WO2024251445A1 - Photovoltaische fahrzeugscheibe mit vakuumisolierung - Google Patents

Photovoltaische fahrzeugscheibe mit vakuumisolierung Download PDF

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WO2024251445A1
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Yahya MOTEMANI SHARABIANI
Siyamak MEMAR JAVID
Marine ZILLER
Sebastian ARENDT
Valentin SCHULZ
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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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    • Y02B80/00—Architectural or constructional elements improving the thermal performance of buildings
    • Y02B80/22—Glazing, e.g. vaccum glazing

Definitions

  • the invention relates to a vehicle window which is equipped with at least one photovoltaic component and a vacuum insulating glazing, and to the use thereof.
  • glazing can be equipped with photovoltaic components to generate electrical energy.
  • W003028114A2 discloses insulating glazing with a photovoltaic module. Insulating glazing is used in particular as building glazing.
  • VOG vacuum insulating glazing
  • WO2011149509A2 discloses a vacuum insulating glazing with a plurality of thermoelectric modules in the evacuated space between the panes, which is equipped with photovoltaic components on the interior side.
  • CN101245686A and CN204809235U disclose building glazing with photovoltaic components and vacuum insulating glazing.
  • CN207441721 U discloses a solar cell that is combined with vacuum insulation.
  • Glazing with photovoltaic components can also be of interest in the vehicle sector, particularly as a vehicle roof window.
  • the photovoltaic components can be used, for example, to charge the on-board battery or to power electrical consumers. This is becoming increasingly important, particularly in connection with electric vehicles.
  • EP1036683A2 discloses a vehicle roof window that is designed as a single pane of glass and is equipped with a solar cell assembly on the interior side.
  • Vehicle roof windows are often designed as composite panes, comprising an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the photovoltaic Components are embedded in the intermediate layer, as is known for example from WO2013182398A1 and WO2013182399A1.
  • the thermal comfort in the vehicle can be negatively affected by the photovoltaic components.
  • a photovoltaic component absorbs visible light and/or infrared radiation in order to convert it into electrical energy.
  • the photovoltaic component heats up considerably, which represents an additional thermal load. This increases the total solar energy radiated in (composed of the directly radiated energy and the indirectly radiated energy as thermal radiation after heating up window components, typically characterized as the TTS value).
  • CN113871502A discloses a vacuum insulating glazing with an integrated photovoltaic component, which can be used as a vehicle window.
  • CN204809235U discloses a laminated pane for use in buildings, which comprises, in the order given, an outer pane, a thermoplastic layer, a photovoltaic component, a thermoplastic layer and a vacuum insulating glazing.
  • EP0382060B1 and CN203951415U disclose composite panes with photovoltaic components and aerogel layers.
  • the present invention is based on the object of providing an improved vehicle window with at least one integrated photovoltaic component, which has a low heat input and ensures a high level of thermal comfort.
  • the object is achieved according to the invention by a vehicle window according to independent claim 1.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
  • the vehicle window according to the invention comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another in a planar manner. At least one photovoltaic component is embedded in the vehicle window between the outer pane and the inner pane.
  • the vehicle window also has vacuum insulating glazing.
  • the vacuum insulating glazing comprises an outer pane and an inner pane, which are spaced apart from one another by means of spacers, so that a gap is formed between the outer pane and the inner pane.
  • the outer pane of the vacuum insulating glazing faces the outer pane of the composite pane, the inner pane faces away from the outer pane. The gap between the outer pane and the inner pane is evacuated.
  • the invention can basically be implemented in two different variants.
  • a first variant also referred to as “variant (i)”
  • the vacuum insulating glazing is embedded in the composite pane between the outer pane and the inner pane, with the vacuum insulating glazing having a smaller distance from the inner pane than the at least one photovoltaic component.
  • the inner pane of the composite pane also forms the inner pane of the vacuum insulating glazing.
  • the outer pane is not part of the vacuum insulating glazing in either of the two variants.
  • the present invention is based on the idea of providing vacuum insulating glazing on the interior side of the photovoltaic component in the vehicle window. Due to the heat-insulating properties of the vacuum insulating glazing, the heat input through the vehicle window is reduced, in particular the emissivity of the vehicle window on the interior side. The heat radiation of the heated photovoltaic component in the direction of the inner window is reduced. The vacuum insulating glazing is very light, so that the total weight of the vehicle window remains comparatively low.
  • the vehicle window according to the invention is designed as a type of composite window and is also referred to below as a composite window.
  • the outer window is connected to the vacuum insulating glazing via an intermediate layer.
  • the at least one photovoltaic component is embedded in the intermediate layer.
  • the vehicle pane (window pane of a vehicle) is intended to separate the vehicle interior from the outside environment in a window opening of a vehicle.
  • the inner pane refers to the pane facing the interior.
  • the outer pane refers to the pane facing the outside environment.
  • the outer pane and the inner pane each have an outside surface and an inside surface and a circumferential side edge surface running between them.
  • the outside surface refers to the main surface which is intended to face the outside environment and the sun in the installed position.
  • the inside surface refers to the main surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the inside surface of the outer pane and the outside surface of the inner pane face each other and are connected to each other.
  • the outer pane of the vacuum insulating glazing When installed, the outer pane of the vacuum insulating glazing also faces the outside environment and the outer pane.
  • the inner pane of the vacuum insulating glazing faces the interior and, in variant (i), the inner pane.
  • the vehicle window pane (window pane of a vehicle) can also be referred to as vehicle glazing.
  • the vehicle window pane is particularly preferably a vehicle roof window.
  • a photovoltaic component in the sense of the invention is a one-piece electrical component for generating electrical energy or electrical current by means of the photovoltaic effect.
  • the photovoltaic component is handled as a single component and preferably has only two electrical connections (two electrical poles, so to speak "plus and minus pole"), via which the component as a whole is electrically contacted.
  • the photovoltaic component can also be referred to as a photovoltaic element or solar element.
  • a photovoltaic cell in the sense of the invention is the smallest possible photovoltaic unit, comprising a single photovoltaically active absorber layer between a single front electrode and a single back electrode. The photovoltaic cell is not further subdivided structurally.
  • the photovoltaic cell can also be referred to as a solar cell.
  • a photovoltaic module in the sense of the invention is a one-piece component which has a plurality of interconnected or electrically connected photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cells can be connected in series or in parallel, or there can be groups of serially connected photovoltaic cells which are connected in parallel, or groups of parallel-connected photovoltaic cells which are connected in series. Serial connection of all solar cells is preferred.
  • the photovoltaic module can also be referred to as a photovoltaic module or solar module.
  • the at least one photovoltaic component according to the invention can be or comprise a single photovoltaic cell or a photovoltaic module with a plurality of photovoltaic cells interconnected with one another, the latter case being typically realized in practice.
  • the at least one photovoltaic component is embedded in the vehicle window, wherein it is arranged between the outer window and the inner window.
  • the vacuum insulating glazing is arranged on the interior side of the at least one photovoltaic component, i.e. is at a greater distance from the outer window than the at least one photovoltaic component.
  • the at least one photovoltaic component is arranged on the outside of the vacuum insulating glazing, i.e. is at a smaller distance from the outer window (and in the installed position of the external environment) than the vacuum insulating glazing.
  • the at least one photovoltaic component is arranged between the outer window and the vacuum insulating glazing.
  • the vacuum insulating glazing When viewed from above onto the composite window, the vacuum insulating glazing preferably completely overlaps the at least one photovoltaic component, i.e. the at least one photovoltaic component is arranged completely within the area delimited by the side edge of the vacuum insulating glazing and does not protrude beyond the vacuum insulating glazing.
  • the expression “at least one photovoltaic component” refers to the totality of all existing photovoltaic components.
  • the vehicle window can contain a single photovoltaic component or a plurality of photovoltaic components. If it has a plurality of photovoltaic components, all photovoltaic components are preferably arranged in the same plane or position of the composite pane. All photovoltaic components then have (at least approximately) the same distance from the outer pane or the inner pane. But even if the photovoltaic components are arranged in different planes or positions of the composite pane, the Vacuum insulating glazing on the interior side of all photovoltaic components arranged at a greater distance from the outer pane.
  • the at least one photovoltaic component is connected to the outer pane and the vacuum insulating glazing via a thermoplastic layer.
  • the vacuum insulating glazing is connected to the inner pane via a thermoplastic layer in a preferred embodiment.
  • the vehicle window comprises in the order given in a preferred embodiment:
  • the outer pane and the inner pane are connected to one another via an intermediate layer, with both the at least one photovoltaic component and the vacuum insulating glazing being embedded in the intermediate layer.
  • the vacuum insulating glazing is connected to the outer pane via an intermediate layer and to the inner pane via a further intermediate layer.
  • the vehicle window comprises in the order given in a preferred embodiment:
  • the vacuum insulating glazing is an exposed element of the laminated pane, whereby the exposed inner pane of the vacuum insulating glazing also forms the inner pane of the laminated pane.
  • the inner pane and the inner pane are therefore identical.
  • the outer pane and the vacuum insulating glazing are connected to one another via an intermediate layer, wherein the at least one photovoltaic component is embedded in the intermediate layer.
  • the vehicle window according to the invention also comprises an aerogel layer.
  • the aerogel layer can also be referred to as an aerogel layer. It is embedded in the vehicle window between the outer window and the inner window and is at a smaller distance from the inner window than the at least one photovoltaic component.
  • the aerogel layer is therefore arranged (like the vacuum insulating glazing) on the interior side of the at least one photovoltaic component.
  • the vacuum insulating glazing has a smaller distance to the outer pane than the aerogel layer.
  • the composite pane preferably comprises, in the order given:
  • thermoplastic layer - - a third thermoplastic layer
  • the vacuum insulating glazing is connected to the outer pane via a first intermediate layer and to the inner pane via a further intermediate layer.
  • the aerogel layer is embedded in the second intermediate layer, between the vacuum insulating glazing and the inner pane.
  • the vacuum insulating glazing is at a greater distance from the outer pane than the aerogel layer.
  • the composite pane preferably comprises, in the order given:
  • thermoplastic layer - - a third thermoplastic layer
  • the layer referred to here as the “fourth thermoplastic layer” can also be referred to as the “third thermoplastic layer” and the layer referred to here as the “third thermoplastic layer” can also be referred to as the “fourth thermoplastic layer” or “further thermoplastic layer”.
  • the vacuum insulating glazing is connected to the outer pane via a first intermediate layer and to the inner pane via a further intermediate layer.
  • the aerogel layer as well as the at least one photovoltaic component are embedded in the first intermediate layer, between the vacuum insulating glazing and the outer pane, with the at least one photovoltaic component being at a smaller distance from the outer pane than the aerogel layer.
  • the composite pane preferably comprises in the order given:
  • thermoplastic layer - - a third thermoplastic layer
  • the outer pane and the vacuum insulating glazing are connected to one another via an intermediate layer, wherein the at least one photovoltaic component and the aerogel layer are embedded in the intermediate layer, wherein the at least one photovoltaic component has a smaller distance to the outer pane than the aerogel layer.
  • the composite pane structurally consists only of the specified elements.
  • the outer pane, the inner pane, the thermoplastic layer and/or the panes of the vacuum insulating glazing can also be provided with standard coatings or prints.
  • the outer pane and the first thermoplastic layer are preferably clear and have no tints or colors so as not to attenuate the sunlight before it hits the at least one photovoltaic component.
  • the second thermoplastic layer, the vacuum insulating glazing, the third thermoplastic layer, the inner pane and, if present, the aerogel layer and the fourth thermoplastic layer can be clear or tinted or colored independently of one another.
  • thermoplastic layers can alternatively also be referred to as thermoplastic layers. Their task is to adhesively bond the components of the composite pane between which they are arranged.
  • the thermoplastic layers are preferably based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) or polyurethane (PU) or from mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably based on PVB. This means that the layer largely contains the said polymer (proportion greater than 50% by weight). In addition to the polymer, the layer can contain further additives, for example plasticizers, UV absorbers or stabilizers.
  • Each thermoplastic layer is preferably made from at least one thermoplastic film. The thickness of each film is preferably from 0.2 mm to 1 mm. For example, PVB films with the standard thicknesses of 0.38 mm or 0.76 mm can be used.
  • thermoplastic layers instead of thermoplastic layers, other types of connecting layers can in principle also be used, for example cast resin layers or adhesive layers, in particular layers of optically clear adhesives (OCA).
  • OCA optically clear adhesives
  • the outer pane and the inner pane are preferably glass panes, particularly preferably made of soda-lime glass, as is usual for window panes.
  • One or both of the panes can, however, in principle also be made of other types of glass, for example quartz glass, borosilicate glass or aluminosilicate glass, or of rigid clear Plastics, for example polycarbonate or polymethyl methacrylate.
  • the thicknesses of the outer pane and the inner pane are independently preferably from 0.5 mm to 5 mm, particularly preferably from 1 mm to 3 mm.
  • the outer pane and the inner pane can optionally be thermally or chemically tempered, partially tempered or not tempered independently of one another.
  • the inner pane is tempered, preferably thermally tempered. Since the inner pane is only connected locally or at certain points to the adjacent layer (the outer pane of the vacuum insulating glazing) via spacers, the prestressing can increase the mechanical stability and reduce the risk of glass breakage and the generation of dangerous glass shards.
  • the vehicle window is equipped with vacuum insulating glazing.
  • the vacuum insulating glazing comprises an outer pane and an inner pane, which are spaced apart from one another by spacers, so that a gap is formed between the outer pane and the inner pane.
  • the outer pane and the inner pane have a thickness of, for example, 0.3 mm to 5 mm, preferably from 0.3 mm to 3 mm, particularly preferably from 0.5 mm to 2 mm, very particularly preferably from 0.5 mm to 1.5 mm, in particular from 0.5 mm to 1 mm.
  • the outer and inner panes are preferably thinner than the outer pane and the inner pane.
  • the outer pane has a thickness of, for example, 0.3 mm to 5 mm, preferably 0.3 mm to 3 mm, particularly preferably 0.5 mm to 2 mm, very particularly preferably 0.5 mm to 1.5 mm, in particular 0.5 mm to 1 mm.
  • the inner pane is identical to the inner pane of the composite pane and the preferred thicknesses given above for the inner pane apply.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass. Soda-lime glass can also be used.
  • very thin outer and inner panes (for example with thicknesses of 0.5 mm to 1 mm) can also be made of aluminosilicate glass, which is preferably chemically tempered.
  • the outer and inner panes are preferably transparent, so that the vacuum insulating glazing is transparent overall and allows a view through. In principle, however, translucent vacuum insulating glazing (for example by using a cloudy outer and/or inner pane) or opaque vacuum insulating glazing (for example by using an opaque tinted outer and/or inner pane) can also be implemented and used.
  • the gap between the outer and inner panes preferably has a thickness of 0.1 mm to 1 mm, particularly preferably 0.2 mm to 0.5 mm. This achieves good thermal insulation without the thickness of the composite pane having to be increased too much.
  • the thickness of the gap corresponds to the distance between the facing surfaces of the outer and inner panes.
  • the intermediate space is evacuated, whereby the outer pane and the inner pane spaced apart from it form vacuum insulating glazing.
  • the pressure in the intermediate space is preferably at most 100 mbar, particularly preferably at most 10 mbar.
  • the pressure can be, for example, from 0.01 mbar to 100 mbar, preferably from 0.1 mbar to 10 mbar.
  • the vacuum insulating glazing has spacers which ensure that the outer and inner panes do not deform despite the negative pressure between them.
  • the distance between the outer and inner panes is preferably kept constant by the spacers so that the outer and inner panes are arranged parallel to one another.
  • the spacer means preferably comprise a plurality of spacer columns.
  • the spacer columns are distributed (preferably evenly) over the surface of the outer and inner panes.
  • the number of spacer columns and their distance from one another depends on the thickness of the panes and the negative pressure prevailing in the space between them. The thinner the panes are (and the lower the pressure in the space between them), the more likely they are to deform, which requires a larger number of spacer columns.
  • the spacer columns are preferably transparent so as not to significantly impair visibility through the laminated pane. They are preferably made of glass or plastic.
  • the spacer means particularly preferably also comprise a circumferential spacer in an edge region between the outer pane and the inner pane.
  • the circumferential spacer runs circumferentially in an edge region between the outer and inner panes.
  • the evacuated space is limited by the outer pane, the inner pane and the circumferential spacer.
  • the spacer is made, for example, from glass, plastic, metal or a metal alloy.
  • the vacuum insulating glazing preferably has a gas-tight edge seal.
  • the surrounding spacer if present can itself act as an edge seal or the vacuum insulating glazing can be equipped with an additional edge seal, for example made of glass, a metal or a metal alloy (for example stainless steel, silver or copper) or a gas-tight plastic.
  • the outer pane has (at least) one transparent area, which is referred to as the see-through area in the sense of the invention.
  • the see-through area In the transparent see-through area, sunlight can pass through the outer pane and stimulate the at least one photovoltaic component.
  • the transparent see-through area of the outer pane therefore defines an active area of the composite pane. This means that in a plan view of the composite pane, the transparent area of the outer pane and the active area are congruent.
  • the at least one photovoltaic component is arranged (at least partially, in particular mostly or even completely) in the see-through area.
  • the outer pane can be made transparent as a whole, so that the see-through area covers the entire outer pane. In this case, the entire composite pane forms the active area.
  • the outer pane can also have an opaque masking area through which no sunlight can pass and which defines a masking area of the composite pane.
  • the active area then corresponds to the composite pane minus the masking area.
  • Such masking areas are common in vehicle windows. They are typically created by an opaque cover print on the interior surface of the outer pane.
  • An enamel printing paste which contains glass frits and a pigment, in particular black pigment, is printed onto the surface, for example using a screen printing process, and then fired.
  • the masking area typically comprises a peripheral edge area of the outer pane, which surrounds a central see-through area in a frame-like manner.
  • the masking area can also comprise further areas, which are designed, for example, as a type of cross bracing of the frame-like edge area.
  • a masking area can also be formed by a thermoplastic layer located between the at least one photovoltaic component and the outer pane being opaque or by an opaque film or plate being embedded in the vehicle window between the at least one photovoltaic component and the outer pane. Even then, no sunlight can hit the photovoltaic component in the masking area. In this case, the active area of the composite pane is also reduced in size, although the outer pane is transparent overall. The above applies accordingly.
  • the at least one photovoltaic component can extend from the active area into the masking area.
  • the areas arranged there do not then contribute to the generation of electricity, but this may be desirable for aesthetic reasons.
  • the vacuum insulating glazing according to the invention and the aerogel layer if present, preferably cover at least the active area of the composite pane completely. It can cover the entire composite pane and extend to its side edges. However, if the composite pane has a masking area in which there are no photovoltaic components, no vacuum insulating glazing or aerogel layer needs to be provided there. It is possible, for example, for the vacuum insulating glazing and, if present, the aerogel layer to each be arranged in a section of a thermoplastic layer, which surrounds it in a frame-like manner, with the frame-like thermoplastic layer preferably being arranged in a peripheral masking area.
  • Opaque or transparent photovoltaic components can be used.
  • Opaque photovoltaic components can be realized by having the photovoltaically active material (absorber layer) absorb in the visible spectral range and/or by using a opaque back electrode is used.
  • Transparent photovoltaic components can be realized by having the photovoltaically active material absorb completely or at least largely in the infrared spectral range (and not absorbing at least in a large part of the visible spectral range) and by using transparent electrodes.
  • the at least one photovoltaic component is opaque and completely covers the active area.
  • the composite pane is then opaque as a whole. This can be achieved by using a single photovoltaic component that completely covers the active area. Alternatively, this can be achieved by using a plurality of photovoltaic components, with adjacent photovoltaic components being placed flush against one another or arranged to overlap.
  • the vacuum insulating glazing is preferably transparent, but in this case can also be translucent or opaque. If an aerogel layer is present, it can be transparent, translucent or opaque.
  • the at least one photovoltaic component is opaque and covers only part of the active area.
  • a plurality of photovoltaic components are present in the active area.
  • a plurality of opaque photovoltaic components spaced apart from one another can be present in the active area.
  • several groups of photovoltaic components can be present, with the components of each group being flush with one another or overlapping one another so that each group covers a closed area and the groups are spaced apart from one another. In any case, only part of the active area is covered or covered with photovoltaic components, while another part of the active area is not covered with photovoltaic components.
  • the at least one photovoltaic component (or the majority of photovoltaic components) is opaque and only partially covers the active area.
  • the composite pane is then partially opaque and partially transparent, which means that it has opaque and transparent areas.
  • the size of the photovoltaic components and the distances can be freely selected in the application in order to adjust the degree of coverage of the active area with photovoltaic components as desired.
  • the vacuum insulating glazing is preferably transparent, but in this case can also be translucent. If an aerogel layer is present, it is preferably transparent or translucent so that light can pass through the areas not provided with photovoltaic components. In the case of a translucent aerogel layer (or vacuum insulating glazing), the aforementioned transparent areas are of course strictly speaking not transparent, but translucent
  • the at least one photovoltaic component is transparent. It preferably completely covers the active area in order to ensure optimum energy yield. This can in turn be achieved by using a single photovoltaic component that completely covers the active area, or by using a plurality of photovoltaic components that are flush with one another or overlap. Alternatively, it is also possible in principle for a plurality of photovoltaic components (or a plurality of groups of photovoltaic components that are spaced apart from one another) to be present in the active area.
  • the vacuum insulating glazing is preferably transparent, but in this case can also be translucent. If an aerogel layer is present, it is preferably transparent or translucent in this case so that light can pass through the active area of the composite pane. The active area is then transparent or translucent as a whole.
  • An opaque vacuum insulating glazing or aerogel layer is understood to mean a vacuum insulating glazing or aerogel layer through which no visibility is possible.
  • An opaque vacuum insulating glazing or aerogel layer preferably has a light transmission of less than 5%, particularly preferably less than 2%, in particular 0%.
  • a transparent vacuum insulating glazing or aerogel layer is understood to mean a layer through which visibility is possible, so that the viewer can see objects behind it.
  • the vacuum insulating glazing or aerogel layer can, however, be tinted in order to reduce the light transmission.
  • a transparent vacuum insulating glazing or aerogel layer preferably has a light transmission of more than 10%, particularly preferably more than 50%, in particular more than 70%.
  • a translucent vacuum insulating glazing or aerogel layer is a layer through which light passes but is strongly scattered so that the viewer cannot clearly see objects behind it (at most they can only see them vaguely).
  • the at least one photovoltaic component is suitable for converting sunlight directly into electrical energy.
  • the photovoltaic component has a photovoltaically active absorber layer between a front electrode and a rear electrode (strictly speaking, each photovoltaic cell has its own separate absorber layer and its own separate electrodes if the component as a solar module comprises several interconnected photovoltaic cells).
  • the front electrode faces the outer pane of the composite pane, the rear electrode faces the inner pane.
  • the electrodes are in particular surface electrodes that cover the entire absorber layer.
  • the absorber layer often contains dopants to optimize the transport of the charge carriers to the electrodes.
  • photovoltaic components or cells can be used within the scope of the present invention. There are no restrictions on specific photovoltaic cells. In particular:
  • the absorber layer in a thin-film cell, is a thin layer with a thickness of, for example, 0.5 pm to 3 pm; in thick-film cells, the absorber layer has a greater thickness (for example 20 pm to 500 pm);
  • any photovoltaically active material can be used for the absorber layer, for example inorganic semiconductors (such as silicon, cadmium telluride, gallium arsenide, indium gallium arsenide, indium gallium phosphide, CI(G)S chalcopyrite semiconductors or combinations thereof) or organic conjugated polymers, organic conjugated oligomers or organic dyes;
  • inorganic semiconductors such as silicon, cadmium telluride, gallium arsenide, indium gallium arsenide, indium gallium phosphide, CI(G)S chalcopyrite semiconductors or combinations thereof
  • organic conjugated polymers organic conjugated oligomers or organic dyes
  • the crystal structure of the absorber layer can be monocrystalline, polycrystalline or amorphous.
  • Thick-film cells can, for example, have an absorber layer based on monocrystalline or polycrystalline silicon.
  • Thin-film cells can, for example, have an absorber layer based on amorphous or polycrystalline (in particular microcrystalline) silicon, based on gallium arsenide, based on cadmium telluride or based on organic conjugated polymers.
  • Thin-film cells can also contain a chalcopyrite semiconductor such as a compound from the group Copper-indium-sulfur/selenium (CIS; for example CuInSe2) or a compound from the group copper-indium-gallium-sulfur/selenium (CIGS; for example Cu(lnGa)(SSe)2).
  • CIS Copper-indium-sulfur/selenium
  • CIGS copper-indium-gallium-sulfur/selenium
  • Thin-film cells are preferred in the context of the present invention because they are typically flexible and can thus adapt to a curved shape of the composite pane, as is common in vehicle windows.
  • the front electrode and the back electrode can be designed, for example, as thin conductive or semiconductive layers with thicknesses of preferably 50 nm to 2 pm.
  • the layers can contain, for example, metals such as silver, gold, copper, molybdenum, titanium, tungsten, nickel, titanium, chromium, tantalum, aluminum-doped zinc oxide or transparent conductive oxides such as indium tin oxide.
  • the front electrode and/or the back electrode can also be designed, for example, as a mesh of thin wires which contain, for example, aluminum, copper, silver and/or gold. At least the front electrode is transparent so that sunlight can penetrate the absorber layer.
  • the electrodes can be designed as individual layers or as a stack of several layers.
  • the photovoltaic component can of course comprise further individual layers which are known to the person skilled in the art, for example a buffer layer for adapting the electronic properties between the absorber layer and an electrode layer or diffusion barrier layers.
  • Film-like photovoltaic components can also be used.
  • the electrodes and the absorber layer are printed independently of one another on a carrier film, applied wet-chemically or deposited from the gas phase. They typically comprise thin-film photovoltaic cells.
  • Film-like photovoltaic components can be provided on rolls and can be processed very easily and integrated into the composite pane, which makes them particularly advantageous. In addition, they are flexible and easily adapt to a curved shape of the composite pane.
  • the carrier film can be made of or based on polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polyvinyl chloride, fluorinated ethylene propylene, polyvinyl fluoride or ethylene tetrafluoroethylene, for example.
  • the thickness of the carrier film is, for example, from 10 pm to 300 pm.
  • the at least one photovoltaic component can optionally be surrounded by a further thermoplastic layer, which is also referred to as a capsule layer in the sense of the invention.
  • the capsule layer is in particular designed like a frame and is arranged in a peripheral edge region of the composite pane, wherein the at least one photovoltaic component is inserted into the frame-like capsule layer.
  • the capsule layer has at least one recess into which the at least one photovoltaic component is inserted.
  • the capsule layer can be formed by a thermoplastic film (or several thermoplastic films stacked on top of one another) into which the recess has been introduced by cutting out.
  • the capsule layer can also be composed of several film sections around the at least one photovoltaic component.
  • the capsule layer preferably has approximately the same thickness as the at least one photovoltaic component. This compensates for the local difference in thickness introduced by the locally limited at least one photovoltaic component, so that air pockets are avoided, glass breakage during lamination can be avoided and an improved optical appearance is created. If there are several photovoltaic components which only partially cover the active area of the composite pane, the capsule layer is preferably also arranged in the areas not provided with photovoltaic components.
  • Emissivity-reducing coatings are also known as heat radiation-reflecting coatings, low-emissivity coatings or LowE coatings (low emissivity). Emissivity is the measure that indicates how much heat radiation the pane emits into an interior in the installed position compared to an ideal heat radiator (a black body). Emissivity-reducing coatings have the function of preventing heat from radiating into the interior (IR components of solar radiation and in particular the thermal radiation of the pane itself) and also preventing heat from radiating out of the interior.
  • the emissivity-reducing coatings can at least reduce the heat radiation emitted by the entire pane towards the interior at high outside temperatures and solar radiation. partially reflect. At low outside temperatures, they can reflect the heat radiation emitted from the interior and thus reduce the effect of the cold window as a heat sink. The emissivity-reducing coating further increases thermal comfort in the interior.
  • the emissivity-reducing coating is typically a transparent stack of thin layers.
  • the emissivity-reducing coating has at least one, preferably exactly one, electrically conductive layer, which provides the IR-reflecting properties.
  • the conductive layer is preferably based on a transparent conductive oxide (TCO), in particular indium tin oxide (ITO), alternatively indium zinc mixed oxide (IZO), gallium-doped tin oxide (GZO), fluorine-doped tin oxide (FTO, SnO2:F), antimony-doped tin oxide (ATO, SnO2:Sb) or niobium-doped titanium oxide (TiO2:Nb).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc mixed oxide
  • GZO gallium-doped tin oxide
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • SnO2:F antimony-doped t
  • the coating typically comprises dielectric layers (e.g. based on silicon oxide or nitride), which serve in particular to optimize the optical properties (e.g. light transmission) or serve as barrier layers to regulate oxygen diffusion during the deposition of the coating.
  • dielectric layers e.g. based on silicon oxide or nitride
  • the thickness of the aerogel layer can be selected according to the requirements of the specific application.
  • the thermal conductivity of the aerogel which in turn depends on the material, density and porosity
  • the heat absorption of the at least one photovoltaic component which in turn depends on the type of component and the surface coverage
  • the desired heat input i.e. the desired TTS value, the total radiated solar energy
  • the aerogel layer preferably has a thickness in the range of 0.1 mm to 10 mm, particularly preferably from 0.2 mm to 8 mm, in particular from 0.5 mm to 6 mm or from 0.5 mm to 5 mm.
  • the aerogel layer most preferably has a thickness of 1 mm to 4 mm. In typical applications, good thermal insulation is achieved even with such a small thickness of the aerogel layer, because the vacuum insulating glazing reduces the thermal Insulation is further improved. This allows composite panes to be produced with advantageously thin aerogel layers.
  • aerogels are not gels, but highly porous solids.
  • the name comes from the fact that aerogels are typically made from gels, whereby the liquid component of the gel is replaced by a gas without the gel structure collapsing, for example through supercritical drying or freeze-drying.
  • aerogels consist of a branching of particle chains (dendritic structure) with very many spaces (pores), particularly in the form of open pores.
  • the particle chains have contact points with each other, so that the aerogel can be viewed as a stable, sponge-like network.
  • the particle chains themselves often result from the fusion of, for example, spherical particles.
  • a very high volume proportion of the aerogels consists of pores, particularly open pores.
  • Aerogels therefore have a very low density.
  • the aerogel layer according to the invention is therefore lightweight, so that the weight of the composite pane is not significantly increased even by comparatively thick aerogel layers. Aerogels can also have a high optical transparency, which can be particularly advantageous for applications in glazing. Aerogels can be produced using sol-gel processes, for example.
  • the aerogel layer according to the invention can also be referred to as a layer or layer made of an aerogel or based on an aerogel.
  • porosity refers to the proportion of the volume of the pores in relation to the total volume of the aerogel.
  • the aerogel layer according to the invention is preferably made of an aerogel or is based on an aerogel which has a porosity of 50% to 99.98%, particularly preferably 80% to 99%, very particularly preferably 85% to 98%.
  • the porosity can be determined by gas sorption measurement, in particular with carbon dioxide (CO2) as the measuring gas at a temperature of 273 K.
  • the pore size of the aerogel is preferably from 1 nm to 50 nm, particularly preferably from 10 nm to 40 nm. This means that the diameter of the typically approximately spherical pores.
  • the pore size can also be determined using the gas sorption measurement mentioned above.
  • the density of the aerogel is preferably from 0.16 mg/cm 3 to 500 mg/cm 3 , particularly preferably from 10 mg/cm 3 to 300 mg/cm 3 . This means the bulk density based on the volume including the pore spaces, whereby the air in the pores is not included in the mass.
  • the particles that make up the network of particle chains typically have a size of 1 nm to 10 nm.
  • silicate aerosols do not have the chemical composition of a silicate, but rather SiO(OH) y (OR) z , where R is an organic residue and the parameters y and z depend on the manufacturing process. Nevertheless, they are generally referred to as such and the term silicate is also used accordingly in the context of the present invention.
  • silicate aerogel is also common (i.e. SiO2 aerogel).
  • silicate aerogels, polymer aerogels and cellulose aerogels are particularly preferred, in particular silicate aerogels and polymer aerogels. These aerogels are well researched and are already commercially available in large numbers.
  • the aerogel layer according to the invention can be structurally designed differently and integrated into the composite pane, in particular
  • blanket or mat as a so-called blanket or mat; this is understood to be a composite material made of an aerogel (in particular silicate aerogel) and a material which influences the mechanical properties; the material in question is in particular a fibre material (for example glass fibres); blankets are flexible and can be provided on rolls, for example; such a mat can, for example, be made of an aerogel felt (in particular silicate aerogel felt);
  • films are flexible and can also be provided on rolls, for example; they can be made from or based on a polymer aerogel, which can optionally have inclusions; an aerogel film can comprise a carrier film (for example made of PET or polyimide) on which an aerogel layer is arranged;
  • the aerogel layer has acoustic damping properties, the use of so-called acoustic thermoplastic films can be dispensed with. Instead, single-layer films are preferred if the vehicle window is equipped with an aerogel layer, which is significantly more cost-effective.
  • the vehicle window can be flat or cylindrical or spherically curved. Spherically curved composite windows are particularly common for vehicle windows for passenger cars.
  • All layers arranged on the outside of the at least one photovoltaic component are preferably clear, without tints and colors, so that sunlight can hit the photovoltaic component as unhindered as possible. They preferably have a light transmission of at least 70%, particularly preferably at least 80%, very particularly preferably at least 90%. This applies in particular to the outer pane and the first thermoplastic layer, via which the at least one photovoltaic component is connected to the outer pane.
  • the outer pane is preferably made of clear glass and has a light transmission of at least 90% in the visible spectral range.
  • the front electrode is also preferably transparent with a light transmission of at least 80%, particularly preferably at least 90%.
  • the first thermoplastic layer is preferably made of a clear film.
  • the other thermoplastic layers, the inner pane and the panes of the vacuum insulating glazing can be clear, tinted or colored independently of one another.
  • the composite pane can in principle also have several vacuum insulating glazings or several aerogel layers, whereby preferably all vacuum insulating glazings and (if present) all aerogel layers are arranged on the interior side of the at least one photovoltaic component with a greater distance from the outer pane.
  • a single vacuum insulating glazing and optionally a single aerogel layer are preferred due to a simpler structure and easier production of the composite pane.
  • the vehicle window can be manufactured by stacking the individual layers in the intended order to form a layer stack and then laminating them together.
  • Known processes can be used for this, for example autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection between the outer and inner panes is usually carried out under the influence of heat, vacuum and/or pressure.
  • the at least one photovoltaic component Before or during stacking of the layers, the at least one photovoltaic component is provided with the required electrical connections, with electrical conductors extending beyond the side edge of the layer stack, by means of which the at least one photovoltaic component can later be electrically contacted, for example for connection to an electrical system, a battery or one or more individual electrical consumers. If a plurality of photovoltaic components is present, these are electrically connected to one another (at least in groups) and thus interconnected, so that all photovoltaic components (or each group of photovoltaic components) can be externally electrically contacted by common electrical conductors.
  • the invention also includes the use of a vehicle window according to the invention as a window pane of means of transport for traffic on land, in the air or on water.
  • the vehicle window can be used, for example, as a windshield, side window, rear window or roof window.
  • the vehicle window is particularly preferably used as a vehicle roof window, in particular as a roof window of a passenger car or truck.
  • Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 2 is a cross-section along X-X' through the vehicle window of Figure 1
  • Fig. 3 is a cross-section along X-X' through a further embodiment of the vehicle window according to the invention
  • Fig. 4 is a cross-section along X-X' through a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 5 is a cross-section along X-X' through a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 6 is a cross-section along X-X' through a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 7 is a plan view of a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 8 shows a cross-section through the vehicle window from Figure 7,
  • Fig. 9 is a plan view of a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • Fig. 10 shows a cross-section through the vehicle window from Figure 9.
  • FIG. 1 and Figure 2 each show a detail of a first embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • the vehicle window is a vehicle roof window.
  • the vehicle window consists of an outer pane 1 and an inner pane 2, which are connected to one another via an intermediate layer.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are made of soda-lime glass.
  • the outer pane 1 has a thickness of 2.1 mm
  • the inner pane 2 has a thickness of 1.6 mm. In the installed position, the outer pane 1 faces the outside environment, the inner pane 2 faces the vehicle interior.
  • the outer pane 1 has an opaque masking area M, which is arranged all around in the edge area and surrounds a central transparent see-through area D like a frame.
  • a black masking print 8 is applied to the interior side surface of the outer pane 1 facing the inner pane 2.
  • the see-through area D defines an active area A of the Vehicle window in which electrical energy can be generated by photovoltaics.
  • a photovoltaic component 4 is embedded in the intermediate layer.
  • the photovoltaic component 4 is opaque, completely covers the active area A and extends from there into the masking area M.
  • the vehicle window is therefore completely opaque.
  • the intermediate layer has a multi-layer structure. It comprises, in the following order, starting from the outer pane 1 :
  • thermoplastic layer 3a a first thermoplastic layer 3a
  • thermoplastic layer 3c which adjoins the inner pane 2.
  • the layer with the photovoltaic component 4 contains a thermoplastic capsule layer 3d, which is formed like a frame around a recess in which the photovoltaic component 4 is arranged.
  • thermoplastic layers 3a, 3b, 3c are each formed from a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • the thermoplastic capsule layer 3d is formed from a PVB film with a thickness of 0.38 mm, which corresponds approximately to the thickness of the photovoltaic component 4.
  • the layer with the photovoltaic component 4 is connected to the outer pane 1 via the first thermoplastic layer 3a and on the opposite side to the vacuum insulating glazing 5 via the second thermoplastic layer 3b.
  • the vacuum insulating glazing 5 is in turn connected to the inner pane 2 on the other side via the third thermoplastic layer 3c.
  • the photovoltaic component 4 is, for example, a film-like component comprising a thin photovoltaically active absorber layer between a front electrode and a rear electrode on a carrier film.
  • the complete coverage of the active area A can also be achieved by a A plurality of photovoltaic components 4 which are interconnected, wherein adjacent components 4 are flush with one another or overlap one another.
  • the photovoltaic component 4 absorbs light in the visible spectral range and converts it (partially) photovoltaically into electrical current, which is the basis for its opacity.
  • the photovoltaic component 4 is heated in the process. It then emits thermal radiation, which is partially directed towards the inner pane 2 and the vehicle interior. It therefore makes a significant contribution to the so-called interior-side emissivity of the composite pane.
  • the vehicle interior is thus heated, reducing the thermal comfort for the vehicle occupants.
  • the vacuum insulating glazing 5 has the task of reducing the interior-side emissivity. It has heat-insulating properties which enable it to do this.
  • the vehicle interior is shielded by the vacuum insulating glazing 5 from the thermal radiation of the photovoltaic component 4 (and also from the thermal radiation of the outer pane 1).
  • the vacuum insulating glazing 5 is formed from an outer pane 5a and an inner pane 5b, which are connected to one another and kept at a distance by a circumferential spacer 5d in the edge area and by spacer columns 5e evenly distributed over the surface. This creates a gap 5c between the outer pane 5a and the inner pane 5b, which is evacuated.
  • the outer pane 5a faces the outer pane 1 and is connected to the layer with the photovoltaic component 4 via the second thermoplastic layer 3b.
  • the inner pane 5b faces the inner pane 2 and is connected to it via the third thermoplastic layer 3c.
  • the outer pane 5a and the inner pane 5b are each made of chemically tempered aluminosilicate glass and each have a thickness of 0.7 mm.
  • the gap 5c has a thickness of 0.3 mm.
  • the spacer columns 5e are made of glass or a transparent plastic.
  • the surrounding spacer 5d is made of a plastic.
  • the surrounding spacer 5d is equipped with an edge seal (not shown) which seals the intermediate space 5c in a gas-tight manner.
  • An emissivity-reducing coating 9 is arranged on the interior side surface of the inner pane 2 facing away from the intermediate layer. Such coatings are also known as LowE coatings.
  • the emissivity-reducing coating 9 has reflective properties in the middle IR range.
  • the emissivity-reducing coating 9 further reduces the interior emissivity of the composite pane. In particular, it shields the vehicle interior from the thermal radiation of the inner pane 2, which the vacuum insulating glazing 5 has no influence on.
  • the electrical connections of the photovoltaic component 4 that protrude beyond the side edge of the composite pane are not shown for the sake of simplicity.
  • the photovoltaic component 4 can be connected to the vehicle's on-board electrical system via these connections, for example to charge the vehicle battery.
  • FIG 3 shows a cross section through a further embodiment of the vehicle window according to the invention. It differs from the above embodiment of Figure 2 in that the vacuum insulating glazing 5 is not arranged between the outer pane 1 and a separate inner pane 2. Instead, the inner pane 2 is part of the vacuum insulating glazing 5 and also forms its inner pane 5b.
  • the vehicle window includes in the following order:
  • thermoplastic layer 3a a first thermoplastic layer 3a
  • the outer pane 1 with the cover print 8, the first thermoplastic layer 3a, the layer with the photovoltaic component 4 including the capsule layer 3d and the second thermoplastic layer 3b are designed in the same way as in the embodiment of Figure 2.
  • the outer pane 5a of the vacuum insulating glazing 5 is again a chemically toughened pane made of aluminosilicate glass with a thickness of 0.7 mm. It is connected to the inner pane 2 via a circumferential spacer 5d and via spacer columns 5e, which is also the inner pane 5b of the vacuum insulating glazing 5.
  • the inner pane consists of thermally toughened soda-lime glass and has a thickness of 1.6 mm.
  • the intermediate space 5c has a thickness of 0.3 mm and is evacuated.
  • the interior surface of the inner pane 2 is again provided with an emissivity-reducing coating 9.
  • Figure 4 shows a cross section through a further embodiment of the vehicle window according to the invention. It differs from the above embodiment of Figure 2 in that the vehicle window comprises an aerogel layer 6 between the vacuum insulating glazing 5 and the inner pane 2.
  • the aerogel layer 6 further improves the thermally insulating properties of the vehicle window.
  • the aerogel layer 6 also has acoustically insulating properties, so that disturbing external noises are less noticeable in the vehicle interior. Due to its low weight, it only increases the overall weight of the vehicle window insignificantly.
  • the vehicle window includes in the following order:
  • thermoplastic layer 3a a first thermoplastic layer 3a
  • thermoplastic layer 3c a third thermoplastic layer 3c
  • the outer pane 1 with the cover print 8, the first thermoplastic layer 3a, the layer with the photovoltaic component 4 including the capsule layer 3d, the second thermoplastic layer 3b, the vacuum insulating glazing 5, the third thermoplastic layer 3c and the inner pane 2 with the emissivity-reducing coating 9 are designed in the same way as in the embodiment of Figure 2.
  • the aerogel layer 6 for example, has a thickness of 3 mm. It is designed as a so-called blanket, for example, made of a silicate aerogel with glass fiber inclusions, which give the aerogel layer 6 mechanical stability and flexibility. Since the composite pane is opaque anyway, it does not matter whether the aerogel layer 6 is opaque, transparent or translucent.
  • the aerogel layer 6 is connected to the insulating glazing 5 via the third thermoplastic layer 3c and to the inner pane 2 via the fourth thermoplastic layer 3e.
  • the fourth thermoplastic layer 3e is also made of a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • FIG. 5 shows a cross-section through a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • the vehicle window is constructed from the same elements as in the embodiment according to Figure 4. The only difference is that the order of the vacuum insulating glazing 5 and the aerogel layer 6 is reversed.
  • the vehicle window includes in the following order:
  • Figure 6 shows a cross section through a further embodiment of the vehicle window according to the invention. It differs from the embodiment in Figure 3 in that the vehicle window comprises an aerogel layer 6 between the layer with the photovoltaic component 4 and the vacuum insulating glazing 5.
  • the vehicle window includes in the following order:
  • thermoplastic layer 3a a first thermoplastic layer 3a
  • the outer pane 1 with the cover print 8, the first thermoplastic layer 3a, the layer with the photovoltaic component 4 including the capsule layer 3d, the second thermoplastic layer 3b and the vacuum insulating glazing 5, whose inner pane 5b also forms the inner pane 2 of the vehicle window and is provided with the emissivity-reducing coating 9, are designed in the same way as in the embodiment of Figure 3.
  • the aerogel layer 6 is designed in the same way as in the embodiments of Figures 4 and 5. It is connected via the second thermoplastic layer 3b to the layer with the photovoltaic component 4 and via the third thermoplastic layer 3c to the vacuum insulating glazing 5.
  • the third thermoplastic layer 3c is also made of a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • Figure 7 and Figure 8 each show a detail of a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • the vehicle window is constructed similarly to the first embodiment of Figures 1 and 2.
  • the outer pane 1 with the cover print 8, the inner pane 2 with the emissivity-reducing coating 9, the vacuum insulating glazing 5 and the thermoplastic layers 3a, 3b, 3c are designed in the same way as in Figures 1 and 2. In the following, only the differences from the first embodiment are discussed.
  • each of the five regions has five regions, each of which is provided with a photovoltaic component 4 and which are spaced apart from one another by regions without a photovoltaic component 4.
  • each of the five regions can be provided with a plurality of photovoltaic components 4 which are interconnected with one another, with adjacent components 4 being flush with one another or overlapping one another.
  • the photovoltaic components 4 (and thus the areas of the composite pane provided with them) are also opaque in this design. However, sunlight can penetrate into the vehicle interior through the areas in between and the edge areas without photovoltaic components 4.
  • the layer with the photovoltaic components 4 also contains, in this embodiment, in addition to the photovoltaic components 4 themselves, a thermoplastic capsule layer 3d.
  • the thermoplastic capsule layer 3d is again arranged in a frame-like manner around the entirety of the photovoltaic components 4 and additionally in the spaces between adjacent photovoltaic components 4. In other words, the thermoplastic capsule layer 3d forms a frame around each individual photovoltaic component 4.
  • the inner pane 2, the second thermoplastic layer 3b, the vacuum insulating glazing 5 and/or the third thermoplastic layer 3c can be tinted or colored.
  • the outer pane 1 and the first thermoplastic layer 3a should be clear in order to optimize the yield of the photovoltaic components 4.
  • the structure of the vehicle window according to Figure 8 is only to be understood as an example. Modifications and further developments similar to Figures 3 to 6 are also possible with this design.
  • the vacuum insulating glazing 5 does not necessarily have to be arranged between the outer pane 1 and a separate inner pane 2, but its inner pane 5b can alternatively be the inner pane 2 of the vehicle window.
  • the vehicle window can also be equipped with an additional aerogel layer 6, between the layer with the photovoltaic component 4 and the vacuum insulating glazing 5 or between the vacuum insulating glazing 5 and the inner pane 2. Since the vehicle window in this design of the at least one photovoltaic component 4 is not completely opaque, any aerogel layer 6 should not be opaque, but transparent or translucent.
  • Figure 9 and Figure 10 each show a detail of a further embodiment of the vehicle window according to the invention.
  • the vehicle window is constructed similarly to the first embodiment of Figures 1 and 2.
  • the outer pane 1 with the cover print 8, the inner pane 2 with the emissivity-reducing coating 9, the vacuum insulating glazing 5 and the thermoplastic layers 3a, 3b, 3c are designed in the same way as in Figures 1 and 2. In the following, only the differences from the first embodiment are discussed.
  • the layer with the photovoltaic component 4 also contains, in addition to the photovoltaic component 4 itself, a thermoplastic capsule layer 3d.
  • the photovoltaic component is arranged in a recess in the capsule layer 3d, so that the capsule layer 3d again surrounds the photovoltaic component 4 like a frame.
  • the photovoltaic component is again a film-like component.
  • the photovoltaic component 4 is not opaque, but transparent. This is achieved in particular by the fact that the photovoltaically active absorber layer is not or hardly sensitive in the visible spectral range and absorbs sunlight, but in the near infrared spectral range.
  • the inner pane 2, the second thermoplastic layer 3b, the vacuum insulating glazing 5 and/or the third thermoplastic layer 3c can be tinted or colored.
  • the outer pane 1 and the first thermoplastic layer 3a should be clear in order to optimize the yield of the photovoltaic components 4.
  • the structure of the vehicle window according to Figure 10 is again only to be understood as an example. Modifications and further developments similar to Figures 3 to 6 are also possible with this design.
  • the vacuum insulating glazing 5 does not necessarily have to be arranged between the outer pane 1 and a separate inner pane 2, but its inner pane 5b can alternatively be the inner pane 2 of the vehicle window.
  • the vehicle window can also be equipped with an additional aerogel layer 6, between the layer with the photovoltaic component 4 and the vacuum insulating glazing 5 or between the vacuum insulating glazing 5 and the inner pane 2.
  • the aerogel layer 6 should be transparent or translucent, so that the active area A of the composite pane is transparent or translucent as a whole.
  • the vacuum insulating glazing 5 and the optional aerogel layer 6 extend to the side edges of the composite pane.
  • the vacuum insulating glazing 5 and/or the aerogel layer 6 can be surrounded in a frame-like manner by a further thermoplastic layer (capsule layer).
  • a further thermoplastic layer can be formed, for example, by a PVB film which has a cutout into which the relevant component is inserted, which is thereby completely embedded in the composite pane and has no contact with the surrounding atmosphere.
  • the aerogel layer 6 can also have an edge seal, for example in the form of a polymer adhesive tape.

Landscapes

  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe, umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die flächig miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein photovoltaisches Bauteil (4) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) in die Fahrzeugscheibe eingelagert ist und wobei die Fahrzeugscheibe eine Vakuumisolierverglasung (5) aufweist, welche eine zur Außenscheibe (1) hingewandte äußere Scheibe (5a) und eine über Abstandsmittel (5d, 5e) von der äußeren Scheibe (5a) beanstandete innere Scheibe (5b) umfasst, wobei der Zwischenraum (5c) zwischen der äußeren Scheibe (5a) und der inneren Scheibe (5b) evakuiert ist, und wobei (i) die Vakuumisolierverglasung (5) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) in die Fahrzeugscheibe eingelagert ist und einen geringeren Abstand zur Innenscheibe (2) aufweist als das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4) oder (ii) die Innenscheibe (2) der Fahrzeugscheibe die innere Scheibe (5b) der Vakuumisolierverglasung (5) bildet.

Description

Photovoltaische Fahrzeugscheibe mit Vakuumisolierung
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe, die mit mindestens einem photovoltaischen Bauteil und einer Vakuumisolierverglasung ausgestattet ist, sowie deren Verwendung.
Es ist allgemein bekannt, dass Verglasungen mit photovoltaischen Bauteilen ausgestattet werden können, um elektrische Energie zu gewinnen. So offenbart beispielsweise W003028114A2 eine Isolierverglasung mit einem Photovoltaik-Modul. Isolierverglasungen werden insbesondere als Gebäudeverglasungen eingesetzt.
Bei klassischen Isolierverglasungen wird durch einen Abstandshalter ein Zwischenraum zwischen zwei Glasscheiben ausgebildet, welche mit Inertgas gefüllt ist. Um die thermische Isolierung weiter zu verbessern, sind Vakuumisolierverglasungen (VIG, vacuum insulating glazing) bekannt, bei denen der Scheibenzwischenraum evakuiert ist. Solche Verglasungen sind beispielsweise aus EP1978199A1 und W09804802A1 bekannt.
Aus WO2011149509A2 ist eine Vakuumisolierverglasung bekannt mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen im evakuierten Scheibenzwischenraum, welche innenraumseitig mit photovoltaischen Bauteilen ausgestattet ist. CN101245686A und CN204809235U offenbaren Gebäudeverglasungen mit photovoltaischen Bauteilen und Vakuumisolierverglasungen. CN207441721 U offenbart eine Solarzelle, die mit einer Vakuumisolierung kombiniert ist.
Auch im Fahrzeugbereich können Verglasungen mit photovoltaischen Bauteilen interessant sein, insbesondere als Fahrzeug-Dachscheibe. Die photovoltaischen Bauteile können dabei beispielsweise verwendet werden, um die Bordbatterie zu laden oder elektrische Verbraucher zu speisen. Dies gewinnt insbesondere im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen zunehmende Bedeutung. EP1036683A2 offenbart eine Fahrzeug-Dachscheibe, die als Einzelglasscheibe ausgebildet ist und innenraumseitig mit einem Solarzellenverbund ausgestattet ist.
Fahrzeug-Dachscheiben sind häufig als Verbundscheiben ausgebildet, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Bei solchen Verbundscheiben können die photovoltaischen Bauteile in die Zwischenschicht eingelagert werden, wie beispielsweise aus WO2013182398A1 und WO2013182399A1 bekannt ist.
Durch die photovoltaischen Bauteile kann der thermische Komfort im Fahrzeug negativ beeinflusst werden. Ein photovoltaisches Bauteil absorbiert sichtbares Licht und/oder infrarote Strahlung, um diese in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei erwärmt sich das photovoltaische Bauteil stark, was eine zusätzliche thermische Belastung darstellt. Dadurch wird die insgesamt eingestrahlte Sonnenenergie (zusammengesetzt aus der direkt eingestrahlten Energie und der indirekt als Wärmestrahlung nach Aufheizung von Scheibenbestandteilen eingestrahlten Energie, typischerweise als TTS-Wert charakterisiert) gesteigert.
Es besteht daher Bedarf an Fahrzeugscheiben mit photovoltaischen Bauteilen, welche einen geringen TTS-Wert aufweisen und einen hohen thermischen Komfort gewährleisten.
Aus EP3878827A1 ist eine Fahrzeugscheibe bekannt, die als Vakuumisolierverglasung ausgebildet ist.
CN113871502A offenbart eine Vakuumisolierverglasung mit integriertem photovoltaischem Bauteil, welche als Fahrzeugscheibe eingesetzt werden kann. CN204809235U offenbart eine Verbundscheibe für den Einsatz in Gebäuden, welche in der angegebenen Reihenfolge eine Außenscheibe, eine thermoplastische Lage, ein photovoltaisches Bauteil, eine thermoplastische Lage und eine Vakuumisolierverglasung umfasst.
EP0382060B1 und CN203951415U offenbaren Verbundscheiben mit photovoltaischen Bauteilen und Aerogel-Lagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Fahrzeugscheibe mit mindestens einem integrierten photovoltaischen Bauteil bereitzustellen, welche einen geringen Wärmeeintrag aufweist und einen hohen thermischen Komfort gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugscheibe gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der Unteransprüchen hervor. Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die flächig miteinander verbunden sind. Zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe ist mindestens ein photovoltaisches Bauteil in die Fahrzeugscheibe eingelagert. Die Fahrzeugscheibe weist außerdem eine Vakuumisolierverglasung auf.
Die Vakuumisolierverglasung umfasst ihrerseits eine äußere Scheibe und eine innere Scheibe, welche über Abstandsmittel voneinander beabstandet sind, so dass ein Zwischenraum zwischen der äußeren Scheibe und der inneren Scheibe ausgebildet wird. Die äußere Scheibe der Vakuumisolierverglasung ist der Außenscheibe der Verbundscheibe zugewandt, die innere Scheibe von der Außenscheibe abgewandt. Der Zwischenraum zwischen der äußeren Scheibe und der inneren Scheibe ist evakuiert.
Die Erfindung kann grundsätzlich in zwei verschiedenen Varianten realisiert werden. In einer ersten Variante (auch als „Variante (i)“ bezeichnet) ist die Vakuumisolierverglasung zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe in die Verbundscheibe eingelagert, wobei die Vakuumisolierverglasung einen geringeren Abstand zur Innenscheibe aufweist als das mindestens eine photovoltaische Bauteil. In einer zweiten Variante (auch als „Variante (ii)“ bezeichnet) bildet die Innenscheibe der Verbundscheibe auch die innere Scheibe der Vakuumisolierverglasung. Die Außenscheibe ist in keiner der beiden Varianten Teil der Vakuumisolierverglasung.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Vakuumisolierverglasung innenraumseitig zum photovoltaischen Bauteil in der Fahrzeugscheibe vorzusehen. Aufgrund der wärmedämmenden Eigenschaften der Vakuumisolierverglasung wird der Wärmeeintrag durch die Fahrzeugscheibe vermindert, insbesondere die innenraumseitige Emissivität der Fahrzeugscheibe. Die Wärmestrahlung des erwärmten photovoltaischen Bauteils in Richtung der Innenscheibe wird reduziert. Die Vakuumisolierverglasung weist nur ein sehr geringes Gewicht auf, so dass das Gesamtgewicht der Fahrzeugscheibe vergleichsweise gering bleibt. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe ist als eine Art Verbundscheibe ausgebildet und wird im Folgenden mitunter auch als Verbundscheibe bezeichnet. Dabei ist die Außenscheibe über eine Zwischenschicht mit der Vakuumisolierverglasung verbunden. Das mindestens eine photovoltaische Bauteil ist in die Zwischenschicht eingelagert. Die Fahrzeugscheibe (Fensterscheibe eines Fahrzeugs) ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Fahrzeug-Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum zugewandte Scheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkantenfläche. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung und der Sonne zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und miteinander verbunden.
Die äußere Scheibe der Vakuumisolierverglasung ist in Einbaulage ebenfalls der äußeren Umgebung und der Außenscheibe zugewandt. Die innere Scheibe der Vakuumisolierverglasung ist dem Innenraum zugewandt sowie in Variante (i) der Innenscheibe.
Die Fahrzeugscheibe (Fensterscheibe eines Fahrzeugs) kann auch als Fahrzeugverglasung bezeichnet werden. Die Fahrzeugscheibe ist besonders bevorzugt eine Fahrzeug- Dachscheibe.
Ein photovoltaisches Bauteil ist im Sinne der Erfindung ein einstückiges elektrisches Bauelement zur Gewinnung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom mittels des photovoltaischen Effekts. Das photovoltaische Bauteil wird als einzelnes Bauelement gehandhabt und verfügt bevorzugt über nur zwei elektrische Anschlüsse (zwei elektrische Pole, gleichsam „Plus- und Minus-Pol“), über welche das Bauteil als Ganzes elektrisch kontaktiert wird. Das photovoltaische Bauteil kann auch als Photovoltaikelement oder Solarelement bezeichnet werden. Eine photovoltaische Zelle ist im Sinne der Erfindung die kleinstmögliche photovoltaische Einheit, umfassend eine einzelne photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer einzelnen Frontelektrode und einer einzelnen Rückelektrode. Die photovoltaische Zelle ist strukturell nicht weiter unterteilt. Die photovoltaische Zelle kann auch als Solarzelle bezeichnet werden. Ein photovoltaisches Modul ist im Sinne der Erfindung ein einstückiges Bauelement, welches eine Mehrzahl miteinander verschalteter beziehungsweise elektrisch verbundener photovoltaischer Zellen umfasst. Die photovoltaischen Zellen können dabei seriell oder parallel verschaltet sein, oder es können Gruppen von seriell verschalteten photovoltaischen Zellen vorliegen, welche parallel verschaltet sind, oder Gruppen von parallel verschalteten photovoltaischen Zellen, welche seriell verschaltet sind. Bevorzugt ist die serielle Verschaltung sämtlicher Solarzellen. Das photovoltaische Modul kann auch als Photovoltaikmodul oder Solarmodul bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße mindestens eine photovoltaische Bauteil kann eine einzelne photovoltaische Zelle sein beziehungsweise umfassen oder ein photovoltaisches Modul mit einer Mehrzahl miteinander verschalteten photovoltaischen Zellen, wobei der letztgenannte Fall in der Praxis typischerweise realisiert ist.
Das mindestens eine photovoltaische Bauteil ist erfindungsgemäß in die Fahrzeugscheibe eingelagert, wobei es zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist. Die Vakuumisolierverglasung ist innenraumseitig des mindestens einen photovoltaischen Bauteils angeordnet, weist also einen größeren Abstand zur Außenscheibe auf als das mindestens eine photovoltaische Bauteil. Umgekehrt ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil außenseitig der Vakuumisolierverglasung angeordnet, weist also einen geringeren Abstand zur Außenscheibe (und in Einbaulage der äußeren Umgebung) auf als die Vakuumisolierverglasung. Anders ausgedrückt ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil zwischen der Außenscheibe und der Vakuumisolierverglasung angeordnet. Betrachtet in Draufsicht auf die Verbundscheibe überlappt die Vakuumisolierverglasung das mindestens eine photovoltaische Bauteil bevorzugt vollständig, das mindestens eine photovoltaische Bauteil ist also vollständig innerhalb des von der Seitenkante der Vakuumisolierverglasung begrenzten Bereichs angeordnet und steht nicht über die Vakuumisolierverglasung über. Mit dem Ausdruck „mindestens ein photovoltaisches Bauteil“ ist dabei die Gesamtheit aller vorhandenen photovoltaischen Bauteile gemeint.
Die Fahrzeugscheibe kann ein einzelnes photovoltaisches Bauteil enthalten oder eine Mehrzahl photovoltaischer Bauteile. Weist sie eine Mehrzahl photovoltaischer Bauteile auf, so sind bevorzugt sämtliche photovoltaische Bauteile in derselben Ebene beziehungsweise Lage der Verbundscheibe angeordnet. Sämtliche photovoltaische Bauteile weisen dann (zumindest näherungsweise) denselben Abstand zur Außenscheibe beziehungsweise zur Innenscheibe auf. Aber selbst wenn die photovoltaischen Bauteile in unterschiedlichen Ebenen beziehungsweise Lagen der Verbundscheibe angeordnet sein sollten, so ist doch die Vakuumisolierverglasung innenraumseitig sämtlicher photovoltaischer Bauteile angeordnet mit einem größeren Abstand zur Außenscheibe.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil über jeweils eine thermoplastische Lage mit der Außenscheibe und der Vakuumisolierverglasung verbunden. Bei Variante (i) ist die Vakuumisolierverglasung in einer bevorzugten Ausgestaltung über eine thermoplastische Lage mit der Innenscheibe verbunden.
Bei Variante (i) der Erfindung umfasst die Fahrzeugscheibe in der angegebenen Reihenfolge in einer bevorzugten Ausgestaltung:
- die Außenscheibe,
- eine erste thermoplastische Lage,
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil,
- eine zweite thermoplastische Lage,
- die Vakuumisolierverglasung,
- eine dritte thermoplastische Lage und
- die Innenscheibe.
In Variante (i) sind die Außenscheibe und die Innenscheibe über eine Zwischenschicht miteinander verbunden, wobei sowohl das mindestens eine photovoltaische Bauteil als auch die Vakuumisolierverglasung in die Zwischenschicht eingelagert sind. Anders ausgedrückt ist die Vakuumisolierverglasung über eine Zwischenschicht mit der Außenscheibe und über eine weitere Zwischenschicht mit der Innenscheibe verbunden.
Bei Variante (ii) der Erfindung umfasst die Fahrzeugscheibe in der angegebenen Reihenfolge in einer bevorzugten Ausgestaltung:
- die Außenscheibe,
- eine erste thermoplastische Lage,
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil,
- eine zweite thermoplastische Lage,
- die Vakuumisolierverglasung.
In Variante (ii) ist die Vakuumisolierverglasung ein exponiertes Element der Verbundscheibe, wobei die exponierte innere Scheibe der Vakuumisolierverglasung auch die Innenscheibe der Verbundscheibe bildet. Innenscheibe und innere Scheibe sind also identisch. Die Außenscheibe und die Vakuumisolierverglasung sind über eine Zwischenschicht miteinander verbunden, wobei das mindestens eine photovoltaische Bauteil in die Zwischenschicht eingelagert ist.
In einer Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe außerdem eine Aerogel-Lage. Die Aerogel-Lage kann auch als Aerogel-Schicht bezeichnet werden. Sie ist zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe in die Fahrzeugscheibe eingelagert und weist einen geringeren Abstand zur Innenscheibe auf als das mindestens eine photovoltaische Bauteil. Die Aerogel-Lage ist also (ebenso wie die Vakuumisolierverglasung) innenraumseitig zum mindestens einen photovoltaischen Bauteil angeordnet. Die Weiterbildung mit Aerogel-Lage ist sowohl bei Variante (i) als auch bei Variante (ii) anwendbar.
In einer ersten Ausgestaltung der Variante (i) mit Aerogel-Lage weist die Vakuumisolierverglasung einen geringeren Abstand zur Außenscheibe auf als die Aerogel- Lage. Die Verbundscheibe umfasst dabei in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt:
- die Außenscheibe,
- eine erste thermoplastische Lage,
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil,
- eine zweite thermoplastische Lage,
- die Vakuumisolierverglasung,
- eine dritte thermoplastische Lage,
- die Aerogel-Lage,
- eine vierte thermoplastische Lage und
- die Innenscheibe.
In Variante (i) ist die Vakuumisolierverglasung über eine erste Zwischenschicht mit der Außenscheibe und über eine weitere Zwischenschicht mit der Innenscheibe verbunden. In der besagten ersten Ausgestaltung ist die Aerogel-Lage in die zweite Zwischenschicht eingelagert, zwischen Vakuumisolierverglasung und Innenscheibe.
In einer zweiten Ausgestaltung der Variante (i) mit Aerogel-Lage weist die Vakuumisolierverglasung einen größeren Abstand zur Außenscheibe auf als die Aerogel- Lage. Die Verbundscheibe umfasst dabei in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt:
- die Außenscheibe, - eine erste thermoplastische Lage,
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil,
- eine zweite thermoplastische Lage,
- die Aerogel-Lage,
- eine dritte thermoplastische Lage,
- die Vakuumisolierverglasung,
- eine vierte thermoplastische Lage und
- die Innenscheibe.
In Analogie zu der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung ohne Aerogel-Lage kann die hier als „vierte thermoplastische Lage“ bezeichnete Lage auch als „dritte thermoplastische Lage“ bezeichnet werden und die hier als „dritte thermoplastische Lage“ bezeichnete Lage als „vierte thermoplastische Lage“ oder „weitere thermoplastische Lage“.
In Variante (i) ist die Vakuumisolierverglasung über eine erste Zwischenschicht mit der Außenscheibe und über eine weitere Zwischenschicht mit der Innenscheibe verbunden. In der besagten zweiten Ausgestaltung ist die Aerogel-Lage ebenso wie das mindestens eine photovoltaische Bauteil in die erste Zwischenschicht eingelagert, zwischen Vakuumisolierverglasung und Außenscheibe, wobei das mindestens eine photovoltaische Bauteil einen geringeren Abstand zur Außenscheibe aufweist als die Aerogel-Lage.
Bei Variante (ii) mit Aerogel-Lage umfasst die Verbundscheibe in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt:
- die Außenscheibe,
- eine erste thermoplastische Lage,
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil,
- eine zweite thermoplastische Lage,
- die Aerogel-Lage,
- eine dritte thermoplastische Lage,
- die Vakuumisolierverglasung.
Die Außenscheibe und die Vakuumisolierverglasung sind über eine Zwischenschicht miteinander verbunden, wobei das mindestens eine photovoltaische Bauteil und die Aerogel- Lage in die Zwischenschicht eingelagert sind, wobei das mindestens eine photovoltaische Bauteil einen geringeren Abstand zur Außenscheibe aufweist als die Aerogel-Lage. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Konfigurationen besteht die Verbundscheibe strukturell jeweils nur aus den angegebenen Elementen. Die Außenscheibe, die Innenscheibe, die thermoplastischen Lage und/oder die Scheiben der Vakuumisolierverglasung können darüber hinaus mit fachüblichen Beschichtungen oder Aufdrucken ausgestattet sein.
In allen Ausgestaltungen sind die Außenscheibe und die erste thermoplastische Lage bevorzugt klar und weisen keine Tönungen oder Färbungen auf, um das Sonnenlicht nicht abzuschwächen, bevor es auf das mindestens eine photovoltaische Bauteil trifft. Die zweite thermoplastische Lage, die Vakuumisolierverglasung, die dritte thermoplastische Lage, die Innenscheibe und, sofern vorhanden, die Aerogel-Lage und die vierte thermoplastische Lage können unabhängig voneinander klar oder getönt oder gefärbt sein.
Die thermoplastischen Lagen können alternativ auch als thermoplastische Schichten bezeichnet werden. Sie haben die Aufgabe, die Bestandteile der Verbundscheibe, zwischen denen sie angeordnet sind, adhäsiv miteinander zu verbinden.
Die thermoplastischen Lagen sind bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylen- Vinylacetat (EVA) oder Polyurethan (PU) ausgebildet oder aus Gemischen oder Copolymeren oder Derivaten davon, besonders bevorzugt auf Basis von PVB. Damit ist gemeint, dass die Lage größtenteils das besagte Polymer enthält (Anteil größer als 50 Gew.-%). Die Lage kann außer dem Polymer weitere Zusätze enthalten, beispielsweise Weichmacher, UV-Absorber oder Stabilisatoren. Jede thermoplastische Lage ist bevorzugt aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke jeder Folie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm. Beispielsweise können PVB-Folien mit den Standarddicken von 0,38 mm oder 0,76 mm verwendet werden.
Statt thermoplastischer Lagen können prinzipiell auch andersartige Verbindungsschichten eingesetzt werden, beispielsweise Gießharzschichten oder Klebstoffschichten, insbesondere Schichten optisch klarer Klebstoffe (optically clear adhesives, OCA).
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt Glasscheiben, besonders bevorzugt gefertigt aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Eine oder beide der Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe betragen unabhängig voneinander bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können optional unabhängig voneinander thermisch oder chemisch vorgespannt, teilvorgespannt oder nicht vorgespannt sein. Bei der Variante (ii) - wenn also die Innenscheibe der Verbundscheibe und die innere Scheibe der Vakuumisolierverglasung identisch sind - ist es vorteilhaft, wenn die Innenscheibe vorgespannt ist, bevorzugt thermisch vorgespannt. Da die Innenscheibe nur lokal beziehungsweise punktuell über Abstandsmittel mit der benachbarten Schicht (der äußeren Scheibe der Vakuumisolierverglasung) verbunden ist, kann durch die Vorspannung die mechanische Stabilität erhöht werden und der Gefahr von Glasbruch und der Erzeugung gefährlicher Glasscherben verringert werden.
Die Fahrzeugscheibe ist erfindungsgemäß mit einer Vakuumisolierverglasung ausgestattet. Die Vakuumisolierverglasung umfasst eine äußere Scheibe und eine innere Scheibe, welche über Abstandsmittel voneinander beabstandet sind, so dass ein Zwischenraum zwischen der äußeren Scheibe und der inneren Scheibe ausgebildet wird.
In Variante (i) weisen die äußere Scheibe und die innere Scheibe eine Dicke von beispielsweise 0,3 mm bis 5 mm auf, bevorzugt von 0,3 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 2 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 1 ,5 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1 mm. Die äußere und die innere Scheibe sind bevorzugt dünner ausgebildet als die Außenscheibe und die Innenscheibe.
In Variante (ii) weist die äußere Scheibe eine Dicke von beispielsweise 0,3 mm bis 5 mm auf, bevorzugt von 0,3 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 2 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 1 ,5 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1 mm. Die innere Scheibe ist identisch mit der Innenscheibe der Verbundscheibe und es gelten die vorstehend für die Innenscheibe angegebenen bevorzugten Dicken.
Die äußere Scheibe und die innere Scheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt. Es kann ebenfalls Kalk-Natron-Glas eingesetzt werden. Insbesondere sehr dünne äußere und innere Scheiben (beispielsweise mit Dicken von 0,5 mm bis 1 mm) können auch aus Aluminosilikatglas ausgebildet sein, welches bevorzugt chemisch vorgespannt ist. Die äußere und innere Scheibe sind bevorzugt transparent, so dass die Vakuumisolierverglasung insgesamt transparent ist und eine Durchsicht erlaubt. Grundsätzlich sind aber auch transluzente Vakuumisolierverglasungen (beispielsweise durch Verwendung einer trüben äußeren und/oder inneren Scheibe) oder opake Vakuumisolierverglasungen (beispielsweise durch Verwendung einer opak getönten äußeren und/oder inneren Scheibe) realisier- und einsetzbar.
Der Zwischenraum zwischen der äußeren und der inneren Scheibe weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm auf, besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 0,5 mm. Damit wird eine gute thermische Isolierung erreicht, ohne dass die Dicke der Verbundscheibe zu stark erhöht werden müsste. Die Dicke des Zwischenraums entspricht dem Abstand der einander zugewandten Oberflächen der äußeren und der inneren Scheibe.
Der Zwischenraum ist erfindungsgemäß evakuiert, wodurch sich aus der äußeren Scheibe und der davon beabstandeten inneren Scheibe eine Vakuumisolierverglasung ergibt. Damit ist gemeint, dass im Zwischenraum ein Unterdrück herrscht, also ein Druck, welcher geringer ist als der Umgebungsdruck. Der Druck im Zwischenraum beträgt bevorzugt höchstens 100 mbar, besonders bevorzugt höchstens 10 mbar. Der Druck kann beispielsweise von 0,01 mbar bis 100 mbar betragen, bevorzugt von 0,1 mbar bis 10 mbar.
Die Vakuumisolierverglasung weist Abstandsmittel auf, welche dafür sorgen, dass sich die äußere und die innere Scheibe trotz des zwischen ihnen herrschenden Unterdrucks nicht verformen. Der Abstand zwischen der äußeren und der inneren Scheibe wird durch die Abstandsmittel bevorzugt konstant gehalten, so dass die äußere und die innere Scheibe parallel zueinander angeordnet sind.
Die Abstandsmittel umfassen bevorzugt eine Mehrzahl von Abstandshalter-Säulen. Die Abstandshalter-Säulen sind (bevorzugt gleichmäßig) über die Fläche der äußeren und der inneren Scheibe verteilt. Die Anzahl der Abstandshalter-Säulen und ihr Abstand zueinander richtet sich nach der Dicke der Scheiben sowie dem im Zwischenraum herrschenden Unterdrück. Je dünner die Scheiben sind (und je geringer der Druck im Zwischenraum), desto eher neigen sie zur Verformung, was eine größere Anzahl von Abstandshalter-Säulen notwendig macht. Die Abstandshalter-Säulen sind bevorzugt transparent, um die Durchsicht durch die Verbundscheibe nicht wesentlich zu beeinträchtigen. Sie bestehen bevorzugt aus Glas oder Kunststoff.
Die Abstandsmittel umfassen besonders bevorzugt außerdem einen umlaufenden Abstandshalter in einem Randbereich zwischen der äußeren Scheibe und der inneren Scheibe. Der umlaufende Abstandshalter verläuft umlaufend in einem Randbereich zwischen der äußeren und der inneren Scheibe. Der evakuierte Zwischenraum wird begrenzt durch die äußere Scheibe, die innere Scheibe und den umlaufenden Abstandshalter. Der Abstandshalter ist beispielsweise als Glas, Kunststoff, Metall oder einer Metalllegierung gefertigt.
Um das Vakuum (genauer gesagt den Unterdrück) im Zwischenraum aufrecht zu erhalten, weist die Vakuumisolierverglasung bevorzugt eine gasdichte Randversiegelung auf. Der umlaufende Abstandshalter (falls vorhanden) kann selbst als Randversiegelung wirken oder die Vakuumisolierverglasung kann mit einer zusätzlichen Randversiegelung ausgestattet sein, beispielsweise aus Glas, einem Metall oder einer Metalllegierung (beispielsweise rostfreiem Stahl, Silber oder Kupfer) oder einem gasdichten Kunststoff.
Die Außenscheibe weist (mindestens) einen transparenten Bereich auf, der im Sinne der Erfindung als Durchsichtsbereich bezeichnet wird. Im transparenten Durchsichtsbereich kann Sonnenlicht durch die Außenscheibe hindurchtreten und das mindestens eine photovoltaische Bauteil anregen. Der transparente Durchsichtsbereich der Außenscheibe definiert daher einen aktiven Bereich der Verbundscheibe. Damit ist gemeint, dass in Draufsicht auf die Verbundscheibe der transparente Bereich der Außenscheibe und der aktive Bereich deckungsgleich sind. Das mindestens eine photovoltaische Bauteil ist (zumindest teilweise, insbesondere größtenteils oder sogar vollständig) im Durchsichtsbereich angeordnet.
Die Außenscheibe kann insgesamt transparent ausgebildet sein, so dass der Durchsichtsbereich die gesamte Außenscheibe umfasst. Dann bildet die gesamte Verbundscheibe den aktiven Bereich. Die Außenscheibe kann aber auch einen opaken Maskierungsbereich aufweisen, durch den kein Sonnenlicht treten kann und der einen Maskierungsbereich der Verbundscheibe definiert. Der aktive Bereich entspricht dann der Verbundscheibe abzüglich des Maskierungsbereichs. Solche Maskierungsbereiche sind bei Fahrzeugscheiben üblich. Sie werden typischerweise durch einen opaken Abdeckdruck auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe ausgebildet. Dabei wird eine Emaille- Druckpaste, welche Glasfritten und ein Pigment, insbesondere Schwarzpigment, enthält, beispielsweise im Siebdruckverfahren auf die Oberfläche aufgedruckt und anschließend eingebrannt. Der Maskierungsbereich umfasst typischerweise einen umlaufenden Randbereich der Außenscheibe, der einen zentralen Durchsichtsbereich rahmenartig umgibt. Der Maskierungsbereich kann aber auch weitere Bereiche umfassen, welche beispielsweise als eine Art von Querverstrebungen des rahmenartigen Randbereichs ausgebildet sind.
Ein Maskierungsbereich kann alternativ auch dadurch ausgebildet sein, dass eine zwischen dem mindestens einen photovoltaischen Bauteil und der Außenscheibe befindliche thermoplastische Lage opak ausgebildet ist oder eine opake Folie oder Platte zwischen dem mindestens einen photovoltaischen Bauteil und der Außenscheibe in der Fahrzeugscheibe eingelagert ist. Auch dann kann im Maskierungsbereich kein Sonnenlicht auf das photovoltaische Bauteil treffen. In diesem Falle wird der aktive Bereich der Verbundscheibe ebenfalls verkleinert, obwohl die Außenscheibe insgesamt transparent ausgebildet ist. Das vorstehend Ausgeführte gilt entsprechend.
Das mindestens eine photovoltaische Bauteil kann sich vom aktiven Bereich in den Maskierungsbereich hinein erstrecken. Die dort angeordneten Bereiche tragen dann zwar nicht zur Stromgewinnung bei, es kann aber aus ästhetischen Gründen gewünscht sein.
Die erfindungsgemäße Vakuumisolierverglasung und die Aerogel-Lage, falls eine solche vorhanden ist, deckt beziehungsweise decken bevorzugt zumindest den aktiven Bereich der Verbundscheibe vollständig ab. Sie kann beziehungsweise können die gesamte Verbundscheibe abdecken und sich bis zu ihren Seitenkanten erstrecken. Weist die Verbundscheibe aber einen Maskierungsbereich auf, in dem keine photovoltaischen Bauteile vorhanden sind, so muss dort keine Vakuumisolierverglasung oder Aerogel-Lage vorgesehen sein. Es ist beispielsweise möglich, dass die Vakuumisolierverglasung und, sofern vorhanden, die Aerogel-Lage jeweils in einem Ausschnitt einer thermoplastischen Lage angeordnet ist, von der sie rahmenartig umgeben wird, wobei die rahmenartige thermoplastische Lage bevorzugt in einem umlaufenden peripheren Maskierungsbereich angeordnet ist.
Es können opake oder transparente photovoltaische Bauteile verwendet werden. Opake photovoltaische Bauteile können dadurch realisiert werden, dass das photovoltaisch aktive Material (Absorberschicht) im sichtbaren Spektralbereich absorbiert und/oder dass eine opake Rückelektrode eingesetzt wird. Transparente photovoltaische Bauteile können dadurch realisiert werden, dass das photovoltaisch aktive Material vollständig oder zumindest größtenteils im infraroten Spektral be re ich absorbiert (und zumindest in einem Großteil des sichtbaren Spektralbereichs nicht absorbiert) und dass transparente Elektroden eingesetzt werden.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil opak und deckt den aktiven Bereich vollständig ab. Die Verbundscheibe ist dann insgesamt opak. Dies kann realisiert werden, indem ein einzelnes photovoltaisches Bauteil eingesetzt wird, welche den aktiven Bereich vollständig abdeckt. Alternativ kann dies dadurch realisiert werden, dass eine Mehrzahl photovoltaischer Bauteile eingesetzt werden, wobei benachbarte photovoltaische Bauteile bündig aneinander gesetzt sind ober überlappend angeordnet sind. Die Vakuumisolierverglasung ist bevorzugt transparent, kann in diesem Fall grundsätzlich aber auch transluzent oder opak sein. Sofern eine Aerogel-Lage vorhanden ist, so kann sie in diesem Fall transparent, transluzent oder opak sein.
In einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil opak und deckt nur einen Teil des aktiven Bereichs ab. Bevorzugt ist dabei eine Mehrzahl photovoltaischer Bauteile im aktiven Bereich vorhanden. Es kann eine Mehrzahl voneinander beabstandeter, opaker photovoltaischer Bauteile im aktiven Bereich vorhanden sein. Alternativ können mehrere Gruppen photovoltaischer Bauteile vorhanden sein, wobei die Bauteile jeder Gruppe bündig aneinander gesetzt sind oder einander überlappen, so dass jede Gruppe eine geschlossene Fläche abdeckt, und die Gruppen voneinander beabstandet sind. In jedem Fall ist nur ein Teil des aktiven Bereichs mit photovoltaischen Bauteilen belegt beziehungsweise abgedeckt, während ein anderer Teil des aktiven Bereichs nicht mit photovoltaischen Bauteilen belegt ist. Anders ausgedrückt ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil (beziehungsweise die Mehrzahl photovoltaischer Bauteile) opak und deckt den aktiven Bereich nur teilweise ab. Die Verbundscheibe ist dann teil-opak und teil-transparent, womit gemeint ist, dass sie opake und transparente Bereich aufweist. Die Größe der photovoltaischen Bauteile und die Abstände können im Anwendungsfall frei gewählt werden, um den Bedeckungsgrad des aktiven Bereichs mit photovoltaischen Bauteilen wie gewünscht einzustellen. Die Vakuumisolierverglasung ist bevorzugt transparent, kann in diesem Fall grundsätzlich aber auch transluzent sein. Sofern eine Aerogel-Lage vorhanden ist, so ist sie in diesem Fall bevorzugt transparent oder transluzent, damit Licht durch die nicht mit photovoltaischen Bauteilen versehenen Bereiche hindurchtreten kann. Bei einer transluzenten Aerogel-Lage (oder Vakuumisolierverglasung) sind die vorgenannten transparenten Bereiche natürlich streng genommen nicht transparent, sondern transluzent
In einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe ist das mindestens eine photovoltaische Bauteil transparent. Es deckt den aktiven Bereich bevorzugt vollständig ab, um eine optimale Energieausbeute zu gewährleisten. Dies kann wiederum realisiert werden, indem ein einzelnes photovoltaisches Bauteil eingesetzt wird, welches den aktiven Bereich vollständig abdeckt, oder dass eine Mehrzahl bündig aneinander gesetzter oder überlappender photovoltaischer Bauteile eingesetzt wird. Alternativ ist es aber grundsätzlich auch möglich, dass eine Mehrzahl voneinander beabstandeter photovoltaischer Bauteile (oder eine Mehrzahl voneinander beanstandeter Gruppen von photovoltaischen Bauteilen) im aktiven Bereich vorhanden ist. Die Vakuumisolierverglasung ist bevorzugt transparent, kann in diesem Fall grundsätzlich aber auch transluzent sein. Sofern eine Aerogel-Lage vorhanden ist, so ist sie in diesem Fall bevorzugt transparent oder transluzent, damit Licht durch den aktiven Bereich der Verbundscheibe hindurchtreten kann. Der aktive Bereich ist dann insgesamt transparent beziehungsweise transluzent.
Unter einer opaken Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage wird eine solche Vakuumisolierverglasung oder Aerogel-Lage verstanden, durch die keine Durchsicht möglich ist. Eine opake Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage weist bevorzugt eine Lichttransmission von weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 2%, insbesondere 0% auf. Unter einer transparenten Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage wird eine solche Lage verstanden, durch die eine Durchsicht möglich ist, so dass der Betrachter dahinter befindliche Objekte erkennen kann. Die Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage kann aber durchaus getönt sein, um die Lichttransmission zu verringern. Eine transparente Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage weist bevorzugt eine Lichttransmission von mehr als 10%, besonders bevorzugt mehr als 50%, insbesondere mehr als 70% auf. Unter einer transluzenten Vakuumisolierverglasung beziehungsweise Aerogel-Lage wird eine solche Lage verstanden, durch die zwar Licht hindurchtritt, welches dabei aber stark gestreut wird, so dass der Betrachter dahinter befindliche Objekte nicht klar (höchstens schemenhaft) erkennen kann. Das mindestens eine photovoltaische Bauteil ist geeignet, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Dazu weist das photovoltaische Bauteil eine photovoltaisch aktive Absorberschicht auf zwischen einer Frontelektrode und einer Rückelektrode (streng genommen weist jede photovoltaische Zelle eine eigene, separate Absorberschicht und eigene, separate Elektroden auf, wenn das Bauteil als Solarmodul mehrere verschaltete photovoltaische Zellen umfasst). Die Frontelektrode ist dabei der Außenscheibe der Verbundscheibe zugewandt, die Rückelektrode der Innenscheibe. Die Elektroden sind insbesondere Flächenelektroden, welche die gesamte Absorberschicht abdecken. Wird Sonnenlicht absorbiert, so werden in der Absorberschicht freie Ladungsträger erzeugt (photovoltaischer Effekt als Sonderfall des inneren photoelektrischen Effekts), welche über die Elektroden zur Gewinnung elektrischer Energie beziehungsweise eines elektrischen Stroms abgeführt werden. Die Absorberschicht enthält häufig Dotierungen, um den Transport der Ladungsträger zu den Elektroden zu optimieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können im Prinzip sämtliche Arten von photovoltaischen Bauteilen beziehungsweise Zellen verwendet werden. Es liegen keine Einschränkungen auf bestimmte photovoltaische Zellen vor. Insbesondere:
- können Dünnschichtzellen oder Dickschichtzellen verwendet werden; bei einer Dünnschichtzelle liegt die Absorberschicht als dünne Schicht mit einer Dicke von beispielsweise 0,5 pm bis 3 pm; bei Dickschichtzellen weist die Absorberschicht eine größere Dicke auf (beispielsweise 20 pm bis 500 pm);
- kann jedes beliebige photovoltaisch aktive Material für die Absorberschicht verwendet werden, beispielsweise anorganische Halbleiter (wie Silizium, Cadmiumtellurid, Galliumarsenid, Indiumgalliumarsenid, Indiumgalliumphosphid, CI(G)S- Chalkopyrithalbleiter oder auch Kombinationen davon) oder organische konjugierte Polymer, organische konjugierte Oligomere oder organische Farbstoffe;
- kann die Kristallstruktur der Absorberschicht mono kristallin, polykristallin oder amorph sein.
Dickschichtzellen können beispielsweise eine Absorberschicht auf Basis von monokristallinem oder polykristallinem Silizium aufweisen. Dünnschichtzellen können beispielsweise eine Absorberschicht auf Basis von amorphem oder polykristallinem (insbesondere mikrokristallinem) Silizium, auf Basis von Galliumarsenid, auf Basis von Cadmiumtellurid oder auf Basis von organischen konjugierten Polymeren aufweisen. Dünnschichtzellen können auch einen Chalkopyrithalbleiter wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-lndium-Schwefel/Selen (CIS; beispielsweise CulnSe2) oder eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel/Selen (CIGS; beispielsweise Cu(lnGa)(SSe)2) aufweisen.
Dünnschichtzellen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, weil sie typischerweise flexibel sind und sich somit an eine gebogene Form der Verbundscheibe anpassen können, wie sie bei Fahrzeugscheiben üblich ist.
Die Frontelektrode und die Rückelektrode können beispielsweise als dünne leitende oder halbleitende Schichten ausgebildet sein mit Dicken von bevorzugt von 50 nm bis 2 pm. Die Schichten können dabei beispielsweise Metalle wie Silber, Gold, Kupfer, Molybdän, Titan, Wolfram, Nickel, Titan, Chrom, Tantal, Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder transparente leitfähige Oxide wie 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. Zumindest die Frontelektrode ist transparent, damit das Sonnenlicht in die Absorberschicht eindringen kann. Die Elektroden können als einzelne Schichten oder als Stapel mehrerer Schichten ausgebildet sein.
Das photovoltaische Bauteil kann außer der Absorberschicht und den Elektroden 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.
Es können auch folienartige photovoltaische Bauteile verwendet werden. Bei einem folienartigen photovoltaischen Bauteil sind die Elektroden und die Absorberschicht auf eine Trägerfolie unabhängig voneinander aufgedruckt, nasschemisch aufgebracht oder aus der Gasphase abgeschieden. Sie umfassen typischerweise photovoltaische Dünnschichtzellen. Folienartige photovoltaische Bauteile können auf Rollen bereitgestellt werden und sehr einfach verarbeitet und in die Verbundscheibe integriert werden, was sie besonders vorteilhaft macht. Außerdem sind sie flexibel und passen sich leicht an eine gebogene Form der Verbundscheibe an. Die Trägerfolie kann beispielsweise aus oder auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen, Polyvinylchlorid, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid oder Ethylen-Tetrafluorethylen ausgebildet sein. Die Dicke der Trägerfolie beträgt beispielsweise von 10 pm bis 300 pm. Das mindestens eine photovoltaische Bauteil kann optional von einer weiteren thermoplastischen Lage umgeben sein, welche im Sinne der Erfindung auch als Kapsellage bezeichnet wird. Die Kapsellage ist insbesondere rahmenartig ausgebildet und in einem umlaufenden Randbereich der Verbundscheibe angeordnet, wobei das mindestens eine photovoltaische Bauteil gleichsam in die rahmenartige Kapselschicht eingesetzt ist. Die Kapsellage weist mindestens eine Aussparung auf, in welche das mindestens eine photovoltaische Bauteil eingesetzt ist. Die Kapsellage kann durch eine thermoplastische Folie (oder mehrere übereinander gestapelte thermoplastische Folien) gebildet werden, in welche die Aussparung durch Ausschneiden eingebracht worden ist. Alternativ kann die Kapsellage auch aus mehreren Folienabschnitten um das mindestens eine photovoltaische Bauteil zusammengesetzt sein. Die Kapsellage weist bevorzugt etwa die gleiche Dicke auf wie das mindestens eine photovoltaische Bauteil. Dadurch wird der lokale Dickenunterschied, der durch das örtlich begrenzte mindestens eine photovoltaische Bauteil eingebracht wird, kompensiert, so dass Lufteinschlüsse vermieden werden, Glasbruch beim Laminieren vermieden werden kann und ein verbessertes optisches Erscheinungsbild entsteht. Sind mehrere photovoltaische Bauteile vorhanden, welche den aktiven Bereich der Verbundscheibe nur teilweise abdecken, so ist die Kapsellage bevorzugt auch in den nicht mit photovoltaischen Bauteilen versehenen Bereichen angeordnet.
Die von der Außenscheibe abgewandte, innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe ist bevorzugt mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung versehen. Emissivitätsmindernde Beschichtungen sind auch als Wärmestrahlung reflektierende Beschichtungen, Beschichtungen niedriger Emissivität oder LowE-Beschichtungen (low emissivity) bekannt. Mit Emissivität wird das Maß bezeichnet, welches angibt, wie viel Wärmestrahlung die Scheibe in Einbaulage im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem schwarzen Körper) in einen Innenraum abgibt. Emissivitätsmindernde Beschichtungen haben die Funktion, die Einstrahlung von Wärme in den Innenraum zu vermeiden (IR-Anteile der Sonnenstrahlung und insbesondere die thermische Strahlung der Scheibe selbst) und ebenso die Abstrahlung von Wärme aus dem Innenraum heraus. Sie weisen reflektierende Eigenschaften gegenüber infraroter Strahlung auf, insbesondere gegenüber Wärmestrahlung im Spektral be re ich von 5 pm - 50 pm (vgl. auch Norm DIN EN 12898:2019-06). Dadurch wird der thermische Komfort im Innenraum wirkungsvoll verbessert. Die emissivitätsmindernden Beschichtungen können bei hohen Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung die von der gesamten Scheibe in Richtung des Innenraums abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest teilweise reflektieren. Bei niedrigen Außentemperaturen können sie die aus dem Innenraum abgestrahlte Wärmestrahlung reflektieren und somit die Wirkung der kalten Scheibe als Wärmesenke verringern. Durch die emissivitätsmindernde Beschichtung wird der thermische Komfort im Innenraum weiter erhöht.
Die emissivitätsmindernde Beschichtung ist typischerweise ein transparenter Stapel von Dünnschichten. Die emissivitätsmindernde Beschichtung weist mindestens eine, bevorzugt genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf, welche die IR-reflektierenden Eigenschaften bereitstellt. Die leitfähige Schicht ist bevorzugt auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids (TCO, transparent conductive oxide) ausgebildet, insbesondere Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide), alternativ Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Gallium-dotiertes Zinnoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnO2:F), Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb) oder Niob-dotiertes Titanoxid (TiÜ2:Nb). Im Gegensatz zu Metallen sind TCOs nicht korrosionsanfällig, so dass sie auf der exponierten innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe eingesetzt werden können. Außer der leitfähigen Schicht weist die Beschichtung typischerweise dielektrische Schichten auf (beispielsweise auf Basis von Siliziumoxid oder -nitrid), die insbesondere der Optimierung der optischen Eigenschaften (beispielsweise Lichttransmission) dienen oder als Barriereschichten zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion bei der Abscheidung der Beschichtung dienen.
Wie bereits beschrieben weisen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe eine Aerogel-Lage auf. Die Dicke der Aerogel-Lage kann den Erfordernissen des konkreten Anwendungsfalls entsprechend gewählt werden. Dabei spielen insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Aerogels (welche wiederum vom Material, Dichte und Porosität abhängig ist), die Wärmeaufnahme des mindestens einen photovoltaischen Bauteils (welche wiederum von Art des Bauteils und der Flächenabdeckung abhängig ist), der erwünschte Wärmeeintrag (also der gewünschte TTS-Wert, die insgesamt eingestrahlte Sonnenenergie) sowie die thermische Isolierungswirkung der Vakuumisolierverglasung eine Rolle. Bevorzugt weist die Aerogel-Lage eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm auf, besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 8 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 6 mm oder von 0,5 mm bis 5 mm. Damit werden bei typischen Anwendungen gute Ergebnisse erzielt. Ganz besonders bevorzugt weist die Aerogel-Lage eine Dicke von 1 mm bis 4 mm auf. Bei typischen Anwendungen wird bereits mit einer solch geringen Dicke der Aerogel-Lage eine gute thermische Isolierung erreicht, weil durch die Vakuumisolierverglasung die thermische Isolierung weiter verbessert wird. Dadurch können Verbundscheiben mit vorteilhaft dünnen Aerogel-Lagen realisiert werden.
Anders als der Name zunächst vermuten lässt sind Aerogele keine Gele, sondern hochporöse Festkörper. Der Name rührt daher, dass Aerogele typischerweise aus Gelen hergestellt werden, wobei die flüssige Komponente des Gels durch ein Gas ersetzt wird, ohne dass die Gelstruktur kollabiert, beispielsweise durch superkritische Trocknung oder Gefriertrocknung. Aerogele bestehen strukturell aus einer Verästelung von Partikelketten (dendritische Struktur) mit sehr vielen Zwischenräumen (Poren), insbesondere in Form offener Poren. Die Partikelketten weisen Kontaktstellen zueinander auf, so dass das Aerogel als stabiles, schwammartiges Netz aufgefasst werden kann. Die Partikelketten selbst ergeben sich häufig durch die Fusion von beispielsweise sphärischen Partikeln. Ein sehr hoher Volumenanteil der Aerogele besteht aus Poren, insbesondere offenen Poren. Daher weisen Aerogele eine sehr geringe Dichte auf. Die erfindungsgemäße Aerogel-Lage hat daher ein geringes Gewicht, so dass das Gewicht der Verbundscheibe selbst durch vergleichsweise dicke Aerogel-Lagen nicht wesentlich erhöht wird. Aerogele können darüber hinaus eine hohe optische Transparenz aufweisen, was für Anwendungen in Verglasungen besonders vorteilhaft sein kann. Aerogele können beispielsweise durch Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden.
Es können Einlagerungen in den Poren vorhanden, beispielsweise um die mechanischen, thermischen oder optischen Eigenschaften der Aerogel-Lage zu beeinflussen. Die Poren sind typischerweise luftgefüllt, abgesehen von etwaigen Einlagerungen. Die erfindungsgemäße Aerogel-Lage kann auch als Lage oder Schicht aus einem Aerogel oder auf Basis eines Aerogels bezeichnet werden.
Unter der Porosität wird im Sinne der Erfindung der Anteil des Volumens der Poren am Gesamtvolumen des Aerogels bezeichnet. Die erfindungsgemäße Aerogel-Lage ist bevorzugt aus einem Aerogel beziehungsweise auf Basis eines Aerogels ausgebildet, welches eine Porosität von 50% bis 99,98% aufweist, besonders bevorzugt von 80% bis 99%, ganz besonders bevorzugt von 85% bis 98%. Die Porosität kann durch Gassorptionsmessung bestimmt werden, insbesondere mit Kohlendioxid (CO2) als Messgas bei einer Temperatur von 273 K.
Die Porengröße des Aerogels beträgt bevorzugt von 1 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 40 nm. Damit ist insbesondere der Durchmesser der typischerweise näherungsweise kugelförmigen Poren gemeint. Auch die Porengröße kann mit der besagten Gassorptionsmessung bestimmt werden.
Die Dichte des Aerogels beträgt bevorzugt von 0,16 mg/cm3 bis 500 mg/cm3, besonders bevorzugt von 10 mg/cm3 bis 300 mg/cm3. Damit ist die Rohdichte gemeint basierend auf dem Volumen einschließlich der Porenräume, wobei die Luft in den Poren nicht in die Masse eingerechnet wird.
Die Partikel, welches das Netzwerk an Partikelketten aufbauen, weisen typischerweise eine Größe von 1 nm bis 10 nm auf.
Aerogele können aus verschiedenen Materialien gebildet werden (Material der Partikelketten). Das Aerogel der erfindungsgemäßen Aerogel-Lage ist bevorzugt aus Silikat, aus einem Polymer, aus Kohlenstoff, aus Cellulose oder aus einem Metalloxid ausgebildet. Grundsätzlich sind sämtliche Polymere und Metalloxide geeignet. Beispiele sind Polyimid für ein Polymer und Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid (alle transparent und weiß oder bläulich), Eisenoxid (opak, rot oder gelb), Chromoxid (opak, grün oder blau) und Vanadiumoxid (opak, olivgrün) für Metalloxide. Silikat-Aerosole besitzen streng genommen nicht die chemische Zusammensetzung eines Silikats, sondern etwa SiO(OH)y(OR)z, wobei R ein organischer Rest ist und die Parameter y und z vom Herstellungsprozess abhängig sind. Sie werden dennoch allgemein derart bezeichnet und der Ausdruck Silikat auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend benutzt. Im Englischen ist auch die Bezeichnung „silica aerogel“ gebräuchlich (also SiO2-Aerogel). Für die erfindungsgemäße Aerogel-Lage sind Silikat-Aerogele, Polymer-Aerogele und Cellulose-Aerogele besonders bevorzugt, insbesondere Silikat-Aerogele und Polymer-Aerogele. Diese Aerogele sind gut erforscht und bereits in großer Zahl kommerziell erhältlich.
Die erfindungsgemäße Aerogel-Lage kann strukturell unterschiedlich ausgebildet sein und in die Verbundscheibe integriert werden, insbesondere
- als sogenanntes Blanket („Decke“) oder Matte; darunter wird ein Verbundwerkstoff verstanden aus einem Aerogel (insbesondere Silikat-Aerogel) und einem Werkstoff, welcher die mechanischen Eigenschaften beeinflusst; der besagte Werkstoff ist insbesondere ein Faser-Werkstoff (beispielsweise Glasfasern); Blankets sind flexibel und können beispielsweise auf Rollen bereitgestellt werden; eine solche Matte kann beispielsweise aus einem Aerogel-Filz (insbesondere Silikat- Aerogel-Filz) ausgebildet sein;
- als Folie; Folien sind flexibel und können ebenfalls beispielsweise auf Rollen bereitgestellt werden; sie können beispielsweise aus einem oder auf Basis eines Polymer-Aerogels ausgebildet sein, welches optional Einlagerungen aufweisen kann; eine Aerogel-Folie kann eine Trägerfolie (beispielsweise aus PET oder Polyimid) umfassen, auf der eine Aerogel- Schicht angeordnet ist;
- als starre Schicht (“Platte“);
- in Form von Granulat (mit Partikelgrößen beispielsweise im Millimeter-Bereich) oder Pulver (mit Partikelgrößen beispielsweise im Mikrometer-Bereich).
Da die Aerogel-Lage akustisch dämpfende Eigenschaften aufweist, kann auch die Verwendung sogenannter akustischer thermoplastischer Folien verzichtet werden. Stattdessen werden bevorzugt einlagige Folien verwendet, wenn die Fahrzeugscheibe mit einer Aerogel-Lage ausgestattet ist, was deutlich kostengünstiger ist.
Die Fahrzeugscheibe kann plan sein oder auch zylindrisch oder sphärisch gebogen. Insbesondere bei Fahrzeugscheiben für Personenkraftwagen sind sphärisch gebogene Verbundscheiben üblich.
Alle außenseitig des mindestens einen photovoltaischen Bauteils angeordneten Lagen sind bevorzugt klar, ohne Tönungen und Färbungen, so dass das Sonnenlicht möglichst ungehindert auf das photovoltaische Bauteil treffen kann. Sie weisen bevorzugt eine Lichttransmission von mindestens 70% auf, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%. Dies gilt insbesondere für die Außenscheibe und die erste thermoplastische Lage, über welche das mindestens eine photovoltaischen Bauteil mit der Außenscheibe verbunden ist. Die Außenscheibe ist bevorzugt aus Klarglas gefertigt und weist eine Lichttransmission von mindestens 90% im sichtbaren Spektral be re ich auf. Auch die Frontelektrode ist bevorzugt transparent mit einer Lichttransmission von mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%. Die erste thermoplastische Lage ist bevorzugt aus einer klaren Folie ausgebildet. Die weiteren thermoplastischen Lagen, die Innenscheibe und die Scheiben der Vakuumisolierverglasung können unabhängig voneinander klar, getönt oder gefärbt sein. Die Verbundscheibe kann grundsätzlich auch mehrere Vakuumisolierverglasungen oder mehrere Aerogel-Lagen aufweisen, wobei bevorzugt sämtliche Vakuumisolierverglasungen und (sofern vorhanden) sämtliche Aerogel-Lagen innenraumseitig des mindestens einen photovoltaischen Bauteils angeordnet sind mit einem größeren Abstand zur Außenscheibe. Bevorzugt ist jedoch eine einzelne Vakuumisolierverglasung und optional eine einzelne Aerogel-Lage aufgrund eines einfacheren Aufbaus und einer einfacheren Herstellung der Verbundscheibe.
Die Fahrzeugscheibe kann hergestellt werden, indem die einzelnen Lagen in der vorgesehenen Reihenfolge zu einem Schichtstapel gestapelt werden und anschließend miteinander laminiert werden. Hierzu können an sich bekannte Verfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Vor dem oder beim Stapeln der Schichten wird das mindestens eine photovoltaische Bauteil mit den erforderlichen elektrischen Anschlüssen versehen, wobei sich elektrische Leiter über die Seitenkante des Schichtstapels hinaus erstrecken, mittels derer das mindestens eine photovoltaische Bauteil später elektrisch kontaktiert werden kann, beispielsweise zum Anschluss an ein elektrisches System, eine Batterie oder einen oder mehrere einzelne elektrische Verbraucher. Ist eine Mehrzahl von photovoltaischen Bauteilen vorhanden, so werden diese (zumindest gruppenweise) elektrisch miteinander verbunden und dadurch verschaltet, so dass alle photovoltaischen Bauteile (oder jede Gruppe von photovoltaischen Bauteilen) durch gemeinsame elektrische Leiter extern elektrisch kontaktiert werden können.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe als Fensterscheibe von Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser. Die Fahrzeugscheibe kann beispielsweise als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe verwendet werden. Die Fahrzeugscheibe wird besonders bevorzugt als Fahrzeug-Dachscheibe verwendet, insbesondere als Dachscheibe eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens. 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 Fahrzeugscheibe,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang X-X‘ durch die Fahrzeugscheibe aus Figur 1 ,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang X-X‘ durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang X-X‘ durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe,
Fig. 5 einen Querschnitt entlang X-X‘ durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang X-X‘ durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe,
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe,
Fig. 8 einen Querschnitt durch die Fahrzeugscheibe aus Figur 7,
Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe und
Fig. 10 einen Querschnitt durch die Fahrzeugscheibe aus Figur 9.
Figur 1 und Figur 2 zeigen je ein Detail einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist eine Fahrzeug-Dachscheibe. Die Fahrzeugscheibe besteht aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2, die flächig über eine Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen aus Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 1 weist eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 2 eine Dicke von 1 ,6 mm. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt.
Die Außenscheibe 1 weist einen opaken Maskierungsbereich M auf, der umlaufend im Randbereich angeordnet ist und einen zentralen transparenten Durchsichtsbereich D rahmenartig umgibt. Im Maskierungsbereich M ist ein schwarzer Abdeckdruck 8 auf der innenraumseitigen, zur Innenscheibe 2 hingewandten Oberfläche der Außenscheibe 1 aufgebracht. Der Durchsichtsbereich D definiert einen aktiven Bereich A der Fahrzeugscheibe, in dem elektrische Energie durch Photovoltaik gewonnen werden kann. Dazu ist ein photovoltaisches Bauteil 4 in die Zwischenschicht eingelagert. Das photovoltaische Bauteil 4 ist opak, deckt den aktiven Bereich A vollständig ab und erstreckt sich von da aus bis in den Maskierungsbereich M hinein. Die Fahrzeugscheibe ist insgesamt also vollständig opak.
Die Zwischenschicht weist einen mehrlagigen Aufbau auf. Sie umfasst in der folgenden Reihenfolge ausgehend von der Außenscheibe 1 :
- eine erste thermoplastische Lage 3a,
- eine Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4,
- eine zweite thermoplastische Lage 3b,
- eine Vakuumisolierverglasung 5 und
- eine dritte thermoplastische Lage 3c, die an die Innenscheibe 2 angrenzt.
Die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 enthält eine thermoplastische Kapsellage 3d, welche rahmenartig um eine Aussparung ausgebildet ist, in welcher das photovoltaische Bauteil 4 angeordnet ist.
Die thermoplastischen Lagen 3a, 3b, 3c sind jeweils aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm ausgebildet. Die thermoplastische Kapsellage 3d ist aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,38 mm ausgebildet, was ungefähr der Dicke des photovoltaischen Bauteils 4 entspricht.
Die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 ist über die erste thermoplastische Lage 3a mit der Außenscheibe 1 verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite über die zweite thermoplastische Lage 3b mit der Vakuumisolierverglasung 5. Die Vakuumisolierverglasung 5 ist wiederum auf der anderen Seite über die dritte thermoplastische Lage 3c mit der Innenscheibe 2 verbunden.
Das photovoltaische Bauteil 4 ist beispielsweise ein folienartiges Bauteil, umfassend eine dünne photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer Frontelektrode und einer Rückelektrode auf einer Trägerfolie. Es ist nur ein einzelnes großflächiges photovoltaisches Bauteil 4 vorhanden, welches in eine Mehrzahl verschalteter photovoltaischer Zellen aufgeteilt ist (durch geeignet positioniert Isolierungslinien in den Elektroden und der Absorberschicht). Die vollständige Abdeckung des aktiven Bereichs A kann alternativ aber auch durch eine Mehrzahl an photovoltaischen Bauteilen 4 erreicht werden, die miteinander verschaltet sind, wobei benachbarte Bauteile 4 bündig aneinander grenzen oder einander überlappen.
Das photovoltaische Bauteil 4 absorbiert Licht im sichtbaren Spektralbereich und wandelt es (teilweise) photovoltaisch in elektrischen Strom um, worauf seine Opazität beruht. Das photovoltaische Bauteil 4 wird dabei erwärmt. Es sendet daraufhin thermische Strahlung aus, welche teilweise in Richtung der Innenscheibe 2 und dem Fahrzeug-Innenraum gerichtet ist. Es trägt damit wesentlich zur sogenannten innenraumseitigen Emissivität der Verbundscheibe bei. Der Fahrzeug-Innenraum wird dadurch erwärmt, der thermische Komfort für die Fahrzeug-Insassen verringert. Die Vakuumisolierverglasung 5 hat die Aufgabe, die innenraumseitige Emissivität zu verringern. Sie weist wärmedämmende Eigenschaften auf, welche sie dazu befähigen. Der Fahrzeug-Innenraum wird durch die Vakuumisolierverglasung 5 gleichsam gegenüber der thermischen Strahlung des photovoltaischen Bauteils 4 (und auch gegenüber der thermischen Strahlung der Außenscheibe 1) abgeschirmt.
Die Vakuumisolierverglasung 5 ist gebildet aus einer äußeren Scheibe 5a und einer inneren Scheibe 5b, welche über einen umlaufenden Abstandshalter 5d im Randbereich sowie über gleichmäßig über die Fläche verteilte Abstandshalter-Säulen 5e miteinander verbunden sind und auf Abstand gehalten werden. Dadurch wird ein Zwischenraum 5c zwischen der äußeren Scheibe 5a und der inneren Scheibe 5b ausgebildet, welcher evakuiert ist. Die äußere Scheibe 5a ist der Außenscheibe 1 zugewandt und ist über die zweite thermoplastische Lage 3b mit der Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 verbunden. Die innere Scheibe 5b ist der Innenscheibe 2 zugewandt und über die dritte thermoplastische Lage 3c mit dieser verbunden. Die äußere Scheibe 5a und die innere Scheibe 5b sind jeweils aus chemisch vorgespanntem Aluminosilikatglas ausgebildet und weisen eine Dicke von jeweils 0,7 mm auf. Der Zwischenraum 5c weist eine Dicke von 0,3 mm auf. Die Abstandshalter-Säulen 5e sind aus Glas oder einem transparenten Kunststoff ausgebildet. Der umlaufende Abstandshalter 5d ist aus einem Kunststoff ausgebildet. Außerdem ist der umlaufende Abstandshalter 5d mit einer nicht dargestellten Randversiegelung ausgestattet, welche den Zwischenraum 5c gasdicht abschließt.
Auf der innenraumseitigen, von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der Innenscheibe 2 ist eine emissivitätsmindernde Beschichtung 9 angeordnet. Solche Beschichtungen sind auch als LowE-Beschichtungen bekannt. Die emissivitätsmindernde Beschichtung 9 weist reflektierende Eigenschaften im mittleren IR-Bereich auf. Durch die emissivitätsmindernde Beschichtung 9 wird die innenraumseitigen Emissivität der Verbundscheibe weiter verringert. Insbesondere schirmt sie den Fahrzeug-Innenraum gegenüber der thermischen Strahlung der Innenscheibe 2 ab, auf welche die Vakuumisolierverglasung 5 keinen Einfluss hat.
Die über die Seitenkante der Verbundscheibe hinausragenden elektrischen Anschlüsse des photovoltaischen Bauteils 4 sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Über diese Anschlüsse kann das photovoltaische Bauteil 4 mit der Bordelektrik des Fahrzeugs verbunden werden, beispielsweise um die Fahrzeug-Batterie zu laden.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Sie unterscheidet sich von der vorstehenden Ausgestaltung der Figur 2 dadurch, dass die Vakuumisolierverglasung 5 nicht zwischen der Außenscheibe 1 und einer separaten Innenscheibe 2 angeordnet ist, Stattdessen ist die Innenscheibe 2 Teil der Vakuumisolierverglasung 5 und bildet auch deren innere Scheibe 5b.
Die Fahrzeugscheibe umfasst in der angegebenen Reihenfolge:
- eine Außenscheibe 1 ,
- eine erste thermoplastische Lage 3a,
- eine Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4.
- eine zweite thermoplastische Lage 3b und
- eine Vakuumisolierverglasung 5.
Die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8, die erste thermoplastische Lage 3a, die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 samt Kapsellage 3d und die zweite thermoplastische Lage 3b sind genauso ausgebildet wie in der Ausgestaltung der Figur 2.
Die äußere Scheibe 5a der Vakuumisolierverglasung 5 ist wiederum eine chemisch vorgespannte Scheibe aus Aluminosilikatglas mit einer Dicke von 0,7 mm. Sie ist über einen umlaufenden Abstandshalter 5d und über Abstandshalter-Säulen 5e mit der Innenscheibe 2 verbunden, welche gleichermaßen die innere Scheibe 5b der Vakuumisolierverglasung 5 ist. Die Innenscheibe besteht aus thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf. Der Zwischenraum 5c weist eine Dicke von 0,3 mm auf und ist evakuiert. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2 ist wieder mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung 9 versehen. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Sie unterscheidet sich von der vorstehenden Ausgestaltung der Figur 2 dadurch, dass die Fahrzeugscheibe zwischen der Vakuumisolierverglasung 5 und der Innenscheibe 2 eine Aerogel-Lage 6 umfasst.
Durch die Aerogel-Lage 6 werden die thermisch isolierenden Eigenschaften der Fahrzeugscheibe weiter verbessert. Außerdem weist die Aerogel-Lage 6 akustisch isolierende Eigenschaften auf, so dass störende Außengeräusche im Fahrzeug-Innenraum weniger wahrnehmbar sind. Aufgrund ihres geringen Gewichts steigert sie das Gesamtgewicht der Fahrzeugscheibe nur unwesentlich.
Die Fahrzeugscheibe umfasst in der angegebenen Reihenfolge:
- eine Außenscheibe 1,
- eine erste thermoplastische Lage 3a,
- eine Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4.
- eine zweite thermoplastische Lage 3b,
- eine Vakuumisolierverglasung 5,
- eine dritte thermoplastische Lage 3c,
- eine Aerogel-Lage 6,
- eine vierte thermoplastische Lage 3e und
- eine Innenscheibe 2.
Die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8, die erste thermoplastische Lage 3a, die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 samt Kapsellage 3d, die zweite thermoplastische Lage 3b, die Vakuumisolierverglasung 5, die dritte thermoplastische Lage 3c und die Innenscheibe 2 mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 9 sind genauso ausgebildet wie in der Ausgestaltung der Figur 2.
Die Aerogel-Lage 6 weist beispielsweise eine Dicke von 3 mm auf. Sie ist beispielsweise als sogenanntes Blanket ausgebildet, aus einem Silikat-Aerogel mit Glasfaser-Einlagerungen, welche der Aerogel-Lage 6 mechanische Stabilität und eine Flexibilität verleihen. Da die Verbundscheibe ohnehin opak ist, spielt es keine Rolle, ob die Aerogel-Lage 6 opak, transparent oder transluzent ist. Die Aerogel-Lage 6 ist über die dritte thermoplastische Lage 3c mit der Isolierverglasung 5 verbunden und über die vierte thermoplastische Lage 3e mit der Innenscheibe 2. Die vierte thermoplastische Lage 3e ist ebenfalls jeweils aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm ausgebildet.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist aus den gleichen Elementen aufgebaut wie in der Ausgestaltung nach Figur 4. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Reihenfolge von Vakuumisolierverglasung 5 und Aerogel-Lage 6 vertauscht sind.
Die Fahrzeugscheibe umfasst in der angegebenen Reihenfolge:
- die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8,
- die erste thermoplastische Lage 3a,
- die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4.
- die zweite thermoplastische Lage 3b,
- die Aerogel-Lage 6,
- die dritte thermoplastische Lage 3c,
- die Vakuumisolierverglasung 5,
- die vierte thermoplastische Lage 3e und
- die Innenscheibe 2 mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 9.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Sie unterscheidet sich von der Ausgestaltung der Figur 3 dadurch, dass die Fahrzeugscheibe zwischen der Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 und der Vakuumisolierverglasung 5 eine Aerogel-Lage 6 umfasst.
Die Fahrzeugscheibe umfasst in der angegebenen Reihenfolge:
- eine Außenscheibe 1 ,
- eine erste thermoplastische Lage 3a,
- eine Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4.
- eine zweite thermoplastische Lage 3b,
- eine Aerogel-Lage 6,
- eine dritte thermoplastische Lage 3c und
- eine Vakuumisolierverglasung 5. Die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8, die erste thermoplastische Lage 3a, die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 samt Kapsellage 3d, die zweite thermoplastische Lage 3b und die Vakuumisolierverglasung 5, deren innere Scheibe 5b auch die Innenscheibe 2 der Fahrzeugscheibe bildet und mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 9 versehen ist, sind genauso ausgebildet wie in der Ausgestaltung der Figur 3.
Die Aerogel-Lage 6 ist ebenso ausgebildet wie in den Ausgestaltungen der Figuren 4 und 5. Sie ist die zweite thermoplastische Lage 3b mit der Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 verbunden und über die dritte thermoplastische Lage 3c mit der Vakuumisolierverglasung 5. Die dritte thermoplastische Lage 3c ist ebenfalls jeweils aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm ausgebildet.
Figur 7 und Figur 8 zeigen je ein Detail einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist ähnlich aufgebaut wie in der ersten Ausgestaltung der Figuren 1 und 2. Insbesondere sind die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8, die Innenscheibe 2 mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 9, die Vakuumisolierverglasung 5 und die thermoplastischen Lagen 3a, 3b, 3c ebenso ausgestaltet wie in den Figuren 1 und 2. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur ersten Ausgestaltung eingegangen.
Es ist eine Mehrzahl photovoltaischer Bauteile 4 vorhanden, welche nur einen Teil des aktiven Bereichs A abdecken. Ein anderer Teil des aktiven Bereichs A weist keine photovoltaischen Bauteile 4 auf. Der aktive Bereich A weist fünf Bereiche auf, welche mit jeweils einem photovoltaischen Bauteil 4 versehen sind und welche durch Bereiche ohne photovoltaisches Bauteil 4 voneinander beabstandet sind. Alternativ ist es auch möglich, dass jeder der fünf Bereiche mit einer Mehrzahl von photovoltaischen Bauteilen 4 versehen ist, die miteinander verschaltet sind, wobei benachbarte Bauteile 4 bündig aneinander grenzen oder einander überlappen.
Die photovoltaischen Bauteile 4 (und damit die mit ihnen versehenen Bereiche der Verbundscheibe) sind auch in dieser Ausgestaltung opak. Durch die dazwischen befindlichen und die randständigen Bereiche ohne photovoltaische Bauteile 4 kann aber Sonnenlicht in den Fahrzeug-Innenraum dringen.
Die Lage mit den photovoltaischen Bauteilen 4 enthält auch in dieser Ausgestaltung, neben den photovoltaischen Bauteilen 4 selbst, eine thermoplastischen Kapsellage 3d. Die thermoplastische Kapsellage 3d ist wieder rahmenartig um die Gesamtheit der photovoltaischen Bauteile 4 angeordnet und zusätzlich in den Zwischenräumen zwischen benachbarten photovoltaischen Bauteilen 4. Anders ausgedrückt bildet die thermoplastische Kapsellage 3d einen Rahmen um jedes einzelne photovoltaische Bauteil 4.
Soll die Lichteinstrahlung in den Fahrzeug-Innenraum verringert werden, so können die Innenscheibe 2, die zweite thermoplastische Lage 3b, die Vakuumisolierverglasung 5 und/oder die dritte thermoplastische Lage 3c getönt oder gefärbt ausgestaltet werden. Die Außenscheibe 1 und die erste thermoplastische Lage 3a sollten klar sein, um die Ausbeute der photovoltaischen Bauteile 4 zu optimieren.
Der Aufbau der Fahrzeugscheibe gemäß Figur 8 ist nur beispielhaft zu verstehen. Abwandlungen und Weiterbildungen ähnlich der Figuren 3 bis 6 sind auch bei dieser Ausgestaltung möglich. Die Vakuumisolierverglasung 5 muss nicht zwangsläufig zwischen der Außenscheibe 1 und einer separaten Innenscheibe 2 angeordnet sein, sondern ihre innere Scheibe 5b kann alternativ die Innenscheibe 2 der Fahrzeugscheibe sein. Die Fahrzeugscheibe kann auch mit einer zusätzlichen Aerogel-Lage 6 ausgestattet sein, zwischen der Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 und der Vakuumisolierverglasung 5 oder zwischen der Vakuumisolierverglasung 5 und der Innenscheibe 2. Da die Fahrzeugscheibe in dieser Ausführung des mindestens einen photovoltaischen Bauteils 4 nicht vollständig opak ist, sollte eine etwaige Aerogel-Lage 6 nicht opak sein, sondern transparent oder transluzent.
Figur 9 und Figur 10 zeigen je ein Detail einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist ähnlich aufgebaut wie in der ersten Ausgestaltung der Figuren 1 und 2. Insbesondere sind die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 8, die Innenscheibe 2 mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 9, die Vakuumisolierverglasung 5 und die thermoplastischen Lagen 3a, 3b, 3c ebenso ausgestaltet wie in den Figuren 1 und 2. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur ersten Ausgestaltung eingegangen.
Wie bei der ersten Ausgestaltung der Figuren 1 und 2 ist nur ein einzelnes (beispielsweise folienartiges) photovoltaisches Bauteil 4 vorhanden, welches den aktiven Bereich A der Verbundscheibe vollständig abdeckt. Die vollständige Abdeckung des aktiven Bereichs A kann alternativ aber auch durch eine Mehrzahl an photovoltaischen Bauteilen 4 erreicht werden, die miteinander verschaltet sind, wobei benachbarte Bauteile 4 bündig aneinander grenzen oder einander überlappen. Die Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 enthält auch in dieser Ausgestaltung, neben dem photovoltaischen Bauteil 4 selbst, eine thermoplastischen Kapsellage 3d. Das photovoltaische Bauteil ist in einer Aussparung der Kapsellage 3d angeordnet, so dass die Kapsellage 3d das photovoltaisch Bauteil 4 wieder rahmenartig umgibt. Das photovoltaische Bauteil ist wieder ein folienartiges Bauteil.
Im Gegensatz zur ersten Ausgestaltung der Figuren 1 und 2 ist das photovoltaische Bauteil 4 nicht opak, sondern transparent. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die photovoltaisch aktive Absorberschicht im sichtbaren Spektralbereich nicht oder kaum empfindlich ist und Sonnenlicht absorbiert, sondern im nahen infraroten Spektralbereich.
Soll die Lichteinstrahlung in den Fahrzeug-Innenraum verringert werden, so können die Innenscheibe 2, die zweite thermoplastische Lage 3b, die Vakuumisolierverglasung 5 und/oder die dritte thermoplastische Lage 3c getönt oder gefärbt ausgestaltet werden. Die Außenscheibe 1 und die erste thermoplastische Lage 3a sollten klar sein, um die Ausbeute der photovoltaischen Bauteile 4 zu optimieren.
Der Aufbau der Fahrzeugscheibe gemäß Figur 10 ist wiederum nur beispielhaft zu verstehen. Abwandlungen und Weiterbildungen ähnlich der Figuren 3 bis 6 sind auch bei dieser Ausgestaltung möglich. Die Vakuumisolierverglasung 5 muss nicht zwangsläufig zwischen der Außenscheibe 1 und einer separaten Innenscheibe 2 angeordnet sein, sondern ihre innere Scheibe 5b kann alternativ die Innenscheibe 2 der Fahrzeugscheibe sein. Die Fahrzeugscheibe kann auch mit einer zusätzlichen Aerogel-Lage 6 ausgestattet sein, zwischen der Lage mit dem photovoltaischen Bauteil 4 und der Vakuumisolierverglasung 5 oder zwischen der Vakuumisolierverglasung 5 und der Innenscheibe 2. Die Aerogel-Lage 6 sollte dabei transparent oder transluzent ausgebildet sein, so dass der aktive Bereich A der Verbundscheibe insgesamt transparent beziehungsweise transluzent ist.
In allen dargestellten Ausgestaltungen erstrecken sich die Vakuumisolierverglasung 5 und die optionale Aerogel-Lage 6 (sofern vorhanden) bis zu den Seitenkanten der Verbundscheibe. Es ist alternativ aber auch möglich, dass die Vakuumisolierverglasung 5 und/oder die Aerogel- Lage 6 rahmenartig von jeweils einer weiteren thermoplastischen Lage (Kapsellage) umgeben sind. Diese kann beispielsweise durch eine PVB-Folie ausgebildet sein, welche einen Ausschnitt aufweist, in welchen das betreffende Bauteil eingesetzt wird, welches dadurch komplett in der Verbundscheibe eingelagert wird und keinen Kontakt zur umgebenden Atmosphäre aufweist. Die Aerogel-Lage 6 kann auch eine Randversiegelung beispielsweise in Form eines polymeren Klebebandes aufweisen.
Bezugszeichenliste:
(1) Außenscheibe der Fahrzeugscheibe
(2) Innenscheibe der Fahrzeugscheibe
(3a) erste thermoplastische Lage
(3b) zweite thermoplastische Lage
(3c) dritte thermoplastische Lage
(3d) thermoplastische Kapsellage
(3e) vierte thermoplastische Lage
(4) photovoltaisches Bauteil
(5) Vakuumisolierverglasung
(5a) äußere Scheibe der Vakuumisolierverglasung 5
(5b) innere Scheibe der Vakuumisolierverglasung 5
(5c) evakuierter Zwischenraum der Vakuumisolierverglasung 5
(5d) umlaufender Abstandshalter der Vakuumisolierverglasung 5
(5e) Abstandshalter-Säulen der Vakuumisolierverglasung 5
(6) Aerogel-Lage
(8) Abdeckdruck
(9) emissivitätsmindernde Beschichtung (LowE-Beschichtung)
(D) Durchsichtsbereich der Außenscheibe 1
(M) Maskierungsbereich der Außenscheibe 1
(A) aktiver Bereich der Fahrzeugscheibe
X - X' Schnittlinie
Y - Y' Schnittlinie
Z - Z' Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugscheibe, umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die flächig miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein photovoltaisches Bauteil (4) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) in die Fahrzeugscheibe eingelagert ist und wobei die Fahrzeugscheibe eine Vakuumisolierverglasung (5) aufweist, welche eine zur Außenscheibe (1) hingewandte äußere Scheibe (5a) und eine über Abstandsmittel (5d, 5e) von der äußeren Scheibe (5a) beanstandete innere Scheibe (5b) umfasst, wobei der Zwischenraum (5c) zwischen der äußeren Scheibe (5a) und der inneren Scheibe (5b) evakuiert ist, und wobei
(i) die Vakuumisolierverglasung (5) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) in die Fahrzeugscheibe eingelagert ist und einen geringeren Abstand zur Innenscheibe (2) aufweist als das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4) oder
(ii) die Innenscheibe (2) der Fahrzeugscheibe die innere Scheibe (5b) der Vakuumisolierverglasung (5) bildet.
2. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 gemäß Variante (i), welche in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- die Außenscheibe (1),
- eine erste Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3a),
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4),
- eine zweite Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3b),
- die Vakuumisolierverglasung (5),
- eine dritte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3c) und
- die Innenscheibe (2).
3. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 gemäß Variante (ii), welche in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- die Außenscheibe (1),
- eine erste Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3a),
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4),
- eine zweite Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3b), die Vakuumisolierverglasung (5), deren innere Scheibe (5b) bevorzugt vorgespannt ist.
4. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1, welche eine Aerogel-Lage (6) umfasst, die zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) in die Fahrzeugscheibe eingelagert ist und einen geringeren Abstand zur Innenscheibe (2) aufweist als das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4) und die bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm bis 10 mm aufweist, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 6 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 mm bis 4 mm.
5. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 4 gemäß Variante (i), welche in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- die Außenscheibe (1),
- eine erste Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3a),
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4),
- eine zweite Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3b),
- die Vakuumisolierverglasung (5),
- eine dritte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3c),
- die Aerogel-Lage (6),
- eine vierte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3e) und
- die Innenscheibe (2).
6. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 4 gemäß Variante (i), welche in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- die Außenscheibe (1),
- eine erste Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3a),
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4),
- eine zweite Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3b),
- die Aerogel-Lage (6),
- eine dritte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3c),
- die Vakuumisolierverglasung (5),
- eine vierte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3e) und
- die Innenscheibe (2).
7. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 4 gemäß Variante (ii), welche in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- die Außenscheibe (1),
- eine erste Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3a),
- das mindestens eine photovoltaische Bauteil (4),
- eine zweite Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3b),
- die Aerogel-Lage (6),
- eine dritte Verbindungsschicht, bevorzugt thermoplastische Lage (3c),
- die Vakuumisolierverglasung (5), deren innere Scheibe (5b) bevorzugt vorgespannt ist.
8. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Außenscheibe (1) einen transparenten Durchsichtsbereich (D) aufweist, der einen aktiven Bereich (A) der Fahrzeugscheibe definiert, und wobei die Vakuumisolierverglasung (5) und, sofern vorhanden, die Aerogel-Lage (6) zumindest den aktiven Bereich (A) vollständig abdecken.
9. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußere Scheibe (5a) und die innere Scheibe (5b) aus Glas gefertigt sind.
10. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9
- gemäß der Variante (i), wobei die äußere Scheibe (5a) und die innere Scheibe (5b) eine Dicke von 0,3 mm bis 3 mm aufweisen, bevorzugt von 0,5 mm bis 1 ,5 mm oder
- gemäß der Variante (ii), wobei die äußere Scheibe (5a) eine Dicke von 0,3 mm bis 3 mm aufweist, bevorzugt von 0,5 mm bis 1 ,5 mm.
11. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Zwischenraum (5c) zwischen der äußeren Scheibe (5a) und der inneren Scheibe (5b) eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm aufweist, bevorzugt von 0,2 mm bis 0,5 mm.
12. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Abstandsmittel (5d, 5e)
- einen umlaufenden Abstandshalter (5d) in einem Randbereich zwischen der äußeren Scheibe (5a) und der inneren Scheibe (5b) und - eine Mehrzahl von Abstandshalter-Säulen (5e) umfassen.
13. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die von der Außenscheibe (1) abgewandte Oberfläche der Innenscheibe (2) mit einer emissivitätsmindernden
Beschichtung (9) versehen ist.
14. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) aus Kalk-Natron-Glas ausgebildet sind und bevorzugt eine Dicke von 1 mm bis 3 mm aufweisen.
15. Verwendung einer Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Fahrzeug- Dachscheibe.
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