DE3626450A1 - Als solarzelle wirkendes bauteil von bauwerken und gebaeuden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und das Verfahren zu ihrer Her­ stellung, die, als normales Teil eines Bauwerkes oder Gebäudes, zur Er­ zeugung von elektrischem Strom unter der Einwirkung des Lichtes dient.

Sogenannte Solarzellen zur Erzeugung von elektrischem Strom unter der Wirkung des Lichtes benutzen in den meisten Fällen Siliziummetall, welches in Form ebener Platten oder Schichten auf eine Unterlage aufge­ tragen wird. Die Art der Auftragung, die Dicke der Platten oder Schich­ ten und die mineralogische Struktur des Siliziums ist vielfach variiert worden und bekannt. Dünne Schichten und eine amorphe Modifikation des Siliziums haben dabei eine besondere wirtschaftliche Bedeutung erlangt und sind ebenfalls Gegenstand zahlreicher Untersuchungen.

Zur praktischen Anwendung als Stromerzeuger unmittelbar beim Verbraucher beispielsweise in Wohn- oder Geschäftshäusern, werden solche Solarzellen zu größeren Einheiten in sogenannte Module zusammengefaßt. Diese wie­ derum sind in besondere Tragwerkskonstruktionen untergebracht, die den auf sie wirkenden Umgebungseinflüssen wie Wind und Wetter, mechanische und korrosive Belastung, standhalten müssen.

Der Einbau solcher Module, besonders wenn eine größere Tragwerkkon­ struktion erforderlich wird, hat einen erheblichen baulichen, wirtschaft­ lichen und Wartungsaufwand zur Folge. Ein Ausfall einer oder weniger Zel­ len in dem Modul bedeutet das Auswechseln des gesamten Moduls, von der Schwierigkeit der Feststellung der fehlerhaften Zelle ganz zu schweigen.

Zur Lösung dieses Problems wurde in den Patentanmeldungen P 36 23 578.4 und P 36 16 332.5 die Verwendung eines in einem Bauwerk bereits norma­ lerweise vorhandenen Bauteiles vorgeschlagen, nämlich eines lichtdurch­ lässigen Glasdachziegels als Träger einer photovoltaisch wirksamen Schicht. Dieser Glasdachziegel bietet durch seine außerordentliche mechanische Festigkeit, seine normale Verwendung in der Konstruktion des Bauwerks und seine leichte und auch nachträgliche Auswechselbarkeit eine ideale Grundlage als Träger einer photovoltaischen Schicht.

Voraussetzung für die Herstellung eines solchen photovoltaisch wirksa­ men Glasdachziegels ist, daß er in einem Reaktionsgefäß mit beispiels­ weise einer dünnen Schicht amorphen Siliziums nach bekannten Verfahren beschichtet wird. Dazu sind einige Einwirkungen auf den Glasdachziegel erforderlich wie beispielsweise Erhitzung und Oberflächenbehandlung.

Nun ist es nach weiteren Verfahren bekannt, photovoltaisch wirksame Sili­ ziumschichten auch auf Kunststoffolien niederzuschlagen. Die Folien sol­ len dazu aus Kunststoffen bestehen, die höhere Temperaturen, beispiels­ weise solche zwischen 150 und 300 Grad Celsius, vertragen. Hierzu eignen sich bestimmte Fluorkohlenwasserstoffe wie Teflone.

Vorgeschlagen wird nun, als photovoltaisch wirksame Solarzelle einen lichtdurchlässigen Glasdachziegel zu verwenden, der auf seiner dem Bau­ werk zugekehrten Seite mit einer verformbaren Folie verbunden ist, die die eigentlichen photovoltaisch wirksamen Siliziumschichten trägt.

Vorteilhaft an einer solchen Bauweise einer Solarzelle ist, daß die bei­ den Herstellprozesse von Glasdachziegel und photovoltaisch wirksame Schichten tragende verformbare Kunststoffolie in ihren wesentlichsten Schritten voneinander getrennt sind und erst in der Schlußphase des Zu­ sammenbaues gleichzeitig behandelt werden.

Die Kunststoffolie paßt sich leicht der Form der Oberfläche des Glas­ dachziegels an, zumal im Bauwesen Glasdachziegel in ebener oder zylin­ drisch gewellter Form, also flächenmäßig abwickelbar, üblich sind. Er­ leichtert wird diese Anpassung bei der Herstellung des Verbundproduktes beispielsweise durch Erzeugen eines Unterdruckes zwischen Glasunterlage und Folie.

Die Elektroden zur Stromableitung können auf dem Glasdachziegel oder der Folie angebracht sein.

Zum Schutz gegen schädliche Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Korro­ sionsgefahr wird der Rand der Folie in üblicher Weise beispielsweise mit Lack abgedeckt oder eine Zwischenschicht zwischen Glas und Folie einge­ bracht.

Vorteilhaft an dieser Verbundbauweise ist ferner, daß ein defekter photo­ voltaisch wirksamer Glasdachziegel leicht festgestellt, aus dem als gro­ ßes Modul wirkenden Dach herausgenommen und repariert werden kann durch Auswechseln der Folie. Die mit geringem Aufwand zu erstellende Verbin­ dung zwischen Glasdachziegel und Folie senkt die Herstellkosten und ermöglicht so beispielsweise auch ein nachträgliches Umbauen eines gan­ zen Daches von Ton- oder Betonziegel auf photovoltaisch wirkende Glas­ dachziegel zum Zwecke einer eigenen Stromerzeugung. Es entfällt jede Art von Hilfskonstruktion zum Aufstellen des Moduls, der Glasdachziegel ver­ trägt wie auch bisher jede Art von natürlich auftretender Belastung, ist langjährig beständig, braucht nicht erhitzt zu werden wie bei dem direk­ ten Auftrag einer Siliziumschicht und kann beim Verlegen elektrisch beliebig geschaltet werden. Bei dieser Verbundbauweise von lichtdurchläs­ sigem Glasdachziegel und photovoltaisch wirksame Schichten tragende ver­ formbarer Kunststoffolie kann ferner von der jeweils neuesten, technisch und wirtschaftlich interessanten Siliziumauftragstechnologie Gebrauch gemacht werden, da letztere sich nur auf die Folie auswirkt und die Glasdachziegel dann einzeln oder gesamt leicht auf die Folie mit der neuen Technologie umgerüstet werden können.

Eine beispielsweise Ausführungsform eines solchen Verbundelementes ist in der Fig. 1 wiedergegeben. Auf der Unterseite 2 des Glasdachziegels 1 befindet sich die Kunststoffolie 3 als Träger der Schichten des amorphen Siliziums. Das eingestrahlte Licht führt im Silizium zum photovoltai­ schen Effekt, das heißt zur Erzeugung von freien elektrischen Ladungen. Diese werden über die Elektroden 5 und 6 zu einem Verbraucher abge­ leitet.

Claims (4)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Son­ nenlicht mittels eines lichtdurchlässigen Glasdachziegels als Bauelement und damit als Teil eines Bauwerkes oder Gebäudes, welcher in Verbindung steht mit photovoltaisch wirksamen amorphen Siliziumschichten in einer Schichtdicke zwischen 0,05 und 1.00 mikrometer, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese amorphen Siliziumschichten auf eine verformbare Kunststoffolie aufgetragen sind und die Folie zusammen mit dem lichtdurchlässigen Glasdachziegel eine Einheit als Verbundelement bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasdach­ ziegel aus Mineralglas oder Kunststoff, beispielsweise Acrylglas besteht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das photovoltaisch wirksame Silizium tragende Kunststoffolie den Kon­ turen oder Wölbungen des Glasdachziegels angepaßt ist und dessen Ober­ fläche ausreichend weit bedeckt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie auf der Seite des Glasdachziegels angebracht ist, die dem Bauwerk zugekehrt ist.