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WO1997015953A1 - Solarzellen-beton-modul - Google Patents

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WO1997015953A1
WO1997015953A1 PCT/CH1996/000360 CH9600360W WO9715953A1 WO 1997015953 A1 WO1997015953 A1 WO 1997015953A1 CH 9600360 W CH9600360 W CH 9600360W WO 9715953 A1 WO9715953 A1 WO 9715953A1
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solar
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solar cell
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Peter Toggweiler
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Real, Markus
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the solar cells are based on the so-called photovoltaic effect.
  • At the boundary layer (pn junction) between two differently doped semiconductors (sun) is able to detach charge carriers, so that an electrical voltage arises.
  • Contacts can be used to tap this photo voltage and form a direct current circuit.
  • Such metal contacts become vapor-deposited on both sides of the cell, on the front as a grid, so that as little (no more than 10 percent) of the area is covered, on the back large-area
  • the manufacturers switch several solar cells in Sene and encapsulate them weatherproof a solar module, an interchangeable unit.
  • the cells must be switched on in order to obtain a voltage at which the energy loss due to transport is as low as possible, and which can be carried out on common alternate sources available on the market so that the current produced by the cells for further use - for For example, the feed into the local power grid - can be converted without losing too much energy in this process
  • the object of the invention is to create a solar module system (1) which can be used universally, can be easily integrated into buildings with the least effort, is aesthetically and architecturally attractive, easy to maintain and inexpensive
  • the invention relates to solar module systems (1) which, by means of manual or mechanical integration of any number of solar cells (3 and 17) in concrete elements (2). by the simple assembly of these elements in the creation of solar module systems and thus the solar module systems themselves, by saving assembly materials and by reducing the effort for maintenance work to a minimum, an inexpensive photovoltaic system. Also, these solar module systems (1) set no limits to the architectural possibilities, since the solar module concrete component can be made in any shape, even customer-specific. Thus, the invention of this type of power generation - also from an architectural point of view - helps to broader application possibilities
  • Fig. Lb cross section through the basic structure of a solar module system (1), consisting of several, connected in Sene solar cells (3) which are connected to a concrete element (2)
  • Fig. 2a cross section through the basic structure of a solar module system (1), the solar cells (3 or 17) was poured into the concrete during the manufacturing process of the concrete element (2) (first connection possibility)
  • FIG. 2c cross-section through the basic structure of a solar module system (1), consisting of an arbitrarily large single solar cell (17) whose solar cell material for producing the single solar cell (17) was deposited directly onto the concrete element (2) (direct connection possibility)
  • An essential part of the invention is the connection of the carrier ⁇ concrete (2) with the solar cells (3 and 17) or the solar cell material for the production of individual solar cells (17).
  • any number of solar cells (3 and 17) can be mechanically attached to the concrete element (2) (according to Fig. 2b) This is achieved with conventional techniques such as gluing, riveting, screwing, stapling et cetera.
  • the solar cell material can be deposited directly onto the concrete element (2) (according to Fig. 2c) according to the requirements
  • any number of solar cells (3 and 17) or of solar cell material for the production of individual solar cells (17) with concrete elements (2) can have an additional layer for the vapor barrier (13) between the solar cells (3 and 17). and the concrete element (2) are inserted.
  • glass (8) or UV and weather-resistant plastic film (8) With all composite vanants, the problem of electrical lead-throughs (7) must be taken into account early in the manufacturing process.
  • Solar cells (3) or single-cell solar cells (17) connected in Sene have surface conductors (4) which first of all conduct the current resulting from the photo-effect m of the semiconductor layer (11) of the solar cell (3) from the upper conductive layer (10) m the surface longitudinal conductors (5) lead from where, via surface conductor for the sensor circuit (6), to the lower conductive layer (12) of the next solar cell (3) and finally by means of the guide (7) to the rear of the solar module system ( 1) m the junction box (15) for sene-switched solar cells or into the module-free converter (18) for single solar cells (17) is led, from where it can be removed for further use via plug connection (16)
  • Solar module system concrete element (concrete element or H ⁇ lbf ⁇ bnk ⁇ t) solar cell consististing of 4, 5, 10, 11, 12) surface transverse conductor of the solar cell (vapor-deposited metal contacts) surface longitudinal conductor of the solar cell (vapor-deposited metal contacts) surface conductor for the sensor circuit of several metal cells of the evaporated conductors the upper conduct

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Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein aus dem Direktverbund von Betonelementen (2) mit einer beliebigen Anzahl von integrierten Solarzellen (3 und 17) bestehendes Solarmodulsystem (1), welches direkt als solares Betonbauelement angewendet werden kann. Für die Umsetzung der Erfindung kann weitgehend auf bestehende und zukünftige Verfahrenstechniken und Materialien zurückgegriffen werden.

Description

Solarzellen-Beton-Modul
Eine Vielzahl von Solarzellensystemen werden heute erforscht und teilweise bereits angewendet Bezeichnend für die herkömmlichen Systeme ist die strenge Aufteilung von Solarzellenmodulen als stromerzeugendes Element einerseits und der Tragerstruktur andererseits Die bishengen Solarzellenmodule sind zwar so konzipiert, dass sie universell anwendbar sind, sie müssen jedoch mittels grossem Aufwand manuell bei der Installation von Solarmodulanlagen auf speziell dafür konzipierte Trägerkonstruktionen befestigt werden, welche zum Teil wiederum selbst auf herkömmlichen Bauelementen verschiedensten Matenals fixiert werden müssen Dies hat einerseits einen erhöhten Aufwand an Zeit bei der Befestigung, Matenal für die Befestigung und Entwicklungsarbeit für die Befestigungstechnik zur Folge Weiter müssen die Befestigungen eines herkömmlichen Solarzellenmoduls bestimmten sicherheitstechnischen Ansprüchen entsprechen, wie zum Beispiel die Windfestigkeit. Korrosionssicherheit, Düatatonsfähigkeit, Auswechselbarkeit etc Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Faktor ist die Aestheük Eine Technik wie die Stromgeneration mittels photovoltaischen Elementen, welche unter anderem direkt in Gebäude integnert werden können, verlangen immer mehr nach hoher Aestheük, welcher die herkömmlichen Befesügungs- und Integrationstechniken nur bedingt gerecht werden
Die Solarzellen basieren auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt An der Grenzschicht (p-n-Übergang) zwischen zwei verschiedenartig dotierten Halbleitern vermag (Sonnen)lιcht Ladungsträger abzulösen, so dass eine elektrische Spannung entsteht Mit Kontakten kann man diese Photospannung abgreifen und zu einem Gleichstromkreis schliessen Solche Metallkontakte werden beidseits auf die Zelle aufgedampft, auf der Vorderseite als Gitter, damit möglichst wenig (nicht mehr als 10 Prozent) der Fläche abgedeckt wird, auf der Ruckseite grossf lachig Gemäss dem heutgen Stand der Technik schalten die Hersteller mehrere Solarzellen in Sene und verkapseln diese wetterfest zu einem Solarmodul, einer austauschbaren Einheit. Die Senenschaltung von Zellen ist notig, um eine Spannung zu erhalten bei der der Energieverlust durch den Transport möglichst genng ist, und die auf gangige, auf dem Markt erhältliche Wechselnchter gefuhrt werden kann so das der von den Zellen produzierte Strom für den weiteren Gebrauch - zum Beispiel die Einspeisung in das ortliche Stromnetz - umgewandelt werden kann ohne bei diesem Prozess zu viel Energie zu verlieren Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Solarmodulsystem (1) zu schaffen, welches universell einsetzbar, einfach in Gebäude integnerbar mit geringstem Aufwand installierbar, ästhetisch und architektonisch attraktiv, problemlos zu unterhalten und preisgünstig ist
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelost Gegenstand der Erfindung sind Solarmodulsysteme (1), welche durch eine manuelle oder maschinelle Integration einer beliebigen Anzahl von Solarzellen (3 und 17) in Betonelemente (2). durch die einfache Montage dieser Elemente bei der Erstellung von Solarmodulanlagen und somit der Solarmodulanlagen selber, durch das Einsparen von Montagematenalen und durch die Reduktion des Aufwandes für Unterhaltsarbeiten auf ein Minimum ein preiswertes Photovoltaiksystem ermöglichen Ebenfalls setzen diese Solarmodulsysteme (1) den architektonischen Möglichkeiten keine Grenzen, da das Solarmodul-Betonbauelement rn x-beliebiger, auch kundenspezifischer Form hergestellt werden kann Somit verhilft die Erfindung dieser Art von Stromerzeugung - auch in architektonischer Hinsicht - zu breiteren Anwendungsmogüchkeiten
Die Erfindung ist unter anderem in den Zeichnungen erläutert Es zeigen
Fig la Aufsicht auf den prinzipiellen Aufbau eines Solarmodulsystems (1), bestehend aus mehreren, in Sene geschalteten Solarzellen (3), die mit einem Betonelement (2) verbunden sind
Fig. lb Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines Solarmodulsystems (1), bestehend aus mehreren, in Sene geschalteten Solarzellen (3), die mit einem Betonelement (2) verbunden sind
Fig. 2a Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines Solarmodulsystems (1), dessen Solarzellen (3 oder 17) wahrend des Herstellungsprozesses des Betonelementes (2) in den Beton eingegossen wurde (Erste Verbmdungsmoglichkeit)
Fig 2b Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines Solarmodulsystems (1) , dessen Solarzellen (3 od 17) mechanisch auf dem Betonelement (2) befestigt wurden (Zweite Verbmdungsmoglichkeit)
Fig 2c Querschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines Solarmodulsystems (1), bestehend aus einer beliebig grossen Einzelsolarzelle (17) deren Solarzellenmatenal zur Herstellung der Einzelsolarzelle (17) direkt auf das Betonelement (2) abgeschieden wurde (Dntte Verbmdungsmoglichkeit) Wesentlicher Teil der Erfindung ist der Verbund des Trαgermαtenαls Beton (2) mit den Solarzellen (3 und 17) oder dem Solarzellenmatenal zur Herstellung von Einzelsolarzellen (17) Dies kann in verschiedener Weise vorgenommen werden, so dass die Herstellung solcher Solarmodulsysteme (1) nicht an spezifisch hierfür entwickelte Apparaturen gebunden smd, somit eme optimale Umsetzung der Erfindung durch Industne zur Produktion von Betonbauelementen und Halbfabrikaten zur Herstellung von Betonbauelementen garantiert, das vorhandene Wissen über die verschiedenen Vertahrenstechniken und die vorhandenen Infrastrukturen für eme breite Marktstieuung und Anwendung genutzt werden können Für die Herstellung der Erfindung kann weitgehend auf vorhandene Techniken und Matenalien zurückgegriffen werden Beim Verbund des Trägermatenals Beton (2) mit den Solarzellen (3 und 17) oder dem Solarzellenmatenal zur Herstellung von Einzelsolarzellen (17) gibt es grundsätzlich drei Möglichkeiten Erstens können die Solarzellen (3 und 17) in beliebiger Anzahl wahrend des Herstellungsprozesses des Betonelementes (2) in dieses eingegossen werden (gemäss Fig 2a) Zweitens können Solarzellen (3 und 17) in beliebiger Anzahl mechanisch auf dem Betonelement (2) befestigt werden (gemäss Fig 2b) Dies wird mit herkömmlichen Techniken wie Kleben, Nieten, Schrauben, Heften et cetera erreicht Dnttens kann bei der Herstellung emer beliebig grossen Einzelsolarzelle (17) das Solarzellenmatenal direkt auf das Betonelement (2) abgeschieden werden (gemäss Fig 2c) Entsprechend den Erfordernissen kann bei allen drei Möglichkeiten des Direktverbundes emer beliebigen Anzahl von Solarzellen (3 und 17) oder von Solarzellenmatenal zur Herstellung von Einzelsolarzellen (17) mit Betonelementen (2) eme zusatzliche Schicht für die Dampf sperre (13) zwischen den Solarzellen (3 und 17) und dem Betonelement (2) eingefugt werden Die Solarzelle(n) (3 und 17) werden - nachdem sie mit dem Betontragermatenal (2) verbunden smd - mittels Glas (8) oder UV- und wetterbeständiger Kunststoffolie (8) vor Umwelteinflüssen geschützt Bei allen Verbundsvananten muss die Problematik der elektnschen Durchfuhrungen (7) früh im Herstellungsprozess berücksichtigt werden. In Sene geschaltete Solarzellen (3) oder Emzelsolarzellen (17) verfugen über Oberf lachenquerleiter (4), die den, durch den Photoeffekt m der Halbleiterschicht (11) der Solarzelle (3) entstandenen, Strom, zuerst von der oberen Leitschicht (10) m die Oberf lachenlangsleiter (5) fuhren, von wo er, via Oberf lachenleiter für die Senenschaltung (6), zu der unteren Leitschicht (12) der jeweils nächsten Solarzelle (3) und schliesslich mittels der IΛirchfuhrung (7) auf die Rückseite des Solarmodulsystemes (1) m die Anschlussdose (15) für sene- geschaltete Solarzellen oder in den Modulmtegnerten Konverter (18) für Einzelsolarzellen (17) geleitet wird, von wo er - via Steck Verbindung (16) - zum weiteren Gebrauch abgenommen werden kann Solαrmodulsystem Betonelement (Betonbαuelement oder Hαlbfαbnkαt) Solarzelle (bestehend aus 4, 5, 10, 11 , 12) Oberflachenquerleiter der Solarzelle (aufgedampfte Metallkontakte) Oberflachenlangsleiter der Solarzelle (aufgedampfte Metallkontakte) Oberflachenleiter für die Seneschaltung von mehreren Solarzellen (aufgedampfte Metallkontakte) Durchfuhrung der Oberflachenleiter von der oberen Leiterschicht der Solarzellen m die Anschlussdose oder m den modulmtegnerten Konverter auf der Ruckseite des Betonelementes Transparente, witterungsfeste Deckschicht des Solarmodulsystems Fullschicht Obere, transparente Leiterschicht der Solarzelle Halbleiterschicht der Solarzelle, bestehend aus emem oder mehreren p-n- Ubergangen Untere Leiterschicht der Solarzelle Dampfdiffusionsschicht zwischen Solarzellen und Betonelement (wird den Erfordernissen entsprechend eingesetzt oder weggelassen) Verbundsmatenalschicht Anschlussdose des Systems mit sene-geschalteten Solarzellen Buchsen für Steckverbindung Einzelsolarzelle (bestehend aus 4 5, 10, 11, 12) Modulmtegnerter Konverter emes Einzelsolarzellensystems

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 ) Solαrmodulsystem (1) von beliebigen Ausmαssen, das direkt als Solarmodul- Betonbauelement für Fassaden, Dächer und ähnliches verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite aus dem Matenal Beton (2) besteht, so dass bei der Anwendung des Solarmodulsy stemes (1) für bauliche Zwecke kerne mechanische Verbmdungen des Solarzellenmodules mit emem herkömmlichen Bauelement und / oder emer Trägerkonstruktion notwendig ist.
2) Solarmodulsystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betonrückseite (2) um em beliebiges herkömmliches und / oder zukünftiges Betonbauelement oder Halbfabnkat zur Herstellung emes Betonbauelementes handeln kann.
3 ) Solarmodulsystem ( 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eme beliebige Anzahl von Solarzellen (3) grossflächig mittels geeigneter Technik in Beton als Trägermatenal (2) eingebunden und / oder direkt darauf befestigt werden.
4) Solarmodulsystem ( 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass em beliebiges Solarzellenmaterial mittels geeigneter Technik direkt auf Beton als Trägermatenal (2) befestigt und / oder darauf abgeschieden wird.
5) Bauelement aus Beton zur Erzeugung von elektnschem Strom als Solarmodulsystem (1) nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Lichteinfall auf der Vorderseite des Solarmodul-Betonbauelementes produzierte elektrische Strom mittels geeigneter IXircliführung (7) in die sich auf der Rückseite des Solarmodul-Betonbauelementes (2) befindende Anschlussdose (15) oder m den modulmtegnerten Konverter (18) geführt wird
PCT/CH1996/000360 1995-10-20 1996-10-14 Solarzellen-beton-modul WO1997015953A1 (de)

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