannung U20 generiert. Nach
Durchqueren der zweiten PV-Zelle 121 fällt das entsprechende Restlicht auf die erste PV-Zelle 111, was ebenfalls in be kannter Weise dazu führt, dass die erste PV-Zelle 111 bzw. deren lichtsensitive Komponente 112 aus dem ersten Material eine erste elektrische Zellspannung U10 generiert. Vorteilhafterweise sind die beiden Zelltypen derart gewählt, dass die maximale Effizienz der verschiedenen Zellen 111,
121, welche auch als „Power Conversion Efficiency" (PCE) be zeichnet wird, in unterschiedlichen Spektralbereichen liegen. Insbesondere ist für die erste PV-Zelle 111 ein Zelltyp aus gewählt, dessen PCE-Maximum in einem Spektralbereich liegt, für den die im eingebauten Zustand obere, zweite PV-Zelle 121 im Wesentlichen transparent ist. „Im Wesentlichen transpa rent" soll dabei bedeuten, dass die zweite PV-Zelle 121 die sen speziellen Spektralbereich im Vergleich zu anderen Spekt ralbereichen deutlich weniger absorbiert. Es muss natürlich davon ausgegangen werden, dass die zweite PV-Zelle 121 grund sätzlich in jedem für diese Anwendung relevanten Spektralbe reich einen gewissen Absorptionsgrad aufweist, jedoch kann ebenso davon ausgegangen werden, dass der Absorptionsgrad in bestimmten Bereichen des Lichtspektrums vergleichsweise ge ring und die Zelle 121 damit „im Wesentlichen transparent" für diesen Spektralbereich ist.
Im gezeigten Beispiel ist die obere, zweite PV-Zelle 121 eine perowskitbasierte PV-Zelle, d.h. die lichtsensitive Komponen te 122 der zweiten PV-Zelle 121 weist ein perwoskitisches Ma terial auf. Die untere, erste PV-Zelle 111 ist dagegen eine herkömmliche, bspw. siliziumbasierte PV-Zelle. Wie einleitend angedeutet weisen perowskitische Materialien einen größeren Bandabstand auf als siliziumbasierte Materialien, weswegen die perowskitbasierte PV-Zelle 121 einen höheren Absorptions anteil im blauen bzw. kurzwelligen Spektralbereich hat und längerwelliges Licht durchlässt. Die siliziumbasierte PV- Zelle 111 absorbiert stärker im längerwelligen Spektralbe reich, so dass das von der Perowskitzelle 121 durchgelassene Licht bzw. zumindest ein Teil davon von der Siliziumzelle 111 absorbiert und in elektrische Spannung umgewandelt werden kann .
Die durch das Upgrade verbesserte PV-Einrichtung 1 ' umfasst die bereits vorhandene erste Leistungselektronikeinheit 211 und eine zweite Leistungselektronikeinheit 221. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 kann demnach ebenfalls Teil des Upgrades sein. Die von der zweiten PV-Zelle 121 bei Be leuchtung generierte Zellspannung U20 wird der zweiten Leis tungselektronikeinheit 221 über eine entsprechende elektri sche Verbindung 21 der verbesserten PV-Einrichtung 1' zuge führt. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 verarbeitet die ihr zugeführte elektrische Energie je nach Bedarf und stellt ihrerseits an ihrem Ausgang eine Spannung U21, bspw. eine Wechselspannung U21, zur Verfügung.
Die beiden Leistungselektronikeinheiten 211, 221 arbeiten vorteilhafterweise separat und unabhängig voneinander. Die erste Leistungselektronikeinheit 211 ist wie bereits be schrieben nach wie vor der ersten PV-Zelle 111 zugeordnet, während die zweite Leistungselektronikeinheit 221 der zweiten PV-Zelle 121 zugeordnet ist. Dabei bilden die erste PV-Zelle 111 und die erste Leistungselektronikeinheit 211 ein erstes PV-Subsystem 110 der PV-Einrichtung 1'. Ebenso bilden die zweite PV-Zelle 121 und die ihr zugeordnete zweite Leistungs elektronikeinheit 221 ein zweites PV-Subsystem 120 der PV- Einrichtung 1'. Die von den PV-Zellen 111, 121 bei Beleuch tung generierten Zellspannungen U10, U20 werden der jeweili gen Leistungselektronikeinheit 211, 221 über entsprechende elektrische Verbindungen 11, 21 der PV-Einrichtung 1' zuge führt und dort wie erwähnt in Ausgangsspannungen Ull, U21 um gewandelt .
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Upgrade lediglich die zusätzlich PV-Zelle 121, nicht aber die zweite Leistungs elektronikeinheit 221 umfasst. In diesem Fall würde die von der zweiten PV-Zelle 121 bei Beleuchtung bereitgestellte elektrische Energie bzw. Spannung U2 der bereits vorhandenen ersten Leistungselektronikeinheit 211 zugeführt und dort ver arbeitet .
Die PV-Einrichtung 1 ' weist darüber hinaus eine Kontrollein- heit 300 auf, welche ausgebildet ist, um beim Betreiben der Leistungselektronikeinheit 211, 221 eines jeden PV-Subsystems 110, 120 die jeweilige Leistungselektronikeinheit 211, 221 bspw. derart zu regeln, dass ein Produkt aus einem der jewei ligen Leistungselektronikeinheit 211, 221 entnehmbaren Stro mertrags 110 bzw. 120 und der jeweiligen Zellspannung U10 bzw. U20 der der jeweiligen Leistungselektronikeinheit 211, 221 zugeordneten PV-Zelle 111, 121 maximal ist. Dies führt dazu, dass der Energieertrag des jeweiligen PV-Subsystems
110, 120 maximal wird, wobei der wesentliche Punkt darin liegt, dass für die PV-Subsysteme 110, 120 aufgrund der Ver fügbarkeit separater Leistungselektronikeinheiten 211, 221 individuell und unabhängig voneinander der optimale Arbeits punkt angefahren wird. Eine derartige PV-Einrichtung 1' mit entsprechender Kontrolleinheit wird bspw. in der bereits zi tierten WO 2018162496 Al beschrieben.
Die untere, erste PV-Zelle 111 der FIG 2 entspricht der in FIG 1 gezeigten ersten PV-Zelle 111 und repräsentiert eine bereits installierte PV-Zelle. Die zweite PV-Zelle 121 stellt eine der PV-Einrichtung 1 im Rahmen des Upgrades nachträglich hinzugefügte PV-Zelle dar, so dass durch das Hinzufügen der zweiten Zelle 121 zur ersten Zelle 111 das Tandem-PV-Modul 100' geschaffen wird. Entsprechendes gilt für die zusätzliche Leistungselektronikeinheit 221. Insbesondere können bei dem Hinzufügen bzw. bei dem entsprechenden Upgrade der in der FIG 1 dargestellten PV-Einrichtung 1 zur in der FIG 2 dargestell ten verbesserten PV-Einrichtung 1' sämtliche Komponenten 11,
111, 112, 113, 115, 211 der ursprünglichen PV-Einrichtung 1 weiter verwendet werden.
Die FIG 3 zeigt eine Detailansicht der zweiten PV-Zelle 121 des Tandem-PV-Moduls 100'. Die Schraffierungen der lichtsen sitiven Komponente 122, welche in FIG 2 insbesondere zur Ver anschaulichung der unterschiedlichen Zelltypen der PV-Zellen 111, 121 dienten, finden in FIG 3 der Übersichtlichkeit wegen keine Verwendung. Das Modul 100' besteht wie bereits be schrieben aus der ersten, bereits installierten PV-Zelle 111. Auf dieser ersten Zelle 111 wird im Rahmen des Upgrades die in FIG 3 dargestellte zweite PV-Zelle 121 positioniert. Die zweite PV-Zelle 121 ist insbesondere als laminierte Einheit ausgebildet, die auf die Oberfläche der ersten PV-Zelle 111 aufgebracht und fixiert werden soll, bspw. mit Hilfe eines entsprechend zumindest zum Teil transparenten Klebers 129, bspw. ein sog. flüssiger optisch durchsichtiger Klebstoff.
Wie in FIG 3 angedeutet umfasst die zweite PV-Zelle 121 eine Perowskitschicht 122, die einen n-dotierten Bereich 122n und einen p-dotierten Bereich 122p aufweist. Auf den beiden Ober flächen der Perowskitschicht 122 sind transparente Laminie rungen 123o, 123u aufgebracht, die an der gestrichelten Linie aneinander angrenzen und die die Perowskitschicht 122 ein schließen, was den Vorteil mit sich bringt, dass die
Perowskitschicht 122 gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung ge schützt ist. Der Einschluss wird auch dadurch erreicht, dass die Laminierungsschichten 123o, 123u die lichtsensitive Kom ponente 122 in den horizontalen Richtungen x, y überragen. Dies wird auch in der Draufsicht in FIG 4 klar.
Die FIG 3 deutet desweiteren den elektrischen Anschluss der zweiten PV-Zelle 121 an und zeigt die elektrische Verbindung 21, die zur zweiten Leistungselektronikeinheit 221 führt (in FIG 3 nicht dargestellt) . Die elektrische Verbindung 21 um fasst im hier gezeigten Beispiel zwei elektrische Leitungen 21n, 21p, wobei die Leitung 21n mit dem n-dotierten Bereich 122n und die Leitung 21p mit dem p-dotierten Bereich 122p elektrisch kontaktiert ist. Bei Beleuchtung der zweiten PV- Zelle 121 entsteht in bekannter Weise eine elektrische Span nung, die über Kontakte 122k abgegriffen und über die Leitun gen 21n, 21p der zweiten Leistungselektronikeinheit 221 zuge führt werden kann.
Die FIG 4 zeigt eine Draufsicht auf die in FIG 3 dargestellte zweite PV-Zelle 121. Rein exemplarisch ist das zweite PV- Modul 121 quadratisch geformt. Aufgrund der Blickrichtung in der negativen, vertikalen z-Richtung sind lediglich die obere Laminierungsschicht 123o sowie der n-dotierte Bereich 122n der lichtsensitiven Komponente 122 sichtbar. Die räumlichen Begrenzungen des Bereichs 122n sind gestrichelt dargestellt, da die lichtsensitive Komponente 122 unter der oberen Lami- nierung 123o liegt. Es gilt jedoch grundsätzlich, dass die Laminierung 123o, so wie konsequenterweise auch die nicht dargestellte Laminierung 123u, in den horizontalen Richtungen x, y größere Ausdehnungen aufweist als die lichtsensitive Komponente 122, um sicherzustellen, dass die lichtsensitive Komponente 122 vor Verschmutzungen sowie vor Feuchtigkeit ge schützt ist.
Abweichend von der in FIG 3 und FIG 4 angedeuteten Ausbildung der lichtsensitiven Komponenten 122 der Perowskit-PV-Zelle
121 als einzelne vergleichsweise großflächige Komponente 122, kann diese auch aus einer Vielzahl von kleineren, bspw. nach Art eines Schachbrettmusters angeordneten lichtsensitiven Komponenten bestehen, welche schlussendlich aber ebenfalls mit einer oberen und einer unteren Laminierung eingeschlossen werden. Es kommt an dieser Stelle also weniger darauf an, wie die perowskitische lichtsensitive Komponente 122 ausgebildet ist, sondern vielmehr darauf, dass sie mit den Laminierungen 123o, 123u eingeschlossen bzw. verkapselt ist.
Die perowskitbasierte PV-Zelle 121 basiert auf einer Dünn schichttechnologie. Dementsprechend ist zu berücksichtigen, dass die Darstellungen nicht maßstabsgetreu sind. Aufgrund der entsprechenden geringen Erstreckung der Perwoskitschicht
122 in der z-Richtung ist es möglich, die Schicht 122 bzw. das lichtsensitive Material 122 in den transparenten Folien 123o, 123u zu laminieren. Die entstehende Perowskit-PV-Zelle 121 umfassend die lichtsensitive Komponente 122 sowie die La minierung 1230, 123u weist ihrerseits die Eigenschaften einer Folie auf, ist also insbesondere vergleichsweise flexibel und leicht handzuhaben.
Zur Herstellung einer solchen Perowskit-PV-Zelle 121 mit dem Zweck der Erweiterung der bestehenden PV-Einrichtung 1 werden zunächst die zweite PV-Zelle 122 und die zweite lichtsensiti- ve Komponente 122 in einer zur ersten PV-Zelle 111 und insbe sondere zur ersten lichtsensitiven Komponente 112 passenden Größe hergestellt. Bspw. kann dies in der Weise erfolgen, dass die Erstreckungen der zweiten lichtsensitiven Komponente 122 in den kartesischen, horizontalen x- und y-Richtungen den Erstreckungen der ersten Komponente 112 in diesen Richtungen entsprechen. Die so bereit gestellte zweite lichtsensitive Komponente 122 wird anschließend mit den Laminierungsschich- ten 123o, 123u laminiert, wobei deren Erstreckungen in den x- und y-Richtungen bspw. so gewählt werden, dass die den Er streckungen der ersten PV-Zelle 111, bspw. den Erstreckungen des Trägers 113 in den x- und y-Richtungen entsprechen.
Idealerweise wird die so hergestellte Perowskit-PV-Zelle 121 an der bestehenden ersten PV-Zelle 111 befestigt, ohne dass die erste PV-Zelle 111 deinstalliert werden muss. Sollte eine vorübergehende Deinstallation der bestehenden PV-Zelle 111 doch notwendig sein, um die Befestigung der Perowskit-PV- Zelle 121 an der bestehenden PV-Zelle 111 zu bewerkstelligen, so ist davon auszugehen, dass das nach der Befestigung der Zellen 111, 121 aneinander erzeugte Tandem-PV-Modul 100' an genau demjenigen Ort wieder installiert wird, an dem vorher die PV-Zelle 111 installiert war. Die Befestigung kann bspw. mit Hilfe eines zumindest teiltransparenten Klebers 129 er folgen. Dieser wird so ausgewählt, dass er zumindest für den Teil des Lichtspektrums transparent ist, in dem die erste PV- Zelle 111 ihre Maximaleffizienz aufweist. Nach der Befesti gung der zweiten PV-Zelle 121 an der ersten PV-Zelle 111 wird die zweite PV-Zelle 121 elektrisch kontaktiert. In der idea len Ausführung der Erweiterung bzw. des Upgrades ist eine se parate Leistungselektronikeinheit 221 vorgesehen, mit der die zweite PV-Zelle 121 über die Leitungen 21n, 21p elektrisch verbunden wird. Die zweite Leistungselektronikeinheit 221 wird schließlich mit der Kontrolleinheit 300 verbunden. Auch für die Kontrolleinheit 300 ist ein Upgrade vorgesehen, wel ches idealerweise lediglich in einer angepassten Software be steht. Sollte die bestehende Kontrolleinheit 300 nicht dem entsprechend upgradefähig sein, kann für die zweite PV-Zelle 121 eine separate Kontrolleinheit 300' vorgesehen sein. Diese Option ist in der FIG 2 mit Hilfe gestrichelter Linien ange- deutet. In einem solchen Fall würde es sich anbieten, die Re gelungen 300, 300' miteinander zu verbinden. Dabei ist es desweiteren vorteilhaft, wenn eine der beiden Regelungen 300, 300' als „Master" arbeitet und die jeweils andere Kontrol- leinheit 300', 300 steuern bzw. regeln kann.
Bei dem so erreichbaren schnellen und einfachen Upgrade einer bestehenden PV-Anlage 1 zu einer hoch effizienten und tech nisch sowie ökonomisch wettbewerbsfähigen PV-Anlage 1 ' können viele der Komponenten der bestehenden PV-Anlage 1 beibehalten werden. Damit wird auch ein wichtiger Aspekt der Nachhaltig keit adressiert.
BezugsZeichen
I PV-Einrichtung
1' effizientere PV-Einrichtung
II elektrische Verbindung
21 elektrische Verbindung
100 bestehendes PV-Modul
100' Tandem-PV-Modul
110 erstes PV-Subsystem
III erste PV-Zelle
112 erste lichtsensitive Komponente
113 Träger
115 Befestigungseinrichtung
120 zweites PV-Subsystem
121 zweite PV-Zelle
122 Perowskitschicht
122 zweite lichtsensitive Komponente, Perowskitschicht 122k elektrische Kontakte
122n n-dotierter Bereich
122p p-dotierter Bereich
123 transparentes Material, Träger
123o Laminierung
123u Laminierung
129 transparenter Kleber
211 erste Leistungselektronikeinheit
21n elektrische Leitung
21p elektrische Leitung
221 zweite Leistungselektronikeinheit
300 Kontrolleinheit
300' Kontrolleinheit
L Licht

Claims

Patentansprüche
1. PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung zum Ergänzen zu einer be stehenden PV-Anlage (100, 200, 300), welche zumindest eine bestehende PV-Zelle (111) eines ersten Zelltyps umfasst, auf weisend eine Perowskit-PV-Zelle (121) mit einer flächigen, perowskitbasierten lichtsensitiven Komponente (122), wobei
- die lichtsensitive Komponente (122) eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüber liegende zweite Oberfläche aufweist, wobei auf der ersten und auf der zwei ten Oberfläche jeweils eine Laminierung (123o, 123u) aufge bracht ist, so dass die lichtsensitive Komponente (122) durch die Laminierungen (123o, 123u) vollständig einge schlossen ist,
- die Perowskit-PV-Zelle (121) derart dimensioniert ist, dass sie auf einer Oberfläche der bestehenden PV-Zelle (111) be festigbar ist.
2. PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) eine Halte rung (129) aufweist, mit der die Perowskit-PV-Zelle (121) an der bestehenden PV-Zelle (111) derart befestigbar ist, dass sie raumfest zur bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet ist und dass Licht L von einer Lichtquelle zunächst auf die
Perowskit-PV-Zelle (121) und anschließend auf die bestehende PV-Zelle (111) fällt.
3. PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinrich tung eine Leistungselektronikeinheit (221) umfasst, die
- der Perowskit-PV-Zelle (121) zugeordnet ist,
- eine von der Perowskit-PV-Zelle (121) bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Spannung U20 be darfsweise in eine an einem Ausgang der Leistungselektroni keinheit (221) bereit zu stellende elektrische Spannung U21 wandelt, - mit einer bestehenden Leistungselektronik (211) und/oder einer bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV- Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist.
4. PV-Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinrich tung eine separate Kontrolleinheit (300') umfasst,
- mit der die Leistungselektronikeinheit (221) regelbar ist und
- die mit der bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehen den PV-Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist, so dass ein Datenaustausch zwischen der separaten Kontrolleinheit
(300') und der bestehenden Kontrolleinheit (300) möglich ist .
5. Verwendung einer Perowskit-PV-Zelle (121) zur Verbesserung der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage mittels einer PV- Anlagen-Ergänzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Perowskit-PV-Zelle (121) einer bestehenden PV- Zelle (111) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) hinzu gefügt wird.
6. Erweiterte PV-Anlage (1') zum Bereitstellen von elektri scher Spannung bei Beleuchtung der erweiterten PV-Anlage (1') mit Licht L von einer Lichtquelle, umfassend
- eine bestehende PV-Anlage (100, 200, 300), welche zumindest eine bestehende PV-Zelle (111) eines ersten Zelltyps um fasst,
- eine nachträglich installierte PV-Anlagen- Ergänzungseinrichtung nach Anspruch 1 mit einer laminierten Perowskit-PV-Zelle (121).
7. Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) eine Halterung (129) aufweist, mittels derer die Perowskit-PV-Zelle (121) derart auf der bestehenden PV-Zelle (111) befestigt ist, dass das Licht L zunächst auf die lichtsensitive Komponente (122) der Perowskit-PV-Zelle (121) und anschließend auf die licht- sensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) fällt .
8. Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Halterung (129) zur Befestigung der
Perowskit-PV-Zelle (121) an der bestehenden PV-Zelle (111) ein zumindest teiltransparenter Kleber ist, wobei
- die Perowskit-PV-Zelle (121) mittels des Klebers (129) auf diejenige Oberfläche der bestehenden PV-Zelle (111) geklebt ist, durch die das Licht L von der Lichtquelle auf eine lichtsensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) fällt,
- der Kleber (129) zumindest für dasjenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbe reich umfasst, für den die erste PV-Zelle (111) ihre Maxi maleffizienz aufweist.
9. Erweiterte PV-Anlage (1') nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die PV-Anlagen- Ergänzungseinrichtung eine separate Leistungselektronikein heit (221) umfasst, die der Perowskit-PV-Zelle (121) zugeord net ist und die eine von der Perowskit-PV-Zelle (121) bei Be leuchtung mit dem Licht L bereit gestellte elektrische Span nung U20 bedarfsweise in eine an einem Ausgang der separaten Leistungselektronikeinheit (221) bereit zu stellende elektri sche Spannung U21 wandelt.
10. Erweiterte PV-Anlage (1') nach Anspruch 9, wobei die be stehende PV-Anlage (100, 200, 300) eine bestehende Leistungs elektronikeinheit (211) aufweist, die der bestehenden PV- Zelle (111) zugeordnet ist und die eine von der bestehenden PV-Zelle (111) bei Beleuchtung mit dem Licht L bereit ge stellte elektrische Spannung U10 bedarfsweise in eine an ei nem Ausgang der bestehenden Leistungselektronikeinheit (211) bereit zu stellende elektrische Spannung Ull wandelt, wobei die bestehende Leistungselektronikeinheit (211) von einer be stehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die separate Leistungselektronikeinheit (221) der Perowskit- PV-Zelle (121) mit der bestehenden Leistungselektronikeinheit (211) und/oder mit der bestehenden Kontrolleinheit (300) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) verbindbar ist eben falls von der bestehenden Kontrolleinheit (300) regelbar ist.
11. Verfahren zum Verbessern der Effizienz einer bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300), dadurch gekennzeichnet, dass einer bestehenden PV-Zelle (111) der bestehenden PV-Anlage (100, 200, 300) eine Perowskit-PV-Zelle (121) hinzugefügt und dabei derart auf der bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet wird, dass Licht L von einer Lichtquelle, welches durch die beste hende PV-Anlage (100, 200, 300) in elektrische Energie umzu setzen ist, zunächst auf die Perowskit-PV-Zelle (121) und an schließend auf die bestehende PV-Zelle (111) fällt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle (121) eine perowskitbasierte lichtsensitive Komponente (122) lami niert wird, wobei die lichtsensitive Komponente (122) von La- minierungsschichten (123o, 123u) derart eingeschlossen wird, dass die lichtsensitive Komponente (122) vor Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung der hinzuzufügenden Perowskit-PV-Zelle (121) an die Dimensionierung der bestehenden PV-Zelle (111) angepasst wird, wobei insbesondere die horizontalen Erstre ckungen der Laminierungsschichten (123o, 123u) in x- und y- Richtung und die dementsprechenden horizontalen Erstreckungen eines Trägers (113) der bestehenden PV-Zelle (111), in den die lichtsensitive Komponente (112) der bestehenden PV-Zelle (111) eingebettet ist, einander weitestgehend entsprechen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Perowskit-PV-Zelle (121) mittels eines Klebers (129) auf der bestehenden PV-Zelle (111) angeordnet und befestigt wird, wobei der Kleber (129) zumindest für das- jenige Teilspektrum des Lichtes L transparent ist, welches denjenigen Spektralbereich umfasst, für den die erste PV- Zelle (111) ihre Maximaleffizienz aufweist.
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