WO2013182399A1 - Dachscheibe mit einem integrierten photovoltaik-modul - Google Patents

Dachscheibe mit einem integrierten photovoltaik-modul Download PDF

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substrate
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Harald STOFFEL
Uwe Van Der Meulen
Andreas NOSITSCHKA
Pascal Remy
Marc-Oliver Prast
Dirk Neumann
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Compagnie de Saint Gobain SA
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Definitions

  • the invention relates to a roof panel with an integrated photovoltaic module, a method for their production and their use.
  • photovoltaic modules can be integrated into the roof of vehicles.
  • roof windows are known, for example, from DE 3713854 A1, DE 4006756 A1 and DE 4105389 C1.
  • the object of the present invention is to provide an improved roof panel with an integrated photovoltaic module. It should be possible to provide a large part of the surface of the roof panel with the photovoltaic module and to provide the roof panel with a strong curvature. In addition, the roof panel in the area of the integrated photovoltaic module should have a selectable partial transparency.
  • the roof panel according to the invention with an integrated photovoltaic module comprises at least the following features:
  • thermoplastic layer a substrate and an outer pane, which are connected to one another in terms of surface area via a thermoplastic layer
  • At least one photovoltaic system incorporated in the thermoplastic layer which contains at least two strip-shaped solar cells, which are connected in series via at least one electrically conductive connecting element.
  • the roof panel according to the invention is intended to delimit the interior of, for example, a vehicle from the external environment in the region of the roof.
  • the outer pane is according to the invention facing the outer environment.
  • the substrate is facing the interior.
  • the solar radiation enters the roof pane via the outer pane and strikes the photovoltaic system within the thermoplastic layer.
  • the mutually remote surfaces of the substrate and the cover plate preferably form the outer surfaces of the roof panel. This means that no further elements are arranged on the surfaces of the substrate remote from the outer pane and the outer pane, for example additional panes. However, the mutually remote surfaces of the substrate and the outer pane may have coatings.
  • the advantage of the invention lies in the subdivision of the photovoltaic system according to the invention into solar cells connected in series with each other. With suitable dimensioning of the individual solar cells, the photovoltaic system has a high overall flexibility, even if the individual solar cells are only slightly bendable. As a result, roof windows can be realized with high curvature. In addition, a desired partial transparency of the roof pane in the area of the photovoltaic system can be set by the dimensioning of the solar cells and the surface coverage of the solar cells.
  • the solar cells are strip-shaped according to the invention.
  • a strip is understood here to mean a shape, preferably a rectangular shape, whose length is significantly greater than its width. According to the invention, the length of the strip is greater than five times the width, preferably greater than ten times the width.
  • the solar cells preferably have a length of 5 cm to 30 cm, particularly preferably 10 cm to 20 cm.
  • the solar cells preferably have a width of 1 mm to 10 mm, particularly preferably 2 mm to 5 mm. This is particularly advantageous in view of the flexibility of the photovoltaic system, the performance of the photovoltaic system and an aesthetic impression of the roof panel according to the invention.
  • the strip-shaped solar cells can be cut, for example, from a conventional, commercially available solar cell. Due to the strip-shaped design with the narrow widths according to the invention roof panels can be realized with curvature, without being limited to the use of special, namely very thin solar cells.
  • the strip-shaped solar cells are preferably arranged parallel to each other, so that the long edges of the solar cells face each other. Then, the solar cells are advantageously arranged to save space and can be easily connected in series via the electrically conductive connection elements.
  • the photovoltaic system can also have two or more groups of solar cells arranged next to one another, wherein the solar cells are each arranged in a group parallel to one another. Thus, a large-area occupancy of the roof panel with the photovoltaic system is advantageously achieved.
  • a photovoltaic system according to the invention or a group of solar cells arranged parallel to one another preferably contains from 10 to 100, particularly preferably from 20 to 50, solar cells. This is particularly advantageous in terms of a large-scale occupancy of the roof panel with the photovoltaic system and the performance of the photovoltaic system.
  • the distance between adjacent solar cells, which are arranged parallel to one another, is preferably from 1 mm to 10 mm, particularly preferably from 2 mm to 5 mm.
  • the distance between the transmission of light through the roof panel in the photovoltaic system can be adjusted.
  • the solar cells are preferably arranged with a surface coverage of 20% to 90%, particularly preferably from 50% to 80% in the roof pane. This is particularly advantageous in terms of the performance of the photovoltaic system. Due to the surface coverage, the transmission of light through the roof window in the area of the photovoltaic system can be adjusted.
  • the area of the photovoltaic system is determined by the outer side edges of the group of solar cells connected in series and contains the solar cells and the spaces between the solar cells. The area of the photovoltaic system is thus the smallest area of the roof pane in which the solar cells of the photovoltaic system are completely arranged.
  • the photovoltaic system is preferably arranged completely or partially in the see-through region of the roof pane according to the invention.
  • the photovoltaic system can advantageously be arranged over a large area and cause a selectable by the manufacturer transmissivity of light.
  • the see-through area is the area of the roof pane minus a peripheral edge area with a width of 5 cm.
  • the Photovoltaic system is not or not exclusively located in the edge area of the roof panel.
  • the photovoltaic system is arranged completely in the see-through region of the roof panel, thus has a distance from the side edges of the roof panel of at least 5 cm.
  • Each solar cell preferably comprises a photovoltaically active absorber layer between a front electrode and a rear electrode.
  • the front electrode is arranged on the side facing the outer disk surface of the absorber layer.
  • the back electrode is arranged on the surface of the absorber layer facing the substrate.
  • the front electrode and / or the rear electrode may be formed, for example, as thin conductive or semiconductive layers with thicknesses of preferably from 300 nm to 2 ⁇ m.
  • the layers may contain, for example, molybdenum, titanium, tungsten, nickel, titanium, chromium, tantalum, aluminum-doped zinc oxide and / or indium tin oxide.
  • the front electrode and / or the rear electrode can also be formed, for example, as a mesh of thin wires, which contain, for example, aluminum, copper, silver and / or gold.
  • the photovoltaically active absorber layer contains, in an advantageous embodiment of the invention, crystalline silicon, for example monocrystalline silicon or polycrystalline silicon.
  • the photovoltaically active absorber layer preferably has a layer thickness of 10 ⁇ to 500 ⁇ , more preferably from 20 ⁇ to 200 ⁇ on.
  • Such so-called thick-film solar cells are basically only slightly bendable.
  • the subdivision of the photovoltaic system according to the invention into solar cells interconnected in series is particularly advantageous because the photovoltaic system is given a bendability which allows the realization of roof windows with a high curvature.
  • the photovoltaic system can also be a thin-film system. These are understood as layer systems with thicknesses of only a few micrometers.
  • the photovoltaically active absorber layer can be, for example, amorphous or micromorphous silicon, cadmium telluride (CdTe), cadmium selenide (CdSe), gallium arsenide (GaAs), semiconducting organic polymers or oligomers or a chalcopyrite semiconductor such as a compound of the group copper indium Sulfur / selenium (CIS), for example copper indium diselenide (CulnSe 2 ), or a compound of the group copper indium gallium sulfur / selenium (CIGS), for example Cu (InGa) (SSe) 2 .
  • the photovoltaically active absorber layer may preferably have a layer thickness of 500 nm to 5 ⁇ , more preferably from 1 ⁇ to 3 ⁇ .
  • the photovoltaic system may comprise further individual layers known to those skilled in the art, for example a buffer layer for matching the electronic properties between the absorber layer and an electrode layer or diffusion barrier layers.
  • the solar cells of the photovoltaic system according to the invention are connected in series via electrically conductive connecting elements.
  • the return electrode of each solar cell is electrically conductively connected to the front electrode of the solar cell adjacent in a first direction.
  • the front electrode of the solar cell is electrically conductively connected to the back electrode of the adjacent solar cell in the other direction.
  • the connection between two adjacent solar cells takes place by means of at least one connecting element.
  • the electrically conductive connecting elements are preferably designed as bands or strips which contain at least one metal or a metal alloy.
  • the electrically conductive connecting elements preferably contain at least aluminum, copper, tin-plated copper, gold, silver, tin or alloys or mixtures thereof.
  • the electrically conductive connecting elements preferably have a thickness of 0.03 mm to 0.8 mm.
  • the electrically conductive connecting elements preferably have a width of 0.5 mm to 20 mm, particularly preferably 2 mm to 8 mm. Width is the dimension of the connecting elements, along which the connecting elements are in contact with the electrodes.
  • the length of the connecting elements depends on the distance between adjacent solar modules. This achieves a particularly advantageous and effective electrical contacting of adjacent solar cells.
  • a stable connection between connecting element and electrode can be achieved for example by soldering, welding, bonding, clamping, bonding by means of an electrically conductive adhesive or by suitable insertion into the thermoplastic intermediate layer.
  • bus bars are preferably per se known bus bars, so-called busbars, stored for electrical contacting of the photovoltaic system.
  • the two terminal solar cells of the series connection are preferably electrically connected directly or via in each case at least one electrically conductive connecting element, each having a bus bar.
  • the bus bar is preferred as a band or strip educated.
  • the bus bar preferably contains at least one metal or a metal alloy.
  • any electrically conductive material that can be processed into films can be used for the bus bar.
  • Particularly suitable materials for the bus bar are, for example, aluminum, copper, tin-plated copper, gold, silver or tin and alloys thereof.
  • the bus bar has, for example, a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a width of 2 mm to 16 mm.
  • the outer leads of the photovoltaic system are preferably designed as suitable cables, preferably flat conductors such as foil conductors.
  • the cables are connected to the bus bars, preferably by gluing, soldering, welding, clamping, bonding or gluing.
  • the cables preferably extend beyond the side edges of the thermoplastic layer, starting from the busbars in the interior of the thermoplastic layer.
  • the roof panel includes at least two photovoltaic systems according to the invention, which are connected in parallel by contacting with at least two common bus bars.
  • the roof panel may comprise, for example, from 2 to 15, preferably from 3 to 8 photovoltaic systems.
  • the substrate contains glass, preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass or soda-lime glass.
  • the substrate can be non-tempered, partially prestressed, tempered or hardened, for example thermally or chemically hardened.
  • the substrate may also contain plastics, for example rigid plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures thereof.
  • the thickness of the substrate is preferably from 0.7 mm to 25 mm, particularly preferably from 0.8 mm to 5 mm. The particular advantage is the stability of the roof pane according to the invention.
  • the substrate is formed as a flexible film.
  • the thickness of the flexible film is preferably greater than or equal to 0.02 mm, for example from 0.02 mm to 2 mm.
  • the thickness of the flexible film is particularly preferably from 0.25 mm to 2 mm, very particularly preferably from 0.3 mm to 1, 5 mm and in particular from 0.45 mm to 1 mm.
  • the particular advantage is a low weight of the roof panel according to the invention and low production costs.
  • the flexible film preferably contains at least one polymer, more preferably a thermoplastic Polymer.
  • the thermoplastic polymer is preferably substituted with fluorine. This is particularly advantageous with regard to the chemical and mechanical stability of the substrate.
  • the substrate very particularly preferably contains at least polyvinyl fluoride, and / or polyvinylidene fluoride. This is particularly advantageous with regard to the chemical and mechanical resistance as well as the adhesion of the thermoplastic layer to the substrate.
  • the flexible film may also be made of other materials, for example of suitable metals or alloys.
  • the outer pane preferably contains glass, preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass or soda-lime glass.
  • the outer pane may be non-prestressed, partially prestressed, tempered or hardened, for example hardened thermally or chemically.
  • the thickness of the outer pane is preferably from 1, 0 mm to 12 mm, particularly preferably from 1, 4 mm to 4 mm. This is particularly advantageous with regard to the stability of the roof pane according to the invention and the protection of the photovoltaic layer system from external influences, for example from damage by precipitation such as hail or sleet. If the substrate is designed as a flexible film, the thickness of the outer pane is preferably from 2.8 mm to 5 mm.
  • the outer pane may also contain plastics, for example rigid plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures thereof.
  • plastics for example rigid plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures thereof.
  • the thermoplastic layer preferably comprises at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB), polyurethane (PU), polyethylene (PE) and / or polyethylene terephthalate (PET).
  • the thermoplastic layer can also contain, for example, at least polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resins, acrylates, fluorinated ethylene-propylenes, polyvinyl fluoride and / or ethylene-tetrafluoroethylene.
  • the thickness of the thermoplastic layer is preferably from 0.5 mm to 10 mm, more preferably from 1 mm to 5 mm and most preferably from 2 mm to 4 mm.
  • the thermoplastic layer is preferably formed from at least two thermoplastic films, between which the photovoltaic system is arranged. Each thermoplastic film preferably has a thickness of 0.25 mm to 1 mm, for example 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the roof panel according to the invention may have any three-dimensional shape.
  • the roof panel may be flat or slightly or strongly curved in one direction or in several directions of the room.
  • the radii of curvature of the curved roof panel can be, for example, from 50 mm to 1 100 mm. The radius of curvature does not have to be constant over the entire roof panel.
  • rooflights with integrated photovoltaic module typically have radii of curvature of 700 mm to 1000 mm.
  • roof windows can be realized which, at least in one area, have radii of curvature of less than or equal to 800 mm, preferably less than or equal to 650 mm.
  • the surface of the roof panel according to the invention can vary widely and so perfectly adapted to the requirements in individual cases.
  • the area of the roof pane can be, for example, from 100 cm 2 to 5 m 2 , preferably from 0.5 m 2 to 2.5 m 2 .
  • the area which comprises the photovoltaic system according to the invention or several photovoltaic systems according to the invention is preferably from 20% to 100% of the area of the roof pane according to the invention. This is particularly advantageous in terms of the performance of the integrated photovoltaic module, the transmission of visible light through the roof panel and an aesthetic appearance of the roof panel.
  • the area of the photovoltaic system may be, for example, from 0.3 m 2 to 3 m 2 , preferably 0.5 m 2 to 2 m 2 .
  • the roof panel according to the invention preferably has a total transmission of visible light of 20% to 50%. With total transmission, the proportion of total incident on the roof window light is called, which passes through the disc. In the specified range for the total transmission on the one hand a pleasant brightness in the interior is achieved and on the other hand avoided a strong warming of the interior due to direct sunlight.
  • the total transmission can be adjusted in particular by the dimensioning of the solar cells according to the invention, by the area occupation of the solar cells and by the area fraction of the roof pane provided with the photovoltaic system. A further reduction of the transmission can be achieved for example by a tinted substrate.
  • the integrated photovoltaic module has a specific maximum achievable power PMPP of 10 W / m 2 to 300 W / m 2 , particularly preferably of 50 W / m 2 to 150 W / m 2 .
  • the power is measured under the usual standard test conditions for photovoltaic modules (irradiance of 1000 W / m 2 , temperature 25 ° C, radiation spectrum AM 1, 5 global).
  • the object of the invention is further achieved by a method for producing a roof panel with an integrated photovoltaic module, wherein at least
  • thermoplastic layer is arranged in terms of area between a substrate and an outer pane
  • the substrate is bonded to the outer pane via the thermoplastic layer under the action of heat, vacuum and / or pressure.
  • the thermoplastic layer is preferably formed from at least a first and a second thermoplastic film, wherein the photovoltaic system is sandwiched between the first and the second thermoplastic film.
  • Each thermoplastic film preferably has a thickness of 0.25 mm to 1 mm, particularly preferably 0.5 mm to 0.8 mm.
  • the first and second thermoplastic films may be made of the same or different materials.
  • the thermoplastic layer can also be formed from more than two thermoplastic films.
  • first the substrate or the outer pane is provided. At least the first thermoplastic film is arranged on a surface of the substrate or the outer pane. Subsequently, the solar cells are arranged on the first thermoplastic layer. The solar cells can then be connected in series by means of the electrically conductive connection elements. Alternatively, the solar cells with the electrical connection elements can already be arranged beforehand, for example, on a carrier foil and this carrier foil can be arranged on the first thermoplastic foil. Subsequently, at least the second thermoplastic film is arranged in terms of area on the first thermoplastic film, which is now provided with the photovoltaic system. In method step (b), the outer pane is used in this embodiment or the substrate arranged in terms of area on the second thermoplastic layer, whereby the thermoplastic layer is arranged with the photovoltaic system between the substrate and the outer pane.
  • the solar cells and the electrically conductive connecting elements are inserted between at least the first and the second thermoplastic film before one of the thermoplastic films is disposed on the substrate or the cover disk.
  • the first and the second thermoplastic film are preferably bonded under the action of heat, pressure and / or vacuum to form a prelaminated thermoplastic layer with intercalated photovoltaic system.
  • the prefabricated prelaminate is arranged between the substrate and the cover disk.
  • the advantage of such a prelaminate lies in a simple and cost-effective production of the roof pane according to the invention.
  • the prelaminate may be provided prior to bonding the substrate to the outer pane.
  • the conventional methods for producing a roof panel can be used, wherein the thermoplastic intermediate layer, via which the substrate is conventionally glued to the outer pane, is replaced by the prelaminate.
  • the photovoltaic system in the interior of the prelaminate is advantageously protected against damage, in particular corrosion.
  • the procurlaminat can therefore be provided well before the actual production of the roof panel in larger quantities, which may be desirable for economic reasons.
  • the recuperlaminat can be connected directly or via further thermoplastic film with the substrate and the outer pane.
  • the bus bars are inserted in step (a) in the thermoplastic layer and contacted with the photovoltaic system directly or via electrically conductive connecting elements, for example by welding, bonding, soldering, clamping, gluing by means of a electrically conductive adhesive or by appropriate insertion.
  • the bus bars are preferably connected to foil conductors which extend over the side edges of the thermoplastic layer and serve as external leads. If the substrate contains glass, the bonding of the substrate to the outer pane takes place via the thermoplastic layer by methods known per se for producing a laminated glass. For example, so-called autoclave processes can be carried out at an elevated pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130 ° C. to 145 ° C. for about 2 hours. For example, vacuum bag or vacuum ring methods known per se operate at about 200 mbar and 130 ° C. to 145 ° C.
  • the outer pane, the thermoplastic layer with the photovoltaic system and the substrate can also be pressed in a calender between at least one roller pair to form a roof pane according to the invention.
  • Systems of this type are known for the production of laminated glazing and usually have at least one heating tunnel in front of a press shop.
  • the temperature during the pressing operation is, for example, from 40 ° C to 150 ° C. Combinations of calender and autoclave processes have proven particularly useful in practice.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more heatable and evacuable chambers, in which outer pane and substrate can be laminated within for example about 60 minutes at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80 ° C to 170 ° C.
  • a release film is arranged on the surface of the substrate facing away from the outer pane and a support disk is arranged on the surface of the separating film which is remote from the substrate.
  • the support disk is preferably a rigid disk and preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass or soda-lime glass or plastics, preferably polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures included.
  • the thickness of the support disk is preferably from 1, 0 mm to 25 mm, particularly preferably from 1, 4 mm to 5 mm.
  • the surface of the support disk facing the substrate should have the same curvature as the surface of the outer disk facing the substrate.
  • the support disk is thus selected in size and shape so that they would in principle be suitable to be connected to the outer disk to form a composite disk.
  • the release film is made of a material that is capable of lasting adhesion between Support disc and substrate to prevent.
  • the release film preferably contains at least one polytetrahalogenoethylene, more preferably at least polytetrafluoroethylene and / or polychlorotrifluoroethylene. This is particularly advantageous with regard to the adhesion-preventing properties of the release film.
  • the release film preferably has a thickness of 0.01 mm to 10 mm, particularly preferably from 0.1 mm to 2.5 mm, for example from 0.1 mm to 1 mm.
  • the stack of outer pane, thermoplastic layer with photovoltaic system, substrate, release film and support disk can be easily subjected to known per se methods for producing a laminated glass, for example, those described above. This provides a permanently stable connection between the outer pane and the substrate via the thermoplastic layer. Due to the adhesion-preventing effect of the release film, the support disk can then be easily removed.
  • a further aspect of the invention comprises the use of a roof panel according to the invention in vehicles for traffic on land, in the air or on water, preferably in trains, trams, ships and motor vehicles such as buses, trucks and especially passenger cars.
  • the battery of an electric vehicle can be cooled, the passenger compartment can be cooled during parking, a secondary battery of the vehicle can be charged, or a heatable pane can be operated during parking.
  • FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the roof panel according to the invention with an integrated photovoltaic module
  • Fig. 4 shows a cross section through the substrate, the thermoplastic layer with the photovoltaic system, the outer pane, the release film and the support disk prior to the manufacture of a roof panel according to the invention and
  • Fig. 5 shows an embodiment of the method according to the invention with reference to a flow chart.
  • Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 each show a detail of a roof panel according to the invention with an integrated photovoltaic module.
  • the roof pane comprises a substrate 1 and an outer pane 2, which are connected to one another via a thermoplastic layer 3.
  • the roof panel is the roof panel of a motor vehicle, wherein the outer pane 2 is intended to be facing in installation position of the external environment.
  • the outer pane 2 consists of thermally toughened soda-lime glass and has a thickness of 2.6 mm.
  • the substrate 1 consists of thermally toughened soda-lime glass and has a thickness of 2.1 mm.
  • the roof panel is curved, as is customary for motor vehicle roof windows.
  • the roof panel has a width of 1 10 cm and a length of 140 cm.
  • FIG. 1 shows a plan view of the outer pane 2 of the roof pane.
  • the photovoltaic system 4 and the bus bars 7 can be seen through the outer pane.
  • thermoplastic layer 3 contains polyvinyl butyral (PVB) and has a thickness of about 3 mm.
  • the thermoplastic layer 3 was formed of four thermoplastic films of PVB each having a thickness of 0.76 mm. Two of the thermoplastic films were arranged between the photovoltaic system 4 and the substrate 1 during the production of the thermoplastic layer 3. Two of the thermoplastic films were arranged between the photovoltaic system 4 and the outer pane 2 during the production of the thermoplastic layer 3.
  • the photovoltaic systems 4 are advantageously protected in the interior of the thermoplastic layer 3 from environmental influences, in particular corrosion.
  • Each photovoltaic system 4 comprises a group of strip-shaped solar cells 6.
  • Each solar cell 6 has a length of 15.6 cm and a width of 3 mm. Adjacent solar cells 6 of a photovoltaic system 4 have a distance of 3 mm from each other. The representation of the solar cells 6 is not to scale. In particular, the width of the solar cells 6 is shown greatly enlarged for clarity, greatly reducing the number of solar cells.
  • Each photovoltaic system 4 comprises, for example, 100 solar cells, so that each photovoltaic system 4 has a total area of 0.1 m 2 . The area occupancy in the area of a photovoltaic system 4 is thereby about 50%.
  • the area of a photovoltaic system 4 is defined by the outer side edges of the solar cells of the photovoltaic system 4.
  • the area of a photovoltaic system 4 contains solar cells 6 and the spaces between the solar cells 6 and is indicated by the dashed rectangle in FIG.
  • Each solar cell 6 comprises a photovoltaically active absorber layer 8 between a front electrode 9 and a back electrode 10.
  • the absorber layer 8 contains polycrystalline silicon and has a thickness of 0.2 mm.
  • the return electrode 10 contains silver.
  • the front electrode 9 is formed as a braid of thin copper wires. As a result, the front electrode 9 is largely transparent to incident light.
  • Absorber layers 8 based on polycrystalline silicon are only slightly bendable. Due to the subdivision of the photovoltaic system 4 according to the invention into strip-shaped solar cells 6, the photovoltaic system 4 nevertheless has great flexibility. As a result, curved roof windows can be realized. In addition, the roof pane in the area of the photovoltaic system 4 is not opaque because light can pass through the roof pane in the spaces between the solar cells 6. Completely opaque photovoltaic systems 4 would lead to uneven and therefore unaesthetic or even disturbing light incidence into the vehicle interior. The transmission of the light in the area of the photovoltaic system 4 can be adjusted by the dimensioning of the solar cells 6 and the distance between the solar cells 6 (and thus by the area occupation). These are great advantages of the invention.
  • the solar cells 6 of each photovoltaic system 4 are connected in series via electrically conductive connecting elements 5.
  • the back electrode 10 of a solar cell 6 is contacted with the front electrode 9 of the adjacent solar cell 6, whose return electrode 9 in turn is contacted with the front electrode 9 of the next solar cell 6.
  • the electrically conductive connecting elements 5 are formed as strips of copper with a thickness of 0.5 mm and a width of 3 mm.
  • the roof pane further contains two bus bars 7, which are also embedded in the thermoplastic layer 3.
  • the bus bars are designed as strips of copper with a thickness of 0.5 mm, a length of 5 m and a width of 1 mm.
  • Each of the four photovoltaic systems 4 has two terminal solar cells 6. One of the terminal solar cells 6 of each photovoltaic system 4 is connected via an electrically conductive connecting element 5 to the first bus bar 7. The other terminal solar cell 6 of each photovoltaic system 4 is connected via an electrically conductive connecting element 5 to the second bus bar 7. The four photovoltaic systems 4 are thus connected in parallel.
  • the solar cells 6 may also be arranged as shown in the figure in groups of parallel solar cells 6, which are connected in series for example via their terminal solar cells 6 by means of electrically conductive connecting elements. In this embodiment, all solar cells 6 would form a single photovoltaic system 4 in the sense of the invention.
  • Fig. 4 shows a cross section through the components of an alternative embodiment of the roof panel according to the invention prior to bonding to the roof panel in a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the substrate 1, a first thermoplastic film 1 1, the photovoltaic system 4 with the solar cells 6, the electrically conductive connecting elements 5 and the bus bars 7, a second thermoplastic film 12 and the outer pane 2 are arranged one above the other in terms of area.
  • the photovoltaic system 4 and the bus bars 7 are configured as shown in FIG.
  • the substrate 1 is not made of glass, but is designed as a flexible film of polyvinyl fluoride (DuPont Tedlar ® ) with a thickness of 0.8 mm.
  • DuPont Tedlar ® polyvinyl fluoride
  • the outer pane 2 consists of thermally toughened soda-lime glass and has a thickness of 3 mm.
  • the first thermoplastic film 1 1 and the second thermoplastic film 12 are made of PVB and have a thickness of 0.76 mm.
  • the first and the second thermoplastic film 11, 12 form the thermoplastic intermediate layer 3.
  • the first and the second thermoplastic film 1 1, 12 with the embedded photovoltaic system 4 can be previously connected to a prelaminated thermoplastic layer 3.
  • a support plate 14 is arranged on the side facing away from the outer pane 2 surface of the substrate 1.
  • the support disk 14 is made of soda lime glass and is formed in size and shape as the outer disk 2.
  • the release film 13 is made of polytetrafluoroethylene and has a thickness of 0.8 mm.
  • the release film 13 covers the entire surface of the substrate 1.
  • the surface of the release film 13 is thus at least as large as the surface of the substrate 1, but may also be larger than in the example shown and protrude beyond the side edges of the substrate 1.
  • the roof panel according to the invention can be easily prepared, although the substrate 1 is formed as a flexible film.
  • the release film 13 prevents the adhesion between the support disk 14 and the substrate 1.
  • Fig. 5 shows an example of an embodiment of the method according to the invention for producing a roof panel with integrated photovoltaic module.

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Description

Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul
Die Erfindung betrifft eine Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Es ist bekannt, dass Photovoltaik-Module in die Dachscheibe von Fahrzeugen integriert werden können. Solche Dachscheiben sind beispielsweise aus DE 3713854 A1 , DE 4006756 A1 und DE 4105389 C1 bekannt.
Herkömmliche Dachscheiben mit einem integrierten Photovoltaik-Modul, insbesondere mit einem großflächig in der Dachscheibe angeordneten Photovoltaik-Modul auf Basis von kristallinem Silizium, sind opak und können nur eine geringe Krümmung aufweisen. Dies kann die Gestaltungsfreiheit des Fahrzeugherstellers empfindlich einschränken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul bereitzustellen. Dabei soll es möglich sein, einen großen Teil der Fläche der Dachscheibe mit dem Photovoltaik-Modul zu versehen und die Dachscheibe mit einer starken Krümmung zu versehen. Zudem soll die Dachscheibe im Bereich des integrierten Photovoltaik-Moduls eine wählbare Teiltransparenz aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul umfasst zumindest die folgenden Merkmale:
- ein Substrat und eine Außenscheibe, die über eine thermoplastische Schicht flächenmäßig miteinander verbunden sind, und
- in die thermoplastische Schicht eingelagert mindestens ein photovoltaisches System, welches mindestens zwei streifenförmig ausgebildete Solarzellen enthält, die über mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement seriell verschaltet sind.
Die erfindungsgemäße Dachscheibe ist dafür vorgesehen, im Bereich des Dachs den Innenraum beispielsweise eines Fahrzeugs von der äußeren Umgebung abzugrenzen. Die Außenscheibe ist dabei erfindungsgemäß der äußeren Umgebung zugewandt. Das Substrat ist dem Innenraum zugewandt. Die Sonnenstrahlung tritt über die Außenscheibe in die Dachscheibe ein und trifft auf das photovoltaische System innerhalb der thermoplastischen Schicht. Die voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Deckscheibe bilden bevorzugt die Außenflächen der Dachscheibe. Das bedeutet, dass auf den voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Außenscheibe keine weiteren Elemente angeordnet sind, beispielsweise weitere Scheiben. Die voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Außenscheibe können aber Beschichtungen aufweisen.
Der Vorteil der Erfindung liegt in der erfindungsgemäßen Unterteilung des photovoltaischen Systems in seriell miteinander verschaltete Solarzellen. Bei geeigneter Dimensionierung der einzelnen Solarzellen weist das photovoltaische System insgesamt eine hohe Flexibilität auf, selbst wenn die einzelnen Solarzellen nur wenig biegbar sind. Dadurch können Dachscheiben mit starker Krümmung realisiert werden. Zudem kann durch die Dimensionierung der Solarzellen sowie die Flächenbelegung der Solarzellen eine gewünschte Teiltransparenz der Dachscheibe im Bereich des photovoltaischen Systems eingestellt werden.
Die Solarzellen sind erfindungsgemäß streifenförmig ausgebildet. Unter einem Streifen wird dabei eine Form, bevorzugt rechteckige Form verstanden, deren Länge deutlich größer ist als deren Breite. Erfindungsgemäß ist die Länge des Streifens größer als die fünffache Breite, bevorzugt größer als die zehnfache Breite.
Die Solarzellen weisen bevorzugt eine Länge von 5 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt von 10 cm bis 20 cm auf. Die Solarzellen weisen bevorzugt eine Breite von 1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 5 mm auf. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Flexibilität des photovoltaischen Systems, die Leistung des photovoltaischen Systems und einen ästhetischen Eindruck der erfindungsgemäßen Dachscheibe.
Die streifenförmigen Solarzellen können beispielsweise aus einer herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Solarzelle geschnitten werden. Durch die streifenförmige Ausbildung mit den erfindungsgemäßen geringen Breiten können Dachscheiben mit Krümmung realisiert werden, ohne dass man dabei auf die Verwendung von speziellen, nämlich besonders dünnen Solarzellen beschränkt ist. Die streifenförmigen Solarzellen sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet, so dass die langen Kanten der Solarzellen einander zugewandt sind. Dann sind die Solarzellen vorteilhaft platzsparend angeordnet und können einfach über die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente seriell verschaltet werden. Das photovoltaische System kann auch zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Gruppen von Solarzellen aufweisen, wobei die Solarzellen jeweils einer Gruppe parallel zueinander angeordnet sind. So wird vorteilhaft eine großflächige Belegung der Dachscheibe mit dem photovoltaischen System erreicht.
Ein erfindungsgemäßes photovoltaisches System beziehungsweise eine Gruppe von parallel zueinander angeordneten Solarzellen enthält bevorzugt von 10 bis 100, besonders bevorzugt von 20 bis 50 Solarzellen. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine großflächige Belegung der Dachscheibe mit dem photovoltaischen System und die Leistung des photovoltaischen Systems.
Der Abstand zwischen benachbarten Solarzellen, welche parallel zueinander angeordnet sind, beträgt bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 5 mm. Über den Abstand kann die Transmission von Licht durch die Dachscheibe im Bereich des photovoltaischen Systems eingestellt werden.
Im Bereich des photovoltaischen Systems sind die Solarzellen bevorzugt mit einer Flächenbelegung von 20% bis 90%, besonders bevorzugt von 50% bis 80% in der Dachscheibe angeordnet. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Leistung des photovoltaischen Systems. Durch die Flächenbelegung kann die Transmission von Licht durch die Dachscheibe im Bereich des photovoltaischen Systems eingestellt werden. Der Bereich des photovoltaischen Systems wird dabei durch die außenliegenden Seitenkanten der Gruppe von seriell miteinander verschalteten Solarzellen festgelegt und enthält die Solarzellen sowie die Zwischenräume zwischen den Solarzellen. Der Bereich des photovoltaischen Systems ist also der kleinste Bereich der Dachscheibe, in dem die Solarzellen des photovoltaischen Systems vollständig angeordnet sind.
Das photovoltaische System ist bevorzugt vollständig oder teilweise im Durchsichtbereich der erfindungsgemäßen Dachscheibe angeordnet. Dort kann das photovoltaische System vorteilhaft großflächig angeordnet werden und einen vom Hersteller wählbaren Transmissionsgrad von Licht bewirken. Der Durchsichtbereich ist dabei die Fläche der Dachscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereichs mit einer Breite von 5 cm. Das photovoltaische System ist nicht oder nicht ausschließlich im Randbereich der Dachscheibe angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das photovoltaische System vollständig im Durchsichtbereich der Dachscheibe angeordnet, weist also einen Abstand zu den Seitenkanten der Dachscheibe von mindestens 5 cm auf.
Jede Solarzelle umfasst bevorzugt eine photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer Frontelektrode und einer Rückelektrode. Die Frontelektrode ist auf der zur Außenscheibe hingewandten Oberfläche der Absorberschicht angeordnet. Die Rückelektrode ist auf der zum Substrat hingewandten Oberfläche der Absorberschicht angeordnet. Die Frontelektrode und/oder die Rückelektrode können beispielsweise als dünne leitende oder halbleitende Schichten ausgebildet sein mit Dicken von bevorzugt von 300 nm bis 2 μιη. Die Schichten können dabei beispielsweise Molybdän, Titan, Wolfram, Nickel, Titan, Chrom, Tantal, Aluminium-dotiertes Zinkoxid und/oder Indium-Zinnoxid enthalten. Die Frontelektrode und/oder die Rückelektrode können aber auch beispielsweise als Geflecht dünner Drähte, welche beispielsweise Aluminium, Kupfer, Silber und/oder Gold enthalten, ausgebildet sein.
Die photovoltaisch aktive Absorberschicht enthält in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kristallines Silizium, beispielsweise monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium. Die photovoltaisch aktive Absorberschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 10 μιη bis 500 μιη, besonders bevorzugt von 20 μιη bis 200 μιη auf. Solche sogenannte Dickschicht-Solarzellen sind grundsätzlich nur wenig biegbar. Die erfindungsgemäße Unterteilung des photovoltaischen Systems in seriell miteinander verschaltete Solarzellen ist dabei besonders vorteilhaft, weil dem photovoltaischen System eine Biegbarkeit verliehen wird, welche die Realisierung von Dachscheiben mit starker Krümmung erlaubt.
Das photovoltaische System kann aber prinzipiell auch ein Dünnschichtsystem sein. Darunter werden Schichtsysteme mit Dicken von nur wenigen Mikrometern verstanden. Die photovoltaisch aktive Absorberschicht kann dabei beispielsweise amorphes oder mikromorphes Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Cadmium-Selenid (CdSe), Gallium- Arsenid (GaAs), halbleitende organische Polymere oder Oligomere oder einen Chalkopyrithalbleiter wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Schwefel/Selen (CIS), beispielsweise Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe2), oder eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel/Selen (CIGS), beispielsweise Cu(lnGa)(SSe)2 enthalten. Die photovoltaisch aktive Absorberschicht kann dabei bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μηη, besonders bevorzugt von 1 μηη bis 3 μηη aufweisen.
Das photovoltaische System kann natürlich weitere Einzelschichten umfassen, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise eine Pufferschicht zur Anpassung der elektronischen Eigenschaften zwischen der Absorberschicht und einer Elektrodenschicht oder Diffusionssperrschichten.
Die Solarzellen des photovoltaischen Systems sind erfindungsgemäß über elektrisch leitfähige Verbindungselemente seriell miteinander verschaltet. Dabei ist die Rückelektrode einer jeden Solarzelle mit der Frontelektrode der in einer ersten Richtung benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden. Die Frontelektrode der Solarzelle ist mit der Rückelektrode der in der anderen Richtung benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung zwischen zwei benachbarten Solarzellen erfolgt mittels mindestens eines Verbindungselements. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente sind bevorzugt als Bänder oder Streifen ausgebildet, welche zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung enthalten. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente enthalten bevorzugt zumindest Aluminium, Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber, Zinn oder Legierungen oder Gemische davon. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente weisen bevorzugt eine Dicke von 0,03 mm bis 0,8 mm auf. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente weisen bevorzugt eine Breite von 0,5 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 8 mm auf. Mit Breite wird dabei diejenige Dimension der Verbindungselemente bezeichnet, entlang derer die Verbindungselemente mit den Elektroden in Kontakt stehen. Die Länge der Verbindungselemente richtet sich nach dem Abstand benachbarter Solarmodule. Damit wird eine besonders vorteilhafte und effektive elektrische Kontaktierung benachbarter Solarzellen erreicht. Eine stabile Verbindung zwischen Verbindungselement und Elektrode kann beispielsweise durch Löten, Schweißen, Bonden, Klemmen, Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers oder durch geeignetes Einlegen in die thermoplastische Zwischenschicht erreicht werden.
In die thermoplastische Schicht sind bevorzugt an sich bekannte Sammelleiter, sogenannte Busbars, zur elektrischen Kontaktierung des photovoltaischen Systems eingelagert. Die beiden endständigen Solarzellen der Reihenschaltung sind bevorzugt direkt oder über jeweils zumindest ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit jeweils einem Sammelleiter elektrisch verbunden. Der Sammelleiter ist bevorzugt als Band oder Streifen ausgebildet. Der Sammelleiter enthält bevorzugt zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung. Prinzipiell kann jedes elektrisch leitfähige Material, das sich zu Folien verarbeiten lässt, für den Sammelleiter verwendet werden. Besonders geeignete Materialien für den Sammelleiter sind beispielsweise Aluminium, Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon. Der Sammelleiter hat beispielsweise eine Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und eine Breite von 2 mm bis 16 mm.
Die äußeren Zuleitungen des photovoltaischen Systems sind bevorzugt als geeignete Kabel ausgebildet, bevorzugt Flachleiter wie Folienleiter. Die Kabel sind mit den Sammelleitern verbunden, bevorzugt durch Kleben, Löten, Schweißen, Klemmen, Bonden oder Kleben. Die Kabel erstrecken sich bevorzugt ausgehend von den Sammelleitern im Inneren der thermoplastischen Schicht über die Seitenkanten der thermoplastischen Schicht hinaus.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Dachscheibe zumindest zwei erfindungsgemäße photovoltaische Systeme, welche durch eine Kontaktierung mit zumindest zwei gemeinsamen Sammelleitern parallel verschaltet sind. Die Dachscheibe kann beispielsweise von 2 bis 15, bevorzugt von 3 bis 8 photovoltaische Systeme umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält das Substrat Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas. Das Substrat kann dabei nichtvorgespannt, teilvorgespannt, vorgespannt oder gehärtet, beispielsweise thermisch oder chemisch gehärtet sein. Das Substrat kann aber auch Kunststoffe, beispielsweise starre Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon enthalten. Die Dicke des Substrats beträgt bevorzugt von 0,7 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 0,8 mm bis 5 mm. Der besondere Vorteil liegt in der Stabilität der erfindungsgemäßen Dachscheibe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat als flexible Folie ausgebildet. Die Dicke der flexiblen Folie beträgt bevorzugt größer oder gleich 0,02 mm, beispielsweise von 0,02 mm bis 2 mm. Die Dicke der flexiblen Folie beträgt besonders bevorzugt von 0,25 mm bis 2 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 ,5 mm und insbesondere von 0,45 mm bis 1 mm. Der besondere Vorteil liegt in einem geringen Gewicht der erfindungsgemäßen Dachscheibe und geringen Herstellungskosten. Die flexible Folie enthält bevorzugt zumindest ein Polymer, besonders bevorzugt ein thermoplastisches Polymer. Das thermoplastische Polymer ist bevorzugt mit Fluor substituiert. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die chemische und mechanische Stabilität des Substrats. Das Substrat enthält ganz besonders bevorzugt zumindest Polyvinylfluorid, und/oder Polyvinylidenfluorid. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die chemische und mechanische Beständigkeit sowie die Haftung der thermoplastischen Schicht am Substrat. Die flexible Folie kann aber auch aus anderen Materialien gefertigt sein, beispielsweise aus geeigneten Metallen oder Legierungen.
Die Außenscheibe enthält bevorzugt Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe kann nichtvorgespannt, teilvorgespannt, vorgespannt oder gehärtet, beispielsweise thermisch oder chemisch gehärtet sein. Die Dicke der Außenscheibe beträgt bevorzugt von 1 ,0 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 4 mm. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Stabilität der erfindungsgemäßen Dachscheibe und den Schutz des photovoltaischen Schichtsystems vor äußeren Einflüssen, beispielsweise vor Beschädigung durch Niederschlag wie Hagel oder Graupel. Ist das Substrat als flexible Folie ausgebildet, so beträgt die Dicke der Außenscheibe bevorzugt von 2,8 mm bis 5 mm. Dadurch wird eine vorteilhafte Stabilität der Dachscheibe erreicht. Die Außenscheibe kann prinzipiell aber auch Kunststoffe, beispielsweise starre Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon enthalten.
Die thermoplastische Schicht enthält bevorzugt zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Schicht kann aber auch beispielsweise zumindest Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmetacrylat, Polyacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, Fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen enthalten. Die Dicke der thermoplastischen Schicht beträgt bevorzugt von 0,5 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm und ganz besonders bevorzugt von 2 mm bis 4 mm. Die thermoplastische Schicht wird bevorzugt aus zumindest zwei thermoplastischen Folien gebildet, zwischen denen das photovoltaische System angeordnet wird. Jede thermoplastische Folie weist dabei bevorzugt eine Dicke von 0,25 mm bis 1 mm auf, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die erfindungsgemäße Dachscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Die Dachscheibe kann plan oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen sein. Die Krümmungsradien der gebogenen Dachscheibe können beispielsweise von 50 mm bis 1 100 mm betragen. Der Krümmungsradius muss nicht über die gesamte Dachscheibe konstant sein. Es können stärker und weniger stark gebogene Bereiche vorliegen. Es können auch plane und gebogene Bereiche vorliegen. Bei herkömmlichen Dachscheiben mit integriertem Photovoltaik-Modul treten typischerweise Krümmungsradien von 700 mm bis 1000 mm auf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des photovoltaischen Systems können demgegenüber Dachscheiben realisiert werden, die zumindest in einem Bereich Krümmungsradien von kleiner oder gleich 800 mm aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 650 mm.
Die Fläche der erfindungsgemäßen Dachscheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Fläche der Dachscheibe kann beispielsweise von 100 cm2 bis zu 5 m2 betragen, bevorzugt von 0,5 m2 bis 2,5 m2.
Die Fläche, welche das erfindungsgemäße photovoltaische System oder mehrere erfindungsgemäße photovoltaische Systeme aufweist, beträgt bevorzugt von 20 % bis 100 % der Fläche der erfindungsgemäßen Dachscheibe. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Leistung des integrierten Photovoltaik-Moduls, die Transmission von sichtbarem Licht durch die Dachscheibe sowie ein ästhetisches Erscheinungsbild der Dachscheibe. Die Fläche des photovoltaischen Systems kann beispielsweise von 0,3 m2 bis 3 m2, bevorzugt 0,5 m2 bis 2 m2 betragen.
Die erfindungsgemäße Dachscheibe weist bevorzugt eine Gesamttransmission von sichtbarem Licht von 20 % bis 50% auf. Mit Gesamttransmission wird dabei der Anteil des insgesamt auf die Dachscheibe treffenden Lichts bezeichnet, der durch die Scheibe hindurch tritt. Im angegebenen Bereich für die Gesamttransmission wird einerseits eine angenehme Helligkeit im Innenraum erreicht und andererseits eine starke Erwärmung des Innenraums infolge der direkten Sonneneinstrahlung vermieden. Die Gesamttransmission kann insbesondere durch die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Solarzellen, durch die Flächenbelegung der Solarzellen sowie durch den mit dem photovoltaischen System versehenen Flächenanteil der Dachscheibe eingestellt werden. Eine weitere Verminderung der Transmission kann beispielsweise durch ein getöntes Substrat erreicht werden. Das integrierte Photovoltaik-Modul weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine spezifische maximale erzielbare Leistung PMPP von 10 W/m2 bis 300 W/m2, besonders bevorzugt von 50 W/m2 bis 150 W/m2 auf. Die Leistung ist dabei unter den üblichen Standardtestbedingungen für Photovoltaik-Module gemessen (Einstrahlungsstärke von 1000 W/m2, Temperatur 25 °C, Strahlungsspektrum AM 1 ,5 global).
Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul gelöst, wobei zumindest
(a) mindestens zwei streifenförmig ausgebildete Solarzellen in eine thermoplastische Schicht eingelegt und über mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement seriell verschaltet werden, wobei ein photovoltaisches System entsteht,
(b) die thermoplastische Schicht flächenmäßig zwischen einem Substrat und einer Außenscheibe angeordnet wird und
(c) das Substrat mit der Außenscheibe über die thermoplastische Schicht unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck verbunden wird.
Die thermoplastische Schicht wird bevorzugt aus zumindest einer ersten und einer zweiten thermoplastischen Folie gebildet, wobei das photovoltaische System flächenmäßig zwischen der ersten und der zweiten thermoplastischen Folie eingelegt wird. Jede thermoplastische Folie weist bevorzugt eine Dicke von 0,25 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 0,8 mm auf. Die erste und die zweite thermoplastische Folie können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Die thermoplastische Schicht kann natürlich auch aus mehr als zwei thermoplastischen Folien gebildet werden.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Substrat oder die Außenscheibe bereitgestellt. Zumindest die erste thermoplastische Folie wird auf einer Oberfläche des Substrats beziehungsweise der Außenscheibe angeordnet. Anschließend werden die Solarzellen auf der ersten thermoplastischen Schicht angeordnet. Die Solarzellen können anschließend mittels der elektrisch leitfähigen Verbindungselemente seriell verschaltet werden. Alternativ können die Solarzellen mit den elektrischen Verbindungselementen bereits vorher beispielsweise auf einer Trägerfolie angeordnet werden und diese Trägerfolie auf der ersten thermoplastischen Folie angeordnet werden. Anschließend wird zumindest die zweite thermoplastische Folie flächenmäßig auf der ersten thermoplastischen Folie, welche nun mit dem photovoltaischen System versehen ist, angeordnet. In Verfahrensschritt (b) wird in dieser Ausführung die Außenscheibe beziehungsweise das Substrat flächenmäßig auf der zweiten thermoplastischen Schicht angeordnet, wodurch die thermoplastische Schicht mit dem photovoltaischen System zwischen dem Substrat und der Außenscheibe angeordnet wird.
In einer alternativen Ausführung werden die Solarzellen und die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente zwischen zumindest die erste und die zweite thermoplastische Folie eingelegt noch bevor eine der thermoplastischen Folien auf dem Substrat beziehungsweise der Deckscheibe angeordnet wird. Die erste und die zweite thermoplastische Folie werden bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Druck und/oder Vakuum zu einer prälaminierten thermoplastischen Schicht mit eingelagertem photovoltaischen System verbunden. In Verfahrensschritt (b) wird das vorgefertigte Prälaminat zwischen dem Substrat und der Deckscheibe angeordnet.
Der Vorteil eines solchen Prälaminats liegt in einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Dachscheibe. Das Prälaminat kann vor dem Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe bereitgestellt werden. Es können dann die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Dachscheibe angewendet werden, wobei die thermoplastische Zwischenschicht, über die das Substrat herkömmlich mit der Außenscheibe verklebt wird, durch das Prälaminat ersetzt wird. Zudem ist das photovoltaische System im Inneren des Prälaminats vorteilhaft vor Beschädigungen, insbesondere Korrosion geschützt. Das Prälaminat kann daher deutlich vor der eigentlichen Herstellung der Dachscheibe auch in größerer Stückzahl bereitgestellt werden, was aus ökonomischen Gründen wünschenswert sein kann. Das Prälaminat kann direkt oder über weitere thermoplastische Folie mit dem Substrat und der Außenscheibe verbunden werden.
Sind zur elektrischen Kontaktierung des photovoltaischen Systems Sammelleiter vorgesehen, so werden die Sammelleiter in Verfahrensschritt (a) in die thermoplastische Schicht eingelegt und mit dem photovoltaischen System direkt oder über elektrisch leitfähige Verbindungselemente kontaktiert, beispielsweise durch Schweißen, Bonden, Löten, Klemmen, Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers oder durch geeignetes Einlegen. Die Sammelleiter werden bevorzugt mit Folienleitern verbunden, welche sich über die Seitenkanten der thermoplastischen Schicht erstrecken und als äußere Zuleitungen dienen. Enthält das Substrat Glas, so erfolgt das Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe über die thermoplastische Schicht durch an sich bekannte Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130 °C bis 145 °C.
Die Außenscheibe, die thermoplastische Schicht mit dem photovoltaischen System und das Substrat können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer erfindungsgemäßen Dachscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundverglasungen bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt.
Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen Außenscheibe und Substrat innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden können.
Ist das Substrat als flexible Folie ausgestaltet, so erfolgt das Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe in einer besonders vorteilhaften Ausführung in der nachfolgend beschriebenen Weise. Zeitlich vor Verfahrensschritt (c) wird eine Trennfolie auf der von der Außenscheibe abgewandten Oberfläche des Substrats und eine Stützscheibe auf der vom Substrat abgewandten Oberfläche der Trennfolie angeordnet. Die Stützscheibe ist bevorzugt eine starre Scheibe und enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas oder Kunststoffe, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon enthalten. Die Dicke der Stützscheibe beträgt bevorzugt von 1 ,0 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 5 mm. Die zum Substrat hingewandte Oberfläche der Stützscheibe sollte dabei die gleiche Krümmung aufweisen wie die zum Substrat hingewandte Oberfläche der Außenscheibe. Die Stützscheibe wird also nach Größe und Form so gewählt, dass sie prinzipiell dazu geeignet wäre, mit der Außenscheibe zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden. Die Trennfolie ist aus einem Material gefertigt, dass dazu geeignet ist, eine dauerhafte Haftung zwischen Stützscheibe und Substrat zu verhindern. Die Trennfolie enthält bevorzugt zumindest ein Polytetrahalogenethylen, besonders bevorzugt zumindest Polytetrafluorethylen und/oder Polychlortrifluorethylen. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die haftungsverhindernden Eigenschaften der Trennfolie. Die Trennfolie weist bevorzugt eine Dicke von 0,01 mm bis 10 mm auf, besonders bevorzugt von 0, 1 mm bis 2,5 mm, beispielsweise von 0,1 mm bis 1 mm.
Der Stapel aus Außenscheibe, thermoplastischer Schicht mit photovoltaischem System, Substrat, Trennfolie und Stützscheibe kann einfach an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases unterzogen werden, beispielsweise den oben beschriebenen. Dadurch wird eine dauerhaft stabile Verbindung zwischen Außenscheibe und Substrat über die thermoplastische Schicht bereitgestellt. Aufgrund der haftungsverhindernden Wirkung der Trennfolie kann die Stützscheibe anschließend einfach entfernt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dachscheibe in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt in Zügen, Straßenbahnen, Schiffen und Kraftfahrzeugen wie Bussen, Lastkraftwagen und insbesondere Personenkraftwagen. Durch die mittels des integrierten Photovoltaik-Moduls gewonnen elektrische Energie kann beispielsweise die Batterie eines Elektro-Fahrzeugs gekühlt werden, die Fahrgastzelle während des Parkens gekühlt werden, eine sekundäre Batterie des Fahrzeugs geladen werden oder eine beheizbare Scheibe während des Parkens betrieben werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang A-A' durch die Dachscheibe aus Figur 1 ,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts Z aus Figur 2,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Substrat, die thermoplastische Schicht mit dem photovoltaischen System, die Außenscheibe, die Trennfolie und die Stützscheibe vor der Herstellung einer erfindungsgemäßen Dachscheibe und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul. Die Dachscheibe umfasst ein Substrat 1 und eine Außenscheibe 2, die über eine thermoplastische Schicht 3 miteinander verbunden sind. Die Dachscheibe ist die Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs, wobei die Außenscheibe 2 dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Die Außenscheibe 2 besteht aus thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 2,6 mm auf. Das Substrat 1 besteht aus thermisch vorgespanntem Kalk-Natron- Glas und weist eine Dicke von 2,1 mm auf. Die Dachscheibe ist gebogen ausgeformt, wie es für Kraftfahrzeug-Dachscheiben üblich ist. Die Dachscheibe weist eine Breite von 1 10 cm und eine Länge von 140 cm auf. Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die Außenscheibe 2 der Dachscheibe. Das photovoltaische System 4 und die Sammelleiter 7 sind durch die Außenscheibe hindurch zu erkennen.
In der thermoplastischen Schicht 3 sind vier erfindungsgemäße photovoltaische Systeme 4 eingelagert. Die thermoplastische Schicht 3 enthält Polyvinylbutyral (PVB) und weist eine Dicke von etwa 3 mm auf. Die thermoplastische Schicht 3 wurde aus vier thermoplastischen Folien aus PVB mit einer Dicke von jeweils 0,76 mm gebildet. Zwei der thermoplastischen Folien waren bei der Herstellung der thermoplastischen Schicht 3 zwischen photovoltaischem System 4 und Substrat 1 angeordnet. Zwei der thermoplastischen Folien waren bei der Herstellung der thermoplastischen Schicht 3 zwischen photovoltaischem System 4 und Außenscheibe 2 angeordnet. Die photovoltaischen Systeme 4 sind im Inneren der thermoplastischen Schicht 3 vorteilhaft vor Umwelteinflüssen, insbesondere Korrosion geschützt.
Jedes photovoltaische System 4 umfasst eine Gruppe von streifenförmigen Solarzellen 6. Jede Solarzelle 6 weist eine Länge von 15,6 cm und eine Breite von 3 mm auf. Benachbarte Solarzellen 6 eines photovoltaischen Systems 4 haben einen Abstand von 3 mm zueinander. Die Darstellung der Solarzellen 6 ist nicht maßstabsgetreu. Insbesondere ist die Breite der Solarzellen 6 zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt, die Anzahl der Solarzellen stark verringert. Jedes photovoltaische System 4 umfasst beispielsweise 100 Solarzellen, so dass jedes photovoltaische System 4 insgesamt eine Fläche von 0, 1 m2 aufweist. Die Flächenbelegung im Bereich eines photovoltaischen Systems 4 beträgt dabei etwa 50 %. Der Bereich eines photovoltaischen Systems 4 im Sinne der Erfindung wird durch die außenliegenden Seitenkanten der Solarzellen des photovoltaischen Systems 4 festgelegt. Der Bereich eines photovoltaischen Systems 4 enthält Solarzellen 6 sowie die Zwischenräume zwischen den Solarzellen 6 und ist durch das gestrichelte Rechteck in Figur 1 angedeutet.
Jede Solarzelle 6 umfasst eine photovoltaisch aktive Absorberschicht 8 zwischen einer Frontelektrode 9 und einer Rückelektrode 10. Die Absorberschicht 8 enthält polykristallines Silizium und weist eine Dicke von 0,2 mm auf. Die Rückelektrode 10 enthält Silber. Die Frontelektrode 9 ist als Geflecht aus dünnen Kupferdrähten ausgebildet. Dadurch ist die Frontelektrode 9 für einfallendes Licht weitgehend transparent.
Absorberschichten 8 auf der Basis von polykristallinem Silizium sind nur wenig biegbar. Durch die erfindungsgemäße Unterteilung des photovoltaischen Systems 4 in streifenförmige Solarzellen 6 weist das photovoltaischen System 4 dennoch eine große Flexibilität auf. Dadurch können auch gebogene Dachscheiben realisiert werden. Zudem ist die Dachscheibe im Bereich des photovoltaischen Systems 4 nicht opak, weil Licht in den Zwischenräumen zwischen den Solarzellen 6 durch die Dachscheibe hindurch treten kann. Vollständig opake photovoltaische Systeme 4 würden zu einem ungleichmäßigen und daher unästhetischen oder sogar störenden Lichteinfall in das Fahrzeuginnere führen. Die Transmission des Lichts im Bereich des photovoltaischen Systems 4 kann durch die Dimensionierung der Solarzellen 6 sowie den Abstand zwischen den Solarzellen 6 (und damit durch die Flächenbelegung) eingestellt werden. Das sind große Vorteile der Erfindung.
Die Solarzellen 6 jedes photovoltaischen Systems 4 sind über elektrisch leitfähige Verbindungselemente 5 seriell miteinander verschaltet. Dazu ist die Rückelektrode 10 einer Solarzelle 6 mit der Frontelektrode 9 der benachbarten Solarzelle 6 kontaktiert, deren Rückelektrode 9 wiederum mit der Frontelektrode 9 der nächstfolgenden Solarzelle 6 kontaktiert ist. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente 5 sind als Streifen aus Kupfer mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Breite von 3 mm ausgebildet. Durch die serielle Verschaltung der Solarzellen 6 kann vorteilhaft eine hohe Leistung des photovoltaischen Systems 4 erreicht werden. Die Dachscheibe enthält weiter zwei Sammelleiter 7, welche ebenfalls in der thermoplastischen Schicht 3 eingelagert sind. Die Sammelleiter sind als Streifen aus Kupfer mit einer Dicke von 0,5mm, einer Länge von 5 m und einer Breite von 1 mm ausgestaltet. Jedes der vier photovoltaischen Systeme 4 weist zwei endständige Solarzellen 6 auf. Eine der endständigen Solarzellen 6 jedes photovoltaischen Systems 4 ist über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 5 mit dem ersten Sammelleiter 7 verbunden. Die andere endständige Solarzelle 6 jedes photovoltaischen Systems 4 ist über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 5 mit dem zweiten Sammelleiter 7 verbunden. Die vier photovoltaischen Systeme 4 sind somit parallel verschaltet.
In einer alternativen Ausgestaltung können die Solarzellen 6 auch wie in der Figur gezeigt in Gruppen von zueinander parallelen Solarzellen 6 angeordnet sein, welche beispielsweise über ihre endständigen Solarzellen 6 mittels elektrisch leitfähiger Verbindungselemente 5 in Serie geschaltet sind. In dieser Ausgestaltung würden alle Solarzellen 6 ein einziges photovoltaisches System 4 im Sinne der Erfindung ausbilden.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Bestandteile einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dachscheibe vor dem Verbinden zur Dachscheibe in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Substrat 1 , eine erste thermoplastische Folie 1 1 , das photovoltaische System 4 mit den Solarzellen 6, den elektrisch leitfähigen Verbindungselementen 5 und den Sammelleitern 7, eine zweite thermoplastische Folie 12 und die Außenscheibe 2 sind flächenmäßig übereinander angeordnet. Das photovoltaische System 4 und die Sammelleiter 7 sind wie in Figur 1 ausgestaltet. Im Unterschied zu der Ausgestaltung aus Figur 1 besteht das Substrat 1 nicht aus Glas, sondern ist als flexible Folie aus Polyvinylfluorid (DuPont Tedlar®) mit einer Dicke von 0,8 mm ausgebildet. Dadurch wird ein vorteilhaft verringertes Gewicht der Dachscheibe erreicht. Die Außenscheibe 2 besteht aus thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 3 mm auf. Die erste thermoplastische Folie 1 1 und die zweite thermoplastische Folie 12 bestehen aus PVB und weisen eine Dicke von 0,76 mm auf. Beim Laminieren der Dachscheibe bilden die erste und die zweite thermoplastische Folie 1 1 , 12 die thermoplastische Zwischenschicht 3 aus. Alternativ können die erste und die zweite thermoplastische Folie 1 1 , 12 mit dem eingebetteten photovoltaischen System 4 bereits vorher zu einer prälaminierten thermoplastischen Schicht 3 verbunden werden. Auf der von der Außenscheibe 2 abgewandten Oberfläche des Substrats 1 ist eine Stützscheibe 14 angeordnet. Die Stützscheibe 14 besteht aus Natron-Kalk-Glas und ist nach Größe und Form wie die Außenscheibe 2 ausgebildet. Zwischen der Stützscheibe 14 und dem Substrat 1 ist eine Trennfolie 13 angeordnet. Die Trennfolie 13 besteht aus Polytetrafluorethylen und weist eine Dicke von 0,8 mm auf. Die Trennfolie 13 bedeckt die gesamte Oberfläche des Substrats 1. Die Fläche der Trennfolie 13 ist also mindestens ebenso groß wie die Oberfläche des Substrats 1 , kann aber wie in dem gezeigten Beispiel auch größer sein und über die Seitenkanten des Substrats 1 hinausragen.
Durch die Stützscheibe 14 kann die erfindungsgemäße Dachscheibe einfach hergestellt werden, obwohl das Substrat 1 als flexible Folie ausgebildet ist. Zum Verbinden von Substrat 1 und Dachscheibe 2 über die thermoplastische Schicht 3 kann der Stapel aus Stützscheibe 14, Trennfolie 13, Substrat 1 , thermoplastischen Folien 1 1 , 12, photovoltaischen System 4 mit Sammelleitern 7 und Außenscheibe 2 in einfacher Weise an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases unterzogen werden. Dadurch wird eine dauerhaft stabile Verbindung zwischen Außenscheibe 2 und Substrat 1 über die thermoplastische Schicht 3 erreicht. Die Trennfolie 13 verhindert die Haftung zwischen der Stützscheibe 14 und dem Substrat 1. Nach der Herstellung der Dachscheibe können die Stützscheibe 14 und die Trennfolie 13 einfach entfernt werden.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Dachscheibe mit integriertem Photovoltaik-Modul.
Es war für den Fachmann unerwartet und überraschend, dass durch die erfindungsgemäße Unterteilung des photovoltaische Systems 4 in seriell miteinander verschaltete Solarzellen 6 eine Dachscheibe mit integriertem Photovoltaik-Modul bereitgestellt werden kann, die auch stark gebogen ausgebildet sein kann und bei der der Transmissionsgrad im Bereich des photovoltaischen Systems 4 eingestellt werden kann. Durch die serielle Verschaltung der Solarzellen 6 sowie gegebenenfalls durch die parallele Verschaltung mehrerer photovoltaischer Systeme 4 können zudem hohe Leistungen erreicht werden. Bezugszeichenliste:
(1 ) Substrat
(2) Außenscheibe
(3) thermoplastische Schicht
(4) photovoltaisches System
(5) elektrisch leitfähiges Verbindungselement
(6) Solarzelle
(7) Sammelleiter
(8) Absorberschicht
(9) Frontelektrode
(10) Rückelektrode
(1 1 ) erste thermoplastische Folie
(12) zweite thermoplastische Folie
(13) Trennfolie
(14) Stützscheibe
A-A' Schnittlinie
Z Abschnitt der Dachscheibe

Claims

Patentansprüche
1. Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul, mindestens umfassend:
- ein Substrat (1 ) und eine Außenscheibe (2), die über eine thermoplastische Schicht
(3) flächenmäßig miteinander verbunden sind, und
- in die thermoplastische Schicht (3) eingelagert mindestens ein photovoltaisches System (4), welches mindestens zwei streifenförmig ausgebildete Solarzellen (6) enthält, die über mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (5) seriell verschaltet sind,
wobei die Dachscheibe gebogen ist und wobei die Solarzellen (6) eine Breite von 1 mm bis 10 mm aufweisen.
2. Dachscheibe nach Anspruch 1 , wobei jede Solarzelle (6) eine photovoltaisch aktive Absorberschicht (8) zwischen einer Frontelektrode (9) und einer Rückelektrode (10) umfasst und wobei die photovoltaisch aktive Absorberschicht (8) zumindest monokristallines oder polykristallines Silizium enthält.
3. Dachscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Solarzellen (6) eine Länge von 5 cm bis 30 cm, bevorzugt von 10 cm bis 20 cm und eine Breite von 2 mm bis 5 mm aufweisen und bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind.
4. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das photovoltaische System
(4) von 10 bis 100, bevorzugt von 20 bis 50 seriell verschaltete Solarzellen (6) enthält.
5. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Solarzellen (6) im Bereich des photovoltaischen Systems (4) mit einer Flächenbelegung von 20% bis 90% angeordnet sind.
6. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das elektrisch leitfähige Verbindungselement (5) zumindest Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Zinn oder Legierungen davon enthält und bevorzugt eine Dicke von 0,03 mm bis 0,8 mm und eine Breite von 0,5 mm bis 20 mm aufweisen.
7. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die zumindest zwei photovoltaische Systeme (4) enthält, welche mittels zumindest zweier Sammelleiter (7) parallel verschaltet sind.
8. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (1 ) Glas enthält, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas, und bevorzugt eine Dicke von 0,7 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 0,8 mm bis 5 mm aufweist.
9. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (1 ) als flexible Folie ausgebildet ist, die bevorzugt zumindest ein thermoplastisches Polymer, besonders bevorzugt Polyvinylfluorid und/oder Polyvinylidenfluorid enthält und bevorzugt eine Dicke von 0,25 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 ,5 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,45 mm bis 1 mm aufweist.
10. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die thermoplastische Schicht (3) eine Dicke von 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 4 mm aufweist und bevorzugt zumindest ein thermoplastisches Polymer, besonders bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE) und/oder Polyethylenterephthalat (PET) enthält.
11. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Außenscheibe (2) Glas enthält, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron- Glas und bevorzugt eine Dicke von 1 ,0 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 4 mm aufweist.
12. Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , die zumindest in einem Bereich einen Krümmungsradius von kleiner oder gleich 800 mm aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik- Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest
(a) mindestens zwei streifenförmig ausgebildete Solarzellen (6) in eine thermoplastische Schicht (3) eingelegt und über mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (5) seriell verschaltet werden, wobei ein photovoltaisches System (4) entsteht,
(b) die thermoplastische Schicht (3) flächenmäßig zwischen einem Substrat (1 ) und einer Außenscheibe (2) angeordnet wird und
(c) das Substrat (1 ) mit der Außenscheibe (2) über die thermoplastische Schicht (3) unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck verbunden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in Verfahrensschritt (a) das photovoltaische System (4) zwischen zumindest einer ersten thermoplastischen Folie (1 1 ) und einer zweiten thermoplastischen Folie (12) angeordnet wird, welche anschließend unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck zu einer prälaminierten thermoplastischen Schicht (3) verbunden werden.
15. Verwendung einer Dachscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt in Zügen, Straßenbahnen, Schiffen und Kraftfahrzeugen wie Bussen, Lastkraftwagen und insbesondere Personenkraftwagen.
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