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WO2024028007A1 - Shaped body and method for a photovoltaic module - Google Patents

Shaped body and method for a photovoltaic module Download PDF

Info

Publication number
WO2024028007A1
WO2024028007A1 PCT/EP2023/067827 EP2023067827W WO2024028007A1 WO 2024028007 A1 WO2024028007 A1 WO 2024028007A1 EP 2023067827 W EP2023067827 W EP 2023067827W WO 2024028007 A1 WO2024028007 A1 WO 2024028007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaped body
layer stack
vertical direction
curved
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/067827
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Stein
Jiri Springer
Original Assignee
Sunmaxx PVT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023100868.4A external-priority patent/DE102023100868A1/en
Application filed by Sunmaxx PVT GmbH filed Critical Sunmaxx PVT GmbH
Publication of WO2024028007A1 publication Critical patent/WO2024028007A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/061—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/025—Re-forming glass sheets by bending by gravity
    • C03B23/0252—Re-forming glass sheets by bending by gravity by gravity only, e.g. sagging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
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    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/12—Photovoltaic modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10—Solar modules layout; Modular arrangements
    • F24S2020/18—Solar modules layout; Modular arrangements having a particular shape, e.g. prismatic, pyramidal

Definitions

  • a shaped body is specified for producing a photovoltaic module, in particular for producing a photovoltaic-thermal module.
  • a method for processing a layer stack for a photovoltaic module is specified, in particular for a photovoltaic-thermal module.
  • the publication WO 2015/184402 relates to a photovoltaic module with integrated liquid cooling.
  • Embodiments of the disclosure relate to a molded body for producing a photovoltaic module, in particular a photovoltaic-thermal module. Further embodiments of the disclosure relate to a method for processing a layer stack for a photovoltaic module, in particular for a photovoltaic-thermal module. In particular, the method is part of a manufacturing process for a photovoltaic module. For example, in the method a shaped body according to at least one of the embodiments described here is used. Features, benefits and Further developments of the shaped body therefore also apply to the process and vice versa.
  • the shaped body has a concavely curved or convexly curved top side along a vertical direction.
  • the shaped body with the curved top is designed to curve a layer stack for the photovoltaic module.
  • the layer stack has at least two layers.
  • the layer stack is subsequently part of the photovoltaic module.
  • the two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane, a lamination film and/or a surface heat sink.
  • solar cells are already connected to the glass pane and the surface heat sink is attached to the glass pane with the solar cells by means of lamination.
  • the photovoltaic module is a conventional photovoltaic module without a heat sink.
  • the photovoltaic module has crystalline solar cells and/or thin-film solar cells.
  • the two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane and the crystalline solar cells.
  • the two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane and the thin-film solar cells.
  • deliberately curved modules can be produced, for example for facades. It is also possible in conventional photovoltaic modules to compensate for undesired curvatures using the shaped body in order to realize modules that are as flat as possible.
  • the layer stack can be arched or bent by means of the shaped body.
  • the shaped body During the production of the photovoltaic module, it is therefore possible to curve the layer stack as desired with the help of the shaped body. That bulge In particular, it compensates for stresses that can arise in the layer stack due to different coefficients of thermal expansion. Without the shaped body, these tensions would lead to an unwanted curvature of the layer stack.
  • the shaped body enables the layer stack to be curved in the opposite direction during production, so that the stresses due to the different coefficients of thermal expansion subsequently precisely compensate for this curvature and a flat layer stack is present. This layer stack no longer warps unintentionally due to different thermal expansion coefficients of the layers of the layer stack.
  • a concave curvature along the vertical direction is understood to mean, in particular, an inwardly curved shape of the top, with the vertical direction being perpendicular to a main extension plane of the top. Accordingly, a convex curvature is to be understood as meaning an outwardly curved shape, with the vertical direction being perpendicular to a main extension plane of the top side.
  • the shaped body has a plurality of flatly expanded plates.
  • the plates are stacked on top of each other along the vertical direction.
  • the vertical direction is aligned transversely to the surface extent.
  • the flatly expanded plates have a different surface area than one another.
  • the curved shaped body can thus be formed by means of the plates stacked on top of one another.
  • the extended plates smaller.
  • the top side is formed by means of a flat end plate which covers the stacked plates upwards. This means that a flat top can be achieved.
  • the shaped body has a plurality of rods as an alternative or in addition to the plurality of plates.
  • the rods are each elongated along the vertical direction.
  • the bars are arranged next to each other transversely to the vertical direction.
  • the curved top can be formed using rods of different lengths. It is also possible to combine plates and rods, for example plates that are initially flat in the vertical direction and then rods that are elongated.
  • the shaped body is formed from a solid body.
  • the shaped body is therefore formed in one piece.
  • the shaped body is milled from a single block of material.
  • the top has a full surface area. Particularly when using a solid body and/or when using the majority of plates, the top side is designed to have a full surface area. Even when using rods, the top can be designed to have a full surface area. In this case, however, an additional covering layer must be applied to the top of the bars.
  • the top it is also possible for the top to have one or more recesses. For example, the spaces between the rods are called recesses. It is also possible to place a finishing structure on the bars, for example a wire mesh, to form the top with the recesses. Alternatively, a completely flat end plate is provided in order to form a flat top surface on the bars.
  • the top is curved only along a longitudinal axis.
  • the longitudinal axis runs transversely to the vertical direction.
  • the top side is not curved along a transverse axis that runs across the longitudinal axis and the vertical axis.
  • the top runs in a straight line along the transverse axis.
  • the top is curved along the longitudinal axis and along the transverse axis. This means that the shaped body can be used to curvature the layer stack along all spatial directions in a single curving process.
  • the shaped body has a thermal conductivity of at least 30 W/(m-K), in particular 50 W/(m-K).
  • the shaped body has a thermal conductivity that is large enough to conduct heat to be introduced and/or dissipated into the layer stack sufficiently well during production and processing.
  • Other values for thermal conductivity are also possible.
  • the molded body conducts due to the sufficiently large Thermal conductivity is the heat required for lamination to the layer stack.
  • the layer stack cools down on the shaped body.
  • the layer stack does not cool down on the molded body, but is removed from the molded body while it is still heated after lamination.
  • the layer stack is not laminated on the molded body, but is applied to the molded body after lamination and curved, in particular in a heated state.
  • the molded body is formed from a plastic.
  • the shaped body is additionally or alternatively formed from a metal, for example aluminum or steel. It is possible for the shaped body to have only a single material or to be formed from a combination of materials.
  • the method includes providing the layer stack.
  • the layer stack is stacked on a molded body according to one of the embodiments described here, so that the layer stack rests on the molded body, in particular on the top of the molded body.
  • the layer stack is curved by means of the shaped body.
  • the layer stack is then removed from the molded body. After loosening, the layer stack is particularly flat. The stresses due to the different thermal expansion coefficients act against the curvature of the layer stack and thus compensate for this at the intended operating temperatures of the photovoltaic module.
  • at least one other stresses due to the different thermal expansion coefficients act against the curvature of the layer stack and thus compensate for this at the intended operating temperatures of the photovoltaic module.
  • the process involves heating the layer stack.
  • the heating serves to laminate at least part of the layer stack while the layer stack is in contact with the molded body. This means that the arching and laminating of the layer stack can be carried out in a common process.
  • the method includes reducing a temperature of the layer stack while the layer stack is in contact with the molded body.
  • the stack of layers cools down after lamination while the stack of layers is curved using the molded body.
  • the cooling step of the layer stack while it rests on the molded body is also possible if the layer stack was laminated independently of the molded body and therefore does not rest on the molded body during lamination. In this case, after lamination, the layer stack is placed on the top of the molded body and curved before cooling.
  • the layer stack is provided with at least one metallic surface heat sink and a glass pane.
  • the metallic surface heat sink and the glass pane have different thermal expansion coefficients. By means of the curvature, a flat design of the metallic surface heat sink and the glass pane can still be achieved, so that no unwanted tensions and curvatures subsequently occur during operation of the photovoltaic module.
  • FIG. 1A shows a schematic representation of a shaped body with a layer stack according to an exemplary embodiment
  • FIG. 1B shows a schematic representation of a photovoltaic thermal module according to an exemplary embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a molded body with a layer stack according to an exemplary embodiment
  • Figures 3A to 3G each show schematic representations of the shaped body according to different views and/or exemplary embodiments.
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a
  • a photovoltaic-thermal module 4 ( Figure 1B, Figure 4), called a PVT module for short, combines photovoltaic modules to generate electricity with the use of the waste heat from the modules.
  • PVT modules convert solar energy into electrical power and the resulting waste heat is made usable.
  • electrical energy such PVT modules also produce heat, for example in the form of hot water or other cooling liquids.
  • the PVT module 4 has a layer stack 12.
  • Layer stack 12 has a plurality of along one Layers stacked in the vertical direction Z.
  • the layer stack
  • the layer stack 12 has a lamination film 2.
  • the lamination film 2 is arranged between the PVT laminate 1 and a surface heat sink 3.
  • the PVT laminate 1 in particular additionally has solar cells 102, electrical cell connectors 103 and other elements in order to form the photovoltaic part of the PVT module 4.
  • the layers of the layer stack 12 are joined together using a lamination process under the influence of high temperatures. For example, temperatures of 130 ° C to 150 ° C are used for this, so that the PV laminate 1 is connected to the surface heat sink 3 using the lamination film 2.
  • Figure 1A shows the layer stack 12 during a manufacturing or processing step.
  • the layer stack 12 can be curved by means of a shaped body 6.
  • the shaped body 6 has a convexly curved top 11. The top side therefore curves outwards in the vertical direction Z.
  • the layer stack 12 is pressed against the top 11, so that the layer stack 12 is also curved due to the curved top 11.
  • the PV material 1 lies directly on the shaped body 6 and the surface cooling body 3 faces away from the shaped body 6.
  • the layer stack 12 is placed on the molded body 6 in such a way that the PV material 1 faces the top side 11 and in particular directly touches the top side 11.
  • the shaped body 6 is thermally and/or mechanically connected to a heating plate or cooling plate 5. It is possible that the shaped body 6 for laminating the PV material 1 with the surface heat sink 3 is arranged in a lamination oven.
  • the layer stack 12 is arranged and curved on the top 11 during the lamination process. By means of the heating plate 5, the heat is transferred to the layer stack 12 by means of the shaped body 6.
  • the shaped body 6 has sufficiently good thermal conductivity.
  • the layer stack 12 is laminated independently of the shaped body 6.
  • the layer stack 12 is laminated, for example, in the conventional manner.
  • the layer stack 12 After the lamination process, both when the layer stack 12 rested on the shaped body 6 during lamination and when the lamination process took place without the shaped body 6, the layer stack 12 cools down on the shaped body 6. For example, after lamination, the layer stack 12 is placed on the top side 11 at a high temperature and pressed on in such a way that the layer stack 12 is curved according to the top side 11.
  • the curvature of the layer stack 12 means that tensions and curvatures that occur in the layer stack 12 during cooling are compensated for.
  • the cooled layer stack 12 therefore has a planar extension along a plane transverse to the vertical direction Z. Unwanted curvatures, which can usually occur during cooling or during operation due to the temperature fluctuations that occur, can be avoided or at least reduced.
  • a layer stack 12 or the photovoltaic-thermal module after cooling is shown schematically in Figure 1B.
  • the PVT module 4 has no unwanted curvatures along the vertical direction Z and is arranged flat along a plane which is spanned by a longitudinal axis L and a transverse axis B.
  • the longitudinal axis L, the transverse axis B and the vertical direction Z are each arranged perpendicular to one another.
  • the shaped body 6 has a maximum extension along the vertical direction Z in a range of 2 cm to 10 cm, in particular in a range of 3 cm to 6 cm.
  • the shaped body 6 has a maximum extension along the transverse axis B in a range of 0.8m to 1.5m, in particular in a range of 1.1m to 1.2m.
  • the shaped body 6 has a maximum extension along the longitudinal axis L in a range of 1.5 m to 2 m, in particular in a range of 1.7 m to 1.8 m.
  • Figure 2 shows schematically a further exemplary embodiment of the shaped body 7.
  • the shaped body 7 is concavely curved, so that the top 11 has a concave curvature along the vertical direction Z. Otherwise, it is possible for the shaped body 6 and the shaped body 7 to have the same structure.
  • the layer stack 12 is placed on the top side 11 in such a way that the surface cooling body 3 faces the shaped body 7.
  • the PV laminate 1 and in particular the glass pane 13 are arranged facing away from the shaped body 7.
  • the PV laminate 3 is in direct contact with the top 11 of the shaped body 7.
  • This arrangement enables the curvature of the layer stack 12 to be comparable to the exemplary embodiment of FIG. 1A, in which the surface heat sink 3 is stretched more than the PV laminate 1 and in particular than the glass pane 13.
  • a planar photovoltaic-thermal module 4 according to FIG. 1B can then be realized.
  • the shaped body 7 has an indentation 9 or several indentations 9.
  • the indentations 9 serve to accommodate connection elements 8 of the PVT module 4.
  • the connection elements 8 are, for example, hydraulic connection pieces and/or electrical connections.
  • the indentations 9 enable sufficient contact between the top 11 and the surface heat sink 3 despite the connection element 8.
  • Figures 3A to 3G show schematic views and various exemplary embodiments of the shaped body 6.
  • the concavely curved shaped body 7 has the same features according to exemplary embodiments and designs. Therefore, the features are explained below in connection with the shaped body 6 and also apply to the shaped body 7.
  • Figure 3A shows a top view along the vertical direction Z of the surface 11 of the shaped body 6.
  • the top 11 according to FIG. 3A is designed to be completely flat and in particular has no interruptions. This means that a large contact surface between the PV material 1 and the top 11 is possible.
  • the shaped body 6 is formed, for example, from a solid body 15 (FIG. 3E).
  • the shaped body 6 with the continuous top side 11 is formed from a single block of material, for example milled out, and the solid body 15 is thus formed.
  • Figure 3B shows a top view along the vertical direction Z of the shaped body 6 according to a further exemplary embodiment.
  • the shaped body 6 is formed from a plurality of rods 11. The bars are arranged side by side in the same direction.
  • the rods 10 extend along the vertical direction Z. Ends 17 of the rods 10 form the top 11 of the shaped body 6.
  • the top 11 has recesses 16 between the rods 10.
  • the top 11 is therefore not designed to have a full surface area, but rather with interruptions that are formed by means of the recesses 16.
  • the rods 10 are arranged so that the curved top 11 is formed.
  • the rods 10 have different lengths along the vertical direction Z for this purpose. In the gaps and through the recess 16 there is in particular a Good heat transport possible, for example to enable good cooling of the layer stack 12.
  • FIG. 3C shows a sectional view or a side view of the molded body 6 along a plane which is spanned by the longitudinal axis L and the vertical direction Z.
  • the curvature has a radius R.
  • the radius has a value in a range from 1.5m to 13m.
  • Figure 3D shows a sectional view along a plane that is spanned by the transverse axis B and the vertical direction Z, i.e. in particular through a plane transverse to the plane of Figure 3C.
  • the radius has a value in a range from Im to 10m.
  • the shaped body 6 is, for example, curved on the top 11, as shown in FIGS. 30 and 3D.
  • the curvature has a radius R.
  • the curvature is thus formed along the longitudinal axis L (Figure 30) and along the transverse axis B ( Figure 3D). It is possible that the two radii shown in Figures 30 and 3D are the same. It is also possible that the two radii shown in Figures 30 and 3D are different from each other.
  • the shaped body 6 is curved only along a single one of the longitudinal axis L and the transverse axis B, i.e. either as shown in Figure 30 or as shown in Figure 3D and not both.
  • the shaped body 6 is along the other of the longitudinal axis L and the transverse axis B then not curved, but has a straight course on the top 11 in the sectional view.
  • Figure 3F shows a side view of the shaped body 6 according to Figure 3B.
  • the rods 10 are arranged next to one another along the longitudinal axis L and the transverse axis B.
  • the ends 17 together form the top 11.
  • the recesses 16 are arranged between the rods 10.
  • Figure 3G shows the shaped body 6 according to a further exemplary embodiment.
  • the shaped body 6 is formed from a plurality of flat plates 14.
  • the plates 14 are each extended flatly along the longitudinal axis L and the transverse axis B.
  • the plates 14 are stacked on top of one another along the vertical direction Z.
  • the plates 14 have, in particular, different surface dimensions compared to one another. In the vertical direction Z, for example, the plates 14 become smaller and smaller, so that the curved top 11 is formed.
  • a part of the shaped body 6 is formed from the shaped body 15, a part is formed from the plates 14 and another part is formed from the rods 10. It is also possible that only the solid body 15, only the plates 14 or only the rods 10 are present and are connected, for example, to the heating plate 5 or the cooling plate 5. Curves along only one of the longitudinal axes L and the transverse axis B or along both axes L, B are possible both in the solid body 15, the plates 14 and the rods 10. The degree of curvature is determined in particular by the different thermal expansion coefficients of the PV laminate 1 with the glass pane 13 and the surface heat sink 13.
  • the curvature is designed to be as large as the curvatures that would occur due to the different thermal expansion coefficients, but in the opposite direction along the vertical direction Z.
  • the degree of curvature of the top 11 therefore depends on the materials used and/or alloys of the layers of the layer stack 12, in particular on the material of the surface heat sink 3 and on the type of glass pane 13.
  • the curvature of the top 11 depends, for example, on the thickness of the layers of the layer stack 12. It is also possible that the curvature of the top 11 depends on the type of surface heat sink 3, i.e. in particular whether the surface heat sink 3 has two plates 3a, 3b (FIG. 4) or just a single plate 3b.
  • Figure 4 shows an exemplary embodiment of the photovoltaic thermal module 4.
  • the PVT module 4 has the front glass 13.
  • a rear wall film 105 is located on a side opposite the front glass 13.
  • Several, for example crystalline solar cells 102, are connected to one another via electrical cell connectors 103 and arranged between the front glass 13 and the rear wall film 105.
  • the PVT module 4 is mechanically supported, for example, by a support frame 107, for example made of aluminum.
  • the PVT module 4 has the surface heat sink 3, in particular made of aluminum.
  • Such surface heat sinks 3, also referred to as cooling plates, are used, for example, in automobile technology.
  • the surface heat sink 3 has, for example, two thin aluminum sheets 3a, 3b.
  • a connecting means is provided for connecting the two panels 3a, 3b.
  • a channel structure with a large number of cooling channels 3c is impressed into one of the two plates 3a, 3b, for example by a punching process.
  • This channel structure for example, consists of many branches and is optimized to dissipate heat as efficiently as possible and to enable pressure losses to be as low as possible.
  • the Al cooling plate 3 is, for example, glued or laminated to the back wall film 105 by means of an adhesive layer 109.
  • the surface heat sink 3 according to Figure 4 is based in particular on the aluminum plates 3a, 3b, which have a thickness of approximately 1 mm, for example.
  • An inner diameter of the cooling channels 3c is, for example, between 1 mm and 15 mm and can be different along the channels. It is also possible to form the surface heat sink 3 from glass plates. It is also possible to form the surface heat sink 3 from just a single plate 3b with the cooling channels 3c, which directly adjoins the adhesive layer 109 or the back wall film 105.
  • the surface heat sink 3 has, for example, exactly one inlet and one return, which are not explicitly shown in FIG. 4. Starting from the flow and return, the cooling channels 3c branch out, so that with As the distance from the flow and/or return increases, the width of the cooling channels can decrease.
  • the branches are bifurcations or trifurcations.
  • the PVT module 4 is designed as described in the patent application PCT/EP2022/072670.
  • the PVT module 4 is designed as in the patent application DE 10 2022 123 915. 2 describe.
  • PV modules or simply PV modules are already a pillar of energy supply today and will become significantly more important in the future as a fossil-free and CO2-free energy supply.
  • the costs have increased by approx. in the last 10 years. 90% has fallen, so that solar power is now the cheapest form of electricity generation worldwide.
  • a PV module today only converts approx. 20% of the solar energy irradiated is converted into electricity, the rest is lost as waste heat.
  • PV module If the waste heat is made usable, the overall ef fi ciency of a PV module can be significantly increased.
  • PV modules are called photovoltaic thermal modules or PVT modules for short. In addition to electrical energy, they also produce heat, mostly in the form of hot water.
  • the PVT module 4 described here is based, among other things, on the following considerations: in the production of the PVT modules 4, the materials used have different physical properties.
  • the front cover of a solar module is usually made of glass, in particular the glass pane 13.
  • the cooling plate or heat exchanger plate, also known as a surface heat sink 3 can be described as is usually made of metal. Both materials have very different mechanical expansion coefficients. However, the two materials are preferably joined together through a lamination process at high temperatures. E.g. using EVA film, which can also be referred to as lamination film 3, at approx. 130°C - 140°C.
  • the different expansion coefficients can cause the layer stack 12 and/or the PVT module 4 to bend because the aluminum contracts more strongly than the glass. This leads to mechanical stresses and can mean that the module 4 can no longer be framed, for example the support frame 107 can be mounted. Furthermore, it can also affect long-term stability. In addition, the bending of the PVT module 4 occurs not only when it cools down from the lamination temperature, but also during operation on the roof, where different temperatures between -20°C/-40°C and 80°C can also prevail.
  • the PVT module 4 described here now makes use, among other things, of the idea of having the PVT module 4 as flat as possible after lamination at room temperature.
  • the module 4 is “overstretched” after the lamination process at still high temperatures either in air or in a cooling press.
  • the mechanical lens 6, 7 is used, which can also be referred to as a shaped body 6, 7 and on which the PVT module 4 is placed, for example, with the glass 13 facing down.
  • the convex shape 6, on which the module 4 is placed but it can also be placed inverted into the concave shape 7. This would have the additional advantage that any existing, protruding connectors, which can also be referred to as connecting element 8, can be incorporated into the mold 7.
  • the PVT module 4 cools down in this form.
  • the shape or bend precisely compensates for the deflection that normally occurs in the other direction of the PVT module 4, so that it is flat or almost flat at room temperature.
  • the PVT module 4 is already placed in the corresponding mold 6, 7 during the lamination process, so that the over-stretching takes place during the lamination at high temperatures, during which the materials actually bond to one another. This is then even more effective.
  • the mechanical lens 6, 7 can be made of metal or plastic, can be full-surface or just a skeletal structure (cost savings). It can also only consist of (metal) rods 10 of different heights or of metal plates 14 of different heights that are layered one on top of the other. The structure can be milled from solid or otherwise assembled.
  • the structure can have a lens shape in a single direction L, B, but preferably the same in both directions L, B, so that the PVT module is ultimately flat in all directions.
  • Areas of application for the PVT module 4 described here are solar cells 102 of all types, for example crystalline or bifacial crystalline modules or thin-film modules. Furthermore, the following areas of application for modules 4 come into consideration in particular: rooftop, industry, open space, low-temperature heating networks, floating systems (also referred to as floating PV), large open-space solar parks, especially in hot areas such as the USA, India, Spain, Arabia, Australia, Chile
  • the molded body 6, 7 described here enables improved reliability and quality of the PVT modules through double joining using gluing/lamination and clamping. A significant simplification of the production process is possible. Significantly less use of expensive materials, lower costs and greater economic efficiency can be achieved.

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Abstract

The invention relates to a shaped body (6, 7) for producing a photovoltaic module, in particular a thermal photovoltaic module (4), comprising: - an upper face (11) which is concavely or convexly curved in a height direction (Z) in order to bend a layer stack (12) comprising at least two layers (1, 2, 3) for the photovoltaic module (4). The invention also relates to a method for processing a layer stack (12) for a photovoltaic module.

Description

Beschreibung Description
Formkörper und Verfahren für ein Photovoltaik-Modul Shaped body and process for a photovoltaic module
Es wird ein Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls angegeben, insbesondere zum Herstellen eines Photovoltaik-thermischen Moduls . Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul angegeben, insbesondere für ein Photovoltaik-thermisches Modul . A shaped body is specified for producing a photovoltaic module, in particular for producing a photovoltaic-thermal module. In addition, a method for processing a layer stack for a photovoltaic module is specified, in particular for a photovoltaic-thermal module.
Die Druckschri ft WO 2015/ 184402 betri f ft ein Photovoltaikmodul mit einer integrierten Flüssigkühlung . The publication WO 2015/184402 relates to a photovoltaic module with integrated liquid cooling.
Es ist wünschenswert , einen Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls anzugeben, der eine verlässliche Herstellung ermöglicht . Zudem ist es wünschenswert , ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul anzugeben, das eine zuverlässige Bearbeitung des Schichtstapels und damit insbesondere eine zuverlässige Herstellung des Photovoltaikmoduls ermöglicht . It is desirable to provide a molded body for producing a photovoltaic module that enables reliable production. In addition, it is desirable to provide a method for processing a layer stack for a photovoltaic module, which enables reliable processing of the layer stack and thus in particular reliable production of the photovoltaic module.
Aus führungs formen der Of fenbarung betref fen einen Formkörper zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls , insbesondere eines Photovoltaik-thermischen Moduls . Weitere Aus führungs formen der Of fenbarung betref fen ein Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels für ein Photovoltaikmodul , insbesondere für ein Photovoltaik-thermisches Modul . Insbesondere ist das Verfahren Teil eines Herstellungsverfahrens für ein Photovoltaikmodul . Beispielsweise wird bei dem Verfahren ein Formkörper gemäß zumindest einer der hier beschriebenen Aus führungs formen verwendet . Merkmale , Vorteile und Weiterbildungen des Formkörpers gelten somit auch für das Verfahren und umgekehrt . Embodiments of the disclosure relate to a molded body for producing a photovoltaic module, in particular a photovoltaic-thermal module. Further embodiments of the disclosure relate to a method for processing a layer stack for a photovoltaic module, in particular for a photovoltaic-thermal module. In particular, the method is part of a manufacturing process for a photovoltaic module. For example, in the method a shaped body according to at least one of the embodiments described here is used. Features, benefits and Further developments of the shaped body therefore also apply to the process and vice versa.
Der Formkörper weist eine entlang einer Hochrichtung konkav gewölbte oder konvex gewölbte Oberseite auf . Der Formkörper mit der gewölbten Oberseite ist ausgebildet zum Wölben eines Schichtstapels für das Photovoltaikmodul . Der Schichtstapel weist mindestens zwei Schichten auf . Der Schichtstapel ist nachfolgend Teil des Photovoltaikmoduls . Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe , eine Laminations folie und/oder einen Flächenkühlkörper . Beispielsweise sind bereits Solarzellen mit der Glasscheibe verbunden und der Flächenkühlkörper wird mittels Laminieren an der Glasscheibe mit den Solarzellen befestigt . The shaped body has a concavely curved or convexly curved top side along a vertical direction. The shaped body with the curved top is designed to curve a layer stack for the photovoltaic module. The layer stack has at least two layers. The layer stack is subsequently part of the photovoltaic module. The two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane, a lamination film and/or a surface heat sink. For example, solar cells are already connected to the glass pane and the surface heat sink is attached to the glass pane with the solar cells by means of lamination.
Beispielsweise ist das Photovoltaikmodul ein konventionelles Photovoltaikmodul ohne Kühlkörper . Beispielsweise weist das Photovoltaikmodul kristalline Solarzellen und/oder Dünnschichtsolarzellen auf . Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe und den kristallinen Solarzellen . Die zwei Schichten umfassen beispielsweise ein PV-Laminat mit einer Glasscheibe und den Dünnschichtsolarzellen . Mittels des Formkörpers lassen sich beispielsweise bewusst gewölbte Module herstellen, zum Beispiel für Fassaden . Es ist auch möglich bei konventionellen Photovoltaikmodulen mittels des Formkörpers ungewünschte Wölbungen aus zugleichen, um möglichst plane Module zu realisieren . For example, the photovoltaic module is a conventional photovoltaic module without a heat sink. For example, the photovoltaic module has crystalline solar cells and/or thin-film solar cells. The two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane and the crystalline solar cells. The two layers include, for example, a PV laminate with a glass pane and the thin-film solar cells. Using the shaped body, for example, deliberately curved modules can be produced, for example for facades. It is also possible in conventional photovoltaic modules to compensate for undesired curvatures using the shaped body in order to realize modules that are as flat as possible.
Mittels des Formkörpers ist der Schichtstapel wölbbar beziehungsweise biegbar . Während der Herstellung des Photovoltaikmoduls ist es somit möglich, den Schichtstapel mit Hil fe des Formkörpers gewünscht zu wölben . Diese Wölbung gleicht insbesondere Spannungen aus , die in dem Schichtstapel aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskof f i zienten entstehen können . Ohne den Formkörper würden diese Spannungen zu einer ungewollten Wölbung des Schichtstapels führen . Der Formkörper ermöglicht eine entgegengesetzte Wölbung des Schichtstapels während der Herstellung, sodass die Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten nachfolgend diese Wölbung genau ausgleichen und ein planer Schichtstapel vorliegt . Dieser Schichtstapel verzieht sich nicht mehr ungewollt aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten der Schichten des Schichtstapels . The layer stack can be arched or bent by means of the shaped body. During the production of the photovoltaic module, it is therefore possible to curve the layer stack as desired with the help of the shaped body. That bulge In particular, it compensates for stresses that can arise in the layer stack due to different coefficients of thermal expansion. Without the shaped body, these tensions would lead to an unwanted curvature of the layer stack. The shaped body enables the layer stack to be curved in the opposite direction during production, so that the stresses due to the different coefficients of thermal expansion subsequently precisely compensate for this curvature and a flat layer stack is present. This layer stack no longer warps unintentionally due to different thermal expansion coefficients of the layers of the layer stack.
Aufgrund seiner konvexen oder konkaven Form wird der Formkörper auch als Linse , insbesondere als mechanische Linse , bezeichnet . Als eine konkave Wölbung entlang der Hochrichtung wird im Kontext dieser Of fenbarung insbesondere eine nach innen gekrümmte Form der Oberseite verstanden, wobei die Hochrichtung senkrecht auf eine Haupterstreckungsebene der Oberseite steht . Entsprechend ist unter einer konvexen Wölbung eine nach außen gekrümmte Form zu verstehen, wobei die Hochrichtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Oberseite steht . Due to its convex or concave shape, the shaped body is also referred to as a lens, in particular as a mechanical lens. In the context of this disclosure, a concave curvature along the vertical direction is understood to mean, in particular, an inwardly curved shape of the top, with the vertical direction being perpendicular to a main extension plane of the top. Accordingly, a convex curvature is to be understood as meaning an outwardly curved shape, with the vertical direction being perpendicular to a main extension plane of the top side.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Formkörper eine Mehrzahl flächig ausgedehnter Platten auf . Die Platten sind entlang der Hochrichtung aufeinandergestapelt . Die Hochrichtung ist quer zur flächigen Ausdehnung ausgerichtet . Insbesondere weisen die flächig ausgedehnten Platten eine unterschiedlich große flächige Ausdehnung zueinander auf . Somit ist mittels der aufeinandergestapelten Platten der gewölbte Formkörper ausbildbar . Um beispielsweise die konvex gewölbte Oberseite aus zubilden, werden in der Hochrichtung die ausgedehnten Platten kleiner . Beispielsweise ist die Oberseite mittels einer flächigen Abschlussplatte ausgebildet , die die aufeinandergestapelten Platten nach oben abdeckt . Somit ist eine plane Oberseite realisierbar . According to at least one embodiment, the shaped body has a plurality of flatly expanded plates. The plates are stacked on top of each other along the vertical direction. The vertical direction is aligned transversely to the surface extent. In particular, the flatly expanded plates have a different surface area than one another. The curved shaped body can thus be formed by means of the plates stacked on top of one another. For example, in order to form the convexly curved top, in the vertical direction the extended plates smaller. For example, the top side is formed by means of a flat end plate which covers the stacked plates upwards. This means that a flat top can be achieved.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Formkörper alternativ oder zusätzlich zu der Mehrzahl der Platten eine Mehrzahl von Stäben auf . Die Stäbe sind j eweils entlang der Hochrichtung länglich ausgedehnt . Die Stäbe sind quer zur Hochrichtung nebeneinander angeordnet . Mittels unterschiedlich langer Stäbe ist die gewölbte Oberseite ausbildbar . Es ist auch möglich, Platten und Stäbe zu kombinieren, beispielsweise in der Hochrichtung zunächst flächig ausgedehnte Platten und nachfolgend länglich ausgedehnte Stäbe . According to at least one embodiment, the shaped body has a plurality of rods as an alternative or in addition to the plurality of plates. The rods are each elongated along the vertical direction. The bars are arranged next to each other transversely to the vertical direction. The curved top can be formed using rods of different lengths. It is also possible to combine plates and rods, for example plates that are initially flat in the vertical direction and then rods that are elongated.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Formkörper aus einem Vollkörper gebildet . Somit ist der Formkörper einstückig ausgebildet . Beispielsweise ist der Formkörper aus einem einzigen Materialblock gefräst . According to at least one embodiment, the shaped body is formed from a solid body. The shaped body is therefore formed in one piece. For example, the shaped body is milled from a single block of material.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Oberseite voll flächig . Insbesondere bei der Verwendung eines Vollkörpers und/oder bei der Verwendung der Mehrzahl der Platten ist die Oberseite voll flächig ausgebildet . Auch bei der Verwendung von Stäben kann die Oberseite voll flächig ausgebildet sein . In diesem Fall muss allerdings eine zusätzliche Abdeckschicht auf die Oberseite der Stäbe aufgebracht sein . Alternativ ist es auch möglich, dass die Oberseite eine Ausnehmung oder mehrere Ausnehmungen aufweist . Beispielsweise werden die Zwischenräume zwischen den Stäben als Ausnehmung bezeichnet . Es ist auch möglich, auf die Stäbe eine Abschlussstruktur, beispielsweise ein Drahtgeflecht , auf zubringen, um die Oberseite mit den Ausnehmungen aus zubilden . Alternativ ist die eine ganz flächige Abschlussplatte vorgesehen, um eine plane Oberseite auf den Stäben aus zubilden . According to at least one embodiment, the top has a full surface area. Particularly when using a solid body and/or when using the majority of plates, the top side is designed to have a full surface area. Even when using rods, the top can be designed to have a full surface area. In this case, however, an additional covering layer must be applied to the top of the bars. Alternatively, it is also possible for the top to have one or more recesses. For example, the spaces between the rods are called recesses. It is also possible to place a finishing structure on the bars, for example a wire mesh, to form the top with the recesses. Alternatively, a completely flat end plate is provided in order to form a flat top surface on the bars.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Oberseite nur entlang einer Längsachse gewölbt . Die Längsachse verläuft quer zur Hochrichtung . Entlang einer Querachse , die quer zur Längsachse und zur Hochachse verläuft , ist die Oberseite nicht gewölbt . Entlang der Querachse verläuft die Oberseite geradlinig . According to at least one embodiment, the top is curved only along a longitudinal axis. The longitudinal axis runs transversely to the vertical direction. The top side is not curved along a transverse axis that runs across the longitudinal axis and the vertical axis. The top runs in a straight line along the transverse axis.
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form ist die Oberseite entlang der Längsachse gewölbt und entlang der Querachse . Somit ist mittels des Formkörpers eine Wölbung des Schichtstapels entlang aller Raumrichtungen in einem einzigen Wölbeprozess möglich . According to at least one further embodiment, the top is curved along the longitudinal axis and along the transverse axis. This means that the shaped body can be used to curvature the layer stack along all spatial directions in a single curving process.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Formkörper eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/ (m -K) , insbesondere 50 W/ (m -K) . Der Formkörper weist eine Wärmeleitfähigkeit auf , die groß genug ist , um während der Herstellung und Bearbeitung in den Schichtstapel einzubringende und/oder abzuführende Wärme ausreichend gut zu leiten . Auch andere Werte für die Wärmeleitfähigkeit sind möglich . Beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/ (m -K) oder mindestens 400 W/ (m -K) . Aufgrund der ausreichend hohen Wärmeleitfähigkeit ermöglicht der Formkörper ein Kühlen des Schichtstapels nach einem Laminationsprozess zum Verbinden der Schichten des Schichtstapels . Es ist auch möglich, den Formkörper während des Laminationsprozesses zu verwenden . In diesem Fall leitet der Formkörper aufgrund der genügend großen Wärmeleitfähigkeit die für die Laminierung notwendige Wärme zum Schichtstapel . Der Schichtstapel kühlt gemäß Aus führungsbeispielen auf dem Formkörper ab . Gemäß weiteren Aus führungsbeispielen kühlt der Schichtstapel nicht auf dem Formköper ab, sondern wird nach dem Laminieren noch erhitzt von dem Formkörper abgelöst . Gemäß weiteren Aus führungsbeispielen wird der Schichtstapel nicht auf dem Formköper laminiert , sondern wird nach dem Laminieren auf den Formkörper aufgebracht und gewölbt , insbesondere in einem erhitzten Zustand . According to at least one embodiment, the shaped body has a thermal conductivity of at least 30 W/(m-K), in particular 50 W/(m-K). The shaped body has a thermal conductivity that is large enough to conduct heat to be introduced and/or dissipated into the layer stack sufficiently well during production and processing. Other values for thermal conductivity are also possible. For example, a thermal conductivity of at least 100 W/ (m -K) or at least 400 W/ (m -K). Due to the sufficiently high thermal conductivity, the shaped body enables the layer stack to be cooled after a lamination process for connecting the layers of the layer stack. It is also possible to use the shaped body during the lamination process. In this case, the molded body conducts due to the sufficiently large Thermal conductivity is the heat required for lamination to the layer stack. According to exemplary embodiments, the layer stack cools down on the shaped body. According to further exemplary embodiments, the layer stack does not cool down on the molded body, but is removed from the molded body while it is still heated after lamination. According to further exemplary embodiments, the layer stack is not laminated on the molded body, but is applied to the molded body after lamination and curved, in particular in a heated state.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Formkörper aus einem Kunststof f gebildet . Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form ist der Formkörper zusätzlich oder alternativ aus einem Metall gebildet , beispielsweise aus einem Aluminium oder Stahl . Es ist möglich, dass der Formkörper lediglich ein einziges Material aufweist oder aus einer Materialkombination gebildet ist . According to at least one embodiment, the molded body is formed from a plastic. According to at least one further embodiment, the shaped body is additionally or alternatively formed from a metal, for example aluminum or steel. It is possible for the shaped body to have only a single material or to be formed from a combination of materials.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Verfahren ein Bereitstellen des Schichtstapels auf . Der Schichtstapel wird auf einem Formkörper gemäß einem der hier beschriebenen Aus führungs formen gestapelt , sodass der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt , insbesondere an der Oberseite des Formkörpers . Dadurch wird der Schichtstapel mittels des Formkörpers gewölbt . Nachfolgend wird der Schichtstapel von dem Formkörper gelöst . Nach dem Lösen ist der Schichtstapel insbesondere plan . Die Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten wirken entgegen der Wölbung des Schichtstapels und gleichen diese somit bei vorgesehenen Betriebstemperaturen des Photovoltaikmoduls aus . Gemäß zumindest einem weiterenAccording to at least one embodiment, the method includes providing the layer stack. The layer stack is stacked on a molded body according to one of the embodiments described here, so that the layer stack rests on the molded body, in particular on the top of the molded body. As a result, the layer stack is curved by means of the shaped body. The layer stack is then removed from the molded body. After loosening, the layer stack is particularly flat. The stresses due to the different thermal expansion coefficients act against the curvature of the layer stack and thus compensate for this at the intended operating temperatures of the photovoltaic module. According to at least one other
Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Aufhei zen des Schichtstapels . Das Aufhei zen dient zum Laminieren zumindest eines Teils des Schichtstapels während der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt . Somit sind das Wölben und das Laminieren des Schichtstapels in einem gemeinsamen Prozess durchführbar . In this embodiment, the process involves heating the layer stack. The heating serves to laminate at least part of the layer stack while the layer stack is in contact with the molded body. This means that the arching and laminating of the layer stack can be carried out in a common process.
Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Reduzieren einer Temperatur des Schichtstapels , während der Schichtstapel an dem Formkörper anliegt . Der Schichtstapel kühlt nach dem Laminieren ab, während der Schichtstapel mittels des Formkörpers gewölbt wird . Der Abkühlschritt des Schichtstapels während des Anliegens an dem Formkörper ist auch möglich, wenn der Schichtstapel unabhängig von dem Formkörper laminiert wurde und somit während des Laminierens nicht an dem Formkörper anliegt . In diesem Fall wird der Schichtstapel nach dem Laminieren vor dem Abkühlen an die Oberseite des Formkörpers angelegt und gewölbt . According to at least one further embodiment, the method includes reducing a temperature of the layer stack while the layer stack is in contact with the molded body. The stack of layers cools down after lamination while the stack of layers is curved using the molded body. The cooling step of the layer stack while it rests on the molded body is also possible if the layer stack was laminated independently of the molded body and therefore does not rest on the molded body during lamination. In this case, after lamination, the layer stack is placed on the top of the molded body and curved before cooling.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird der Schichtstapel mit mindestens einem metallischen Flächenkühlkörper und einer Glasscheibe bereitgestellt . Der metallische Flächenkühlkörper und die Glasscheibe weisen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf . Mittels der Wölbung ist dennoch eine plane Ausbildung des metallischen Flächenkühlkörpers und der Glasscheibe realisierbar, sodass nachfolgend beim Betrieb des Photovoltaikmoduls keine ungewollten Spannungen und Wölbungen auf treten . According to at least one embodiment, the layer stack is provided with at least one metallic surface heat sink and a glass pane. The metallic surface heat sink and the glass pane have different thermal expansion coefficients. By means of the curvature, a flat design of the metallic surface heat sink and the glass pane can still be achieved, so that no unwanted tensions and curvatures subsequently occur during operation of the photovoltaic module.
Weitere Vorteile , Merkmale und Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert . Gleiche Bezugs zeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an . Es sind dabei keine maßstäblichen Bezüge dargestellt , vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder dick dargestellt sein . Further advantages, features and further developments are explained below with reference to the drawings. The same reference symbols indicate the same elements in the individual figures. There are no scaled ones References are shown, rather individual elements may be shown exaggeratedly large or thick for better understanding.
Es zeigen : Show it :
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Formkörpers mit einem Schichtstapel gemäß einem Aus führungsbeispiel , 1A shows a schematic representation of a shaped body with a layer stack according to an exemplary embodiment,
Figur 1B eine schematische Darstellung eines Photovoltaik- thermischen Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel , 1B shows a schematic representation of a photovoltaic thermal module according to an exemplary embodiment,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Formkörpers mit einem Schichtstapel gemäß einem Aus führungsbeispiel , Figure 2 is a schematic representation of a molded body with a layer stack according to an exemplary embodiment,
Figuren 3A bis 3G j eweils schematische Darstellungen des Formkörpers gemäß unterschiedlicher Ansichten und/oder Aus führungsbeispielen, und Figures 3A to 3G each show schematic representations of the shaped body according to different views and/or exemplary embodiments, and
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einesFigure 4 is a schematic sectional view of a
Aus führungsbeispiels eines Photovoltaik-thermischen Moduls . From an exemplary embodiment of a photovoltaic thermal module.
Ein Photovoltaik-thermisches Modul 4 ( Figur 1B, Figur 4 ) , kurz PVT-Modul genannt , kombiniert Photovoltaikmodule zur Stromerzeugung mit der Nutzung der Abwärme der Module . PVT- Module wandeln somit eingestrahlte Sonnenenergie in elektrischen Strom um und die dabei auftretende Abwärme wird nutzbar gemacht . Neben elektrischer Energie produzieren solche PVT-Module gleichzeitig auch Wärme , beispielsweise in Form von Warmwasser oder anderen Kühl flüssigkeiten . A photovoltaic-thermal module 4 (Figure 1B, Figure 4), called a PVT module for short, combines photovoltaic modules to generate electricity with the use of the waste heat from the modules. PVT modules convert solar energy into electrical power and the resulting waste heat is made usable. In addition to electrical energy, such PVT modules also produce heat, for example in the form of hot water or other cooling liquids.
Das PVT-Modul 4 weist einen Schichtstapel 12 auf . DerThe PVT module 4 has a layer stack 12. The
Schichtstapel 12 weist eine Mehrzahl von entlang einer Hochrichtung Z gestapelten Schichten auf . Der SchichtstapelLayer stack 12 has a plurality of along one Layers stacked in the vertical direction Z. The layer stack
12 weist insbesondere ein PVT-Laminat 1 mit einer Glasscheibe12 in particular has a PVT laminate 1 with a glass pane
13 auf . Der Schichtstapel 12 weist eine Laminations folie 2 auf . Die Laminations folie 2 ist zwischen dem PVT-Laminat 1 und einem Flächenkühlkörper 3 angeordnet . Das PVT-Laminat 1 weist insbesondere zusätzlich Solarzellen 102 , elektrische Zellverbinder 103 und weitere Elemente auf , um den Photovoltaikteil des PVT-Moduls 4 zu bilden . 13 on . The layer stack 12 has a lamination film 2. The lamination film 2 is arranged between the PVT laminate 1 and a surface heat sink 3. The PVT laminate 1 in particular additionally has solar cells 102, electrical cell connectors 103 and other elements in order to form the photovoltaic part of the PVT module 4.
Die Schichten des Schichtstapels 12 werden mittels eines Laminationsprozesses unter Einwirkung von hohen Temperaturen zusammengefügt . Beispielsweise werden hierfür Temperaturen von 130 ° C bis 150 ° C verwendet , sodass das PV-Laminat 1 mittels der Laminations folie 2 mit dem Flächenkühlkörper 3 verbunden wird . The layers of the layer stack 12 are joined together using a lamination process under the influence of high temperatures. For example, temperatures of 130 ° C to 150 ° C are used for this, so that the PV laminate 1 is connected to the surface heat sink 3 using the lamination film 2.
Figur 1A zeigt den Schichtstapel 12 während eines Herstellungs- beziehungsweise Bearbeitungsschrittes . Figure 1A shows the layer stack 12 during a manufacturing or processing step.
Mittels eines Formkörpers 6 ist der Schichtstapel 12 wölbbar . Der Formkörper 6 weist eine konvex gewölbte Oberseite 11 auf . Die Oberseite wölbt sich somit nach außen in der Hochrichtung Z . Der Schichtstapel 12 wird gegen die Oberseite 11 gedrückt , sodass der Schichtstapel 12 aufgrund der gewölbten Oberseite 11 auch gewölbt wird . The layer stack 12 can be curved by means of a shaped body 6. The shaped body 6 has a convexly curved top 11. The top side therefore curves outwards in the vertical direction Z. The layer stack 12 is pressed against the top 11, so that the layer stack 12 is also curved due to the curved top 11.
Im dargestellten Aus führungsbeispiel der Figur 1 mit dem konvex gewölbten Formkörper 6 liegt das PV-Material 1 unmittelbar auf dem Formkörper 6 auf und der Flächenkühlkörper 3 ist dem Formkörper 6 abgewandt . Der Schichtstapel 12 ist so auf dem Formkörper 6 aufgelegt , dass das PV-Material 1 der Oberseite 11 zugewandt ist und insbesondere die Oberseite 11 unmittelbar berührt . Der Formkörper 6 ist mit einer Hei zplatte oder Kühlplatte 5 thermisch und/oder mechanisch verbunden . Es ist möglich, dass der Formkörper 6 zum Laminieren des PV-Materials 1 mit dem Flächenkühlkörper 3 in einem Laminationsofen angeordnet ist . Der Schichtstapel 12 ist während des Laminationsprozesses auf der Oberseite 11 angeordnet und gewölbt . Mittels der Hei zplatte 5 wird die Wärme mittels des Formkörpers 6 auf den Schichtstapel 12 übertragen . Hierfür weist der Formkörper 6 eine ausreichend gute Wärmeleitfähigkeit auf . In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 with the convexly curved shaped body 6, the PV material 1 lies directly on the shaped body 6 and the surface cooling body 3 faces away from the shaped body 6. The layer stack 12 is placed on the molded body 6 in such a way that the PV material 1 faces the top side 11 and in particular directly touches the top side 11. The shaped body 6 is thermally and/or mechanically connected to a heating plate or cooling plate 5. It is possible that the shaped body 6 for laminating the PV material 1 with the surface heat sink 3 is arranged in a lamination oven. The layer stack 12 is arranged and curved on the top 11 during the lamination process. By means of the heating plate 5, the heat is transferred to the layer stack 12 by means of the shaped body 6. For this purpose, the shaped body 6 has sufficiently good thermal conductivity.
Es ist auch möglich, dass der Schichtstapel 12 unabhängig von dem Formkörper 6 laminiert wird . Der Schichtstapel 12 wird beispielsweise wie herkömmlich laminiert . It is also possible for the layer stack 12 to be laminated independently of the shaped body 6. The layer stack 12 is laminated, for example, in the conventional manner.
Nach dem Laminationsprozess , sowohl wenn der Schichtstapel 12 während des Laminierens auf dem Formkörper 6 auflag als auch wenn der Laminationsprozess ohne dem Formkörper 6 stattgefunden hat , kühlt der Schichtstapel 12 auf dem Formkörper 6 ab . Beispielsweise wird also der Schichtstapel 12 nach dem Laminieren noch bei hoher Temperatur auf die Oberseite 11 aufgelegt und so aufgedrückt , dass der Schichtstapel 12 gemäß der Oberseite 11 gewölbt wird . After the lamination process, both when the layer stack 12 rested on the shaped body 6 during lamination and when the lamination process took place without the shaped body 6, the layer stack 12 cools down on the shaped body 6. For example, after lamination, the layer stack 12 is placed on the top side 11 at a high temperature and pressed on in such a way that the layer stack 12 is curved according to the top side 11.
Die Wölbung des Schichtstapels 12 führt dazu, dass bei der Abkühlung auftretende Spannungen und Wölbungen im Schichtstapel 12 ausgeglichen werden . Der Flächenkühlkörper 3 , der stärker gestreckt wird als das PV-Laminat 1 , zieht sich beim Abkühlen stärker zusammen als das PV-Material 1 und insbesondere als die Glasscheibe 13 . Dieses Zusammenziehen führt dazu, dass die mittels des Formkörpers 6 induzierte Wölbung ausgeglichen wird . Aufgrund der Abkühlung wölbt sich der Schichtstapel 12 genau in die entgegengesetzte Richtung zu der mittels des Formkörpers 6 induzierten Wölbung . The curvature of the layer stack 12 means that tensions and curvatures that occur in the layer stack 12 during cooling are compensated for. The surface heat sink 3, which is stretched more than the PV laminate 1, contracts more strongly when cooling than the PV material 1 and in particular than the glass pane 13. This contraction leads to the curvature induced by the shaped body 6 being compensated for. Due to the cooling it bulges the layer stack 12 in exactly the opposite direction to the curvature induced by the shaped body 6.
Der abgekühlte Schichtstapel 12 weist somit bei normalen Betriebstemperaturen von beispielsweise -30 ° C bis + 80 ° C eine plane Ausdehnung entlang einer Ebene quer zur Hochrichtung Z auf . Ungewollte Wölbungen, die während des Abkühlens oder im Betrieb aufgrund der auftretenden Temperaturschwankungen herkömmlich entstehen können, sind so vermeidbar oder zumindest reduzierbar . Ein derartiger Schichtstapel 12 beziehungsweise das Photovoltaik-thermische Modul nach der Abkühlung ist schematisch in Figur 1B dargestellt . Das PVT -Modul 4 weist entlang der Hochrichtung Z keine ungewollten Wölbungen auf und ist plan entlang einer Ebene angeordnet , die durch eine Längsachse L und eine Querachse B auf gespannt ist . Die Längsachse L, die Querachse B und die Hochrichtung Z sind insbesondere j eweils senkrecht zueinander angeordnet . At normal operating temperatures of, for example, -30 ° C to + 80 ° C, the cooled layer stack 12 therefore has a planar extension along a plane transverse to the vertical direction Z. Unwanted curvatures, which can usually occur during cooling or during operation due to the temperature fluctuations that occur, can be avoided or at least reduced. Such a layer stack 12 or the photovoltaic-thermal module after cooling is shown schematically in Figure 1B. The PVT module 4 has no unwanted curvatures along the vertical direction Z and is arranged flat along a plane which is spanned by a longitudinal axis L and a transverse axis B. The longitudinal axis L, the transverse axis B and the vertical direction Z are each arranged perpendicular to one another.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Hochrichtung Z eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 2cm bis 10cm auf , insbesondere in einem Bereich von 3cm bis 6 cm . For example, the shaped body 6 has a maximum extension along the vertical direction Z in a range of 2 cm to 10 cm, in particular in a range of 3 cm to 6 cm.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Querachse B eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 0 , 8m bis 1 , 5m auf , insbesondere in einem Bereich von 1 , 1m bis 1 , 2m . For example, the shaped body 6 has a maximum extension along the transverse axis B in a range of 0.8m to 1.5m, in particular in a range of 1.1m to 1.2m.
Beispielsweise weist der Formkörper 6 entlang der Längsachse L eine maximale Ausdehnung in einem Bereich von 1 , 5m bis 2m auf , insbesondere in einem Bereich von 1 , 7m bis 1 , 8m . Figur 2 zeigt schematisch ein weiteres Aus führungsbeispiel des Formkörpers 7 . Im Unterschied zum Formkörper 6 ist der Formkörper 7 konkav gewölbt , sodass die Oberseite 11 eine konkave Wölbung entlang der Hochrichtung Z aufweist . Ansonsten ist es möglich, dass der Formkörper 6 und der Formkörper 7 gleichartig aufgebaut sind . For example, the shaped body 6 has a maximum extension along the longitudinal axis L in a range of 1.5 m to 2 m, in particular in a range of 1.7 m to 1.8 m. Figure 2 shows schematically a further exemplary embodiment of the shaped body 7. In contrast to the shaped body 6, the shaped body 7 is concavely curved, so that the top 11 has a concave curvature along the vertical direction Z. Otherwise, it is possible for the shaped body 6 and the shaped body 7 to have the same structure.
Der Schichtstapel 12 wird während der Bearbeitung so auf die Oberseite 11 aufgelegt , dass der Flächenkühlkörper 3 dem Formkörper 7 zugewandt ist . Das PV-Laminat 1 und insbesondere Glasscheibe 13 sind dem Formkörper 7 abgewandt angeordnet . Beispielsweise ist das PV-Laminat 3 in direktem Kontakt mit der Oberseite 11 des Formkörpers 7 . Diese Anordnung ermöglicht die Wölbung des Schichtstapels 12 vergleichbar zum Aus führungsbeispiel der Figur 1A, bei der der Flächenkühlkörper 3 stärker gestreckt wird als das PV-Laminat 1 und insbesondere als die Glasscheibe 13 . Nach dem Abkühlen ist dann ein planares Photovoltaik-thermisches Modul 4 gemäß Figur 1B realisierbar . During processing, the layer stack 12 is placed on the top side 11 in such a way that the surface cooling body 3 faces the shaped body 7. The PV laminate 1 and in particular the glass pane 13 are arranged facing away from the shaped body 7. For example, the PV laminate 3 is in direct contact with the top 11 of the shaped body 7. This arrangement enables the curvature of the layer stack 12 to be comparable to the exemplary embodiment of FIG. 1A, in which the surface heat sink 3 is stretched more than the PV laminate 1 and in particular than the glass pane 13. After cooling, a planar photovoltaic-thermal module 4 according to FIG. 1B can then be realized.
Der Formkörper 7 weist eine Einbuchtung 9 oder mehrere Einbuchtungen 9 auf . Die Einbuchtungen 9 dienen dazu, Anschlusselemente 8 des PVT -Moduls 4 auf zunehmen . Die Anschlusselemente 8 sind beispielsweise hydraulische Anschlussstutzen und/oder elektrische Anschlüsse . Die Einbuchtungen 9 ermöglichen trotz des Anschlusselements 8 eine ausreichende Kontaktierung zwischen der Oberseite 11 und dem Flächenkühlkörper 3 . The shaped body 7 has an indentation 9 or several indentations 9. The indentations 9 serve to accommodate connection elements 8 of the PVT module 4. The connection elements 8 are, for example, hydraulic connection pieces and/or electrical connections. The indentations 9 enable sufficient contact between the top 11 and the surface heat sink 3 despite the connection element 8.
Figuren 3A bis 3G zeigen schematische Ansichten und verschiedene Aus führungsbeispiele des Formkörpers 6 . Der konkav gewölbte Formkörper 7 weist gemäß Aus führungsbeispielen korrespondierend die gleichen Merkmale und Ausgestaltungen auf . Daher werden die Merkmale nachfolgend im Zusammenhang mit dem Formkörper 6 erläutert und gelten j edoch genauso auch für den Formkörper 7 . Figures 3A to 3G show schematic views and various exemplary embodiments of the shaped body 6. The concavely curved shaped body 7 has the same features according to exemplary embodiments and designs. Therefore, the features are explained below in connection with the shaped body 6 and also apply to the shaped body 7.
Figur 3A zeigt eine Aufsicht entlang der Hochrichtung Z auf die Oberfläche 11 des Formkörpers 6 . Die Oberseite 11 gemäß Figur 3A ist voll flächig ausgebildet und weist insbesondere keine Unterbrechungen auf . Somit ist eine große Auflagefläche zwischen dem PV-Material 1 und der Oberseite 11 möglich . Zum Ausbilden der voll flächigen Oberseite 11 ist der Formkörper 6 beispielsweise aus einem Vollkörper 15 gebildet ( Figur 3E ) . Beispielsweise ist der Formkörper 6 mit der durchgehenden Oberseite 11 aus einem einzigen Materialblock ausgebildet , beispielsweise ausgefräst und so der Vollkörper 15 ausgebildet . Figure 3A shows a top view along the vertical direction Z of the surface 11 of the shaped body 6. The top 11 according to FIG. 3A is designed to be completely flat and in particular has no interruptions. This means that a large contact surface between the PV material 1 and the top 11 is possible. To form the full-surface top 11, the shaped body 6 is formed, for example, from a solid body 15 (FIG. 3E). For example, the shaped body 6 with the continuous top side 11 is formed from a single block of material, for example milled out, and the solid body 15 is thus formed.
Figur 3B zeigt eine Aufsicht entlang der Hochrichtung Z auf den Formkörper 6 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Der Formkörper 6 ist aus einer Mehrzahl von Stäben 11 ausgebildet . Die Stäbe sind nebeneinander gleichgerichtet angeordnet . Die Stäbe 10 erstrecken sich entlang der Hochrichtung Z . Enden 17 der Stäbe 10 bilden die Oberseite 11 des Formkörpers 6 . Figure 3B shows a top view along the vertical direction Z of the shaped body 6 according to a further exemplary embodiment. The shaped body 6 is formed from a plurality of rods 11. The bars are arranged side by side in the same direction. The rods 10 extend along the vertical direction Z. Ends 17 of the rods 10 form the top 11 of the shaped body 6.
Die Oberseite 11 weist zwischen den Stäben 10 Ausnehmungen 16 auf . Die Oberseite 11 ist somit nicht voll flächig ausgebildet , sondern mit Unterbrechungen, die mittels der Ausnehmungen 16 gebildet sind . Die Stäbe 10 sind so angeordnet , dass die gewölbte Oberseite 11 ausgebildet ist . Insbesondere weisen die Stäbe 10 hierfür unterschiedliche Längen entlang der Hochrichtung Z auf . In den Zwischenräumen und durch die Ausnehmung 16 hindurch ist insbesondere ein guter Wärmetransport möglich, beispielsweise um ein gutes Kühlen des Schichtstapels 12 zu ermöglichen . The top 11 has recesses 16 between the rods 10. The top 11 is therefore not designed to have a full surface area, but rather with interruptions that are formed by means of the recesses 16. The rods 10 are arranged so that the curved top 11 is formed. In particular, the rods 10 have different lengths along the vertical direction Z for this purpose. In the gaps and through the recess 16 there is in particular a Good heat transport possible, for example to enable good cooling of the layer stack 12.
Figur 3C zeigt eine Schnittansicht oder eine Seitenansicht des Formkörpers 6 entlang einer Ebene , die durch die Längsachse L und die Hochrichtung Z aufgespannt wird . In der Ansicht ist die Wölbung der Oberseite 11 entlang der Hochrichtung Z erkennbar . Die Wölbung weist einen Radius R auf . Beispielsweise weist der Radius einen Wert in einem Bereich von 1 , 5m bis 13m auf . FIG. 3C shows a sectional view or a side view of the molded body 6 along a plane which is spanned by the longitudinal axis L and the vertical direction Z. In the view, the curvature of the top 11 along the vertical direction Z can be seen. The curvature has a radius R. For example, the radius has a value in a range from 1.5m to 13m.
Figur 3D zeigt eine Schnittansicht entlang einer Ebene , die durch die Querachse B und die Hochrichtung Z aufgespannt wird, also insbesondere durch eine Ebene quer zur Ebene der Figur 3C . Beispielsweise weist der Radius einen Wert in einem Bereich von Im bis 10m auf . Figure 3D shows a sectional view along a plane that is spanned by the transverse axis B and the vertical direction Z, i.e. in particular through a plane transverse to the plane of Figure 3C. For example, the radius has a value in a range from Im to 10m.
Der Formkörper 6 ist beispielsweise so an der Oberseite 11 gewölbt , wie in Figuren 30 und 3D dargestellt . Die Wölbung weist einen Radius R auf . The shaped body 6 is, for example, curved on the top 11, as shown in FIGS. 30 and 3D. The curvature has a radius R.
Die Wölbung ist somit entlang der Längsachse L ( Figur 30 ) und entlang der Querachse B ( Figur 3D) ausgebildet . Es ist möglich, dass die beiden Radien, die in den Figuren 30 und 3D dargestellt sind, gleich sind . Es ist auch möglich, dass die beiden Radien, die in den Figuren 30 und 3D dargestellt sind, unterschiedlich zueinander sind . The curvature is thus formed along the longitudinal axis L (Figure 30) and along the transverse axis B (Figure 3D). It is possible that the two radii shown in Figures 30 and 3D are the same. It is also possible that the two radii shown in Figures 30 and 3D are different from each other.
Es ist auch möglich, dass der Formkörper 6 lediglich entlang einer einzigen der Längsachse L und der Querachse B gewölbt ist , also entweder wie in Figur 30 dargestellt oder wie in Figur 3D dargestellt und nicht beides . Entlang der anderen der Längsachse L und der Querachse B ist der Formkörper 6 dann nicht gewölbt , sondern weist einen geraden Verlauf der Oberseite 11 in der Schnittansicht auf . It is also possible that the shaped body 6 is curved only along a single one of the longitudinal axis L and the transverse axis B, i.e. either as shown in Figure 30 or as shown in Figure 3D and not both. The shaped body 6 is along the other of the longitudinal axis L and the transverse axis B then not curved, but has a straight course on the top 11 in the sectional view.
Figur 3F zeigt eine Seitenansicht des Formkörpers 6 gemäß Figur 3B . Die Stäbe 10 sind entlang der Längsachse L und der Querachse B nebeneinander angeordnet . Die Enden 17 bilden gemeinsam die Oberseite 11 aus . Zwischen den Stäben 10 sind die Ausnehmungen 16 angeordnet . Figure 3F shows a side view of the shaped body 6 according to Figure 3B. The rods 10 are arranged next to one another along the longitudinal axis L and the transverse axis B. The ends 17 together form the top 11. The recesses 16 are arranged between the rods 10.
Figur 3G zeigt den Formkörper 6 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Der Formkörper 6 ist aus einer Mehrzahl von flächig ausgedehnten Platten 14 gebildet . Die Platten 14 sind j eweils entlang der Längsachse L und der Querachse B flächig ausgedehnt . Die Platten 14 sind entlang der Hochrichtung Z aufeinandergestapelt . Die Platten 14 weisen insbesondere zueinander unterschiedliche flächige Ausdehnungen auf . In Hochrichtung Z werden die Platten 14 beispielsweise immer kleiner, sodass die gewölbte Oberseite 11 ausgebildet wird . Figure 3G shows the shaped body 6 according to a further exemplary embodiment. The shaped body 6 is formed from a plurality of flat plates 14. The plates 14 are each extended flatly along the longitudinal axis L and the transverse axis B. The plates 14 are stacked on top of one another along the vertical direction Z. The plates 14 have, in particular, different surface dimensions compared to one another. In the vertical direction Z, for example, the plates 14 become smaller and smaller, so that the curved top 11 is formed.
Auch Kombinationen der Ausgestaltungen gemäß Figuren 3A bis 3G sind möglich . Beispielsweise ist ein Teil des Formkörpers 6 aus dem Formkörper 15 gebildet , ein Teil ist aus den Platten 14 gebildet und ein weiterer Teil ist aus den Stäben 10 gebildet . Es ist auch möglich, dass nur der Vollkörper 15 , nur die Platten 14 oder nur die Stäbe 10 vorhanden sind und beispielsweise mit der Hei zplatte 5 oder der Kühlplatte 5 verbunden sind . Wölbungen entlang lediglich einer der Längsachse L und der Querachse B oder entlang beider Achsen L, B sind sowohl bei dem Vollkörper 15 , den Platten 14 als auch den Stäben 10 möglich . Der Grad der Wölbung ist insbesondere vorgegeben durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten des PV- Laminats 1 mit der Glasscheibe 13 und des Flächenkühlkörpers 13 . Je unterschiedlicher die Wärmeausdehnungskoef fi zienten sind, desto stärker ist die Wölbung der Oberseite 11 ausgebildet . Die Wölbung ist so groß ausgebildet wie die Wölbungen, die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten auf treten würden, j edoch in entgegengesetzte Richtung entlang der Hochrichtung Z . Der Grad der Wölbung der Oberseite 11 hängt somit von den verwendeten Materialien und/oder Legierungen der Schichten des Schichtstapels 12 ab, insbesondere von dem Material des Flächenkühlkörpers 3 und von der Art der Glasscheibe 13 . Zudem hängt die Wölbung der Oberseite 11 beispielsweise von der Dicke der Schichten des Schichtstapels 12 ab . Es ist auch möglich, dass die Wölbung der Oberseite 11 von der Art des Flächenkühlkörpers 3 abhängt , also insbesondere ob der Flächenkühlkörper 3 zwei Platten 3a, 3b ( Figur 4 ) oder lediglich eine einzige Platte 3b aufweist . Combinations of the configurations according to FIGS. 3A to 3G are also possible. For example, a part of the shaped body 6 is formed from the shaped body 15, a part is formed from the plates 14 and another part is formed from the rods 10. It is also possible that only the solid body 15, only the plates 14 or only the rods 10 are present and are connected, for example, to the heating plate 5 or the cooling plate 5. Curves along only one of the longitudinal axes L and the transverse axis B or along both axes L, B are possible both in the solid body 15, the plates 14 and the rods 10. The degree of curvature is determined in particular by the different thermal expansion coefficients of the PV laminate 1 with the glass pane 13 and the surface heat sink 13. The more different the thermal expansion coefficients are, the greater the curvature of the top 11. The curvature is designed to be as large as the curvatures that would occur due to the different thermal expansion coefficients, but in the opposite direction along the vertical direction Z. The degree of curvature of the top 11 therefore depends on the materials used and/or alloys of the layers of the layer stack 12, in particular on the material of the surface heat sink 3 and on the type of glass pane 13. In addition, the curvature of the top 11 depends, for example, on the thickness of the layers of the layer stack 12. It is also possible that the curvature of the top 11 depends on the type of surface heat sink 3, i.e. in particular whether the surface heat sink 3 has two plates 3a, 3b (FIG. 4) or just a single plate 3b.
Figur 4 zeigt ein Aus führungsbeispiel des Photovoltaik- thermischen Moduls 4 . Figure 4 shows an exemplary embodiment of the photovoltaic thermal module 4.
Das PVT -Modul 4 gemäß Figur 4 weist das Frontglas 13 auf . An einer dem Frontglas 13 gegenüberliegenden Seite befindet sich eine Rückwandfolie 105 . Mehrere , zum Beispiel kristalline Solarzellen 102 , sind über elektrische Zellverbinder 103 miteinander verbunden und zwischen dem Frontglas 13 und der Rückwandfolie 105 angeordnet . Das PVT -Modul 4 wird beispielsweise durch eine Trägerrahmen 107 , zum Beispiel aus Aluminium, mechanisch getragen . Das PVT-Modul 4 weist den Flächenkühlkörper 3 auf , insbesondere aus Aluminium . Solche Flächenkühlkörper 3 , auch als Kühlplatte bezeichnet , werden zum Beispiel in der Automobiltechnik verwendet . Der Flächenkühlkörper 3 weist beispielsweise zwei dünne Aluminiumbleche 3a, 3b auf . Zudem ist ein Verbindungsmittel zum Verbinden der beiden Belche 3a, 3b vorgesehen . In eine der beiden Platten 3a, 3b ist beispielsweise durch einen Stanzvorgang eine Kanalstruktur mit einer Viel zahl von Kühlkanälen 3c eingeprägt . Diese Kanalstruktur besteht beispielsweise aus vielen Verästelungen und ist darauf optimiert , möglichst ef fi zient Wärme abzuführen und möglichst niedrige Druckverluste zu ermöglichen . The PVT module 4 according to FIG. 4 has the front glass 13. A rear wall film 105 is located on a side opposite the front glass 13. Several, for example crystalline solar cells 102, are connected to one another via electrical cell connectors 103 and arranged between the front glass 13 and the rear wall film 105. The PVT module 4 is mechanically supported, for example, by a support frame 107, for example made of aluminum. The PVT module 4 has the surface heat sink 3, in particular made of aluminum. Such surface heat sinks 3, also referred to as cooling plates, are used, for example, in automobile technology. The surface heat sink 3 has, for example, two thin aluminum sheets 3a, 3b. In addition, a connecting means is provided for connecting the two panels 3a, 3b. A channel structure with a large number of cooling channels 3c is impressed into one of the two plates 3a, 3b, for example by a punching process. This channel structure, for example, consists of many branches and is optimized to dissipate heat as efficiently as possible and to enable pressure losses to be as low as possible.
Die Al-Kühlplatte 3 ist beispielsweise mittels einer Haftschicht 109 auf die Rückwandfolie 105 aufgeklebt oder auf laminiert . The Al cooling plate 3 is, for example, glued or laminated to the back wall film 105 by means of an adhesive layer 109.
Der Flächenkühlkörper 3 gemäß Figur 4 basiert insbesondere auf den Aluminiumplatten 3a, 3b, die beispielsweise eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen . Ein Innendurchmesser der Kühlkanäle 3c ist beispielweise zwischen 1 mm und 15 mm und kann entlang der Kanäle unterschiedlich sein . Es ist auch möglich, den Flächenkühlkörper 3 aus Glasplatten zu bilden . Es ist auch möglich, den Flächenkühlkörper 3 nur aus einer einzigen Platte 3b mit den Kühlkanälen 3c zu bilden, die direkt an die Haftschicht 109 oder die Rückwandfolie 105 angrenzt . The surface heat sink 3 according to Figure 4 is based in particular on the aluminum plates 3a, 3b, which have a thickness of approximately 1 mm, for example. An inner diameter of the cooling channels 3c is, for example, between 1 mm and 15 mm and can be different along the channels. It is also possible to form the surface heat sink 3 from glass plates. It is also possible to form the surface heat sink 3 from just a single plate 3b with the cooling channels 3c, which directly adjoins the adhesive layer 109 or the back wall film 105.
Der Flächenkühlkörper 3 weist beispielsweise genau einen Zulauf und einen Rücklauf auf , die in Figur 4 nicht expli zit dargestellt sind . Ausgehend von dem Vorlauf und dem Rücklauf erfolgt eine Verästelung der Kühlkanäle 3c, sodass mit zunehmender Entfernung vom Vorlauf und/oder vom Rücklauf eine Breite der Kühlkanäle abnehmen kann . Beispielsweise sind die Verzweigungen Bi furkationen oder Tri furkationen . The surface heat sink 3 has, for example, exactly one inlet and one return, which are not explicitly shown in FIG. 4. Starting from the flow and return, the cooling channels 3c branch out, so that with As the distance from the flow and/or return increases, the width of the cooling channels can decrease. For example, the branches are bifurcations or trifurcations.
Beispielsweise ist das PVT-Modul 4 ausgebildet wie in der Patentanmeldung PCT/EP2022 / 072670 beschrieben . Beispielsweise ist das PVT-Modul 4 ausgebildet wie in der Patentanmeldung DE 10 2022 123 915 . 2 beschreiben . For example, the PVT module 4 is designed as described in the patent application PCT/EP2022/072670. For example, the PVT module 4 is designed as in the patent application DE 10 2022 123 915. 2 describe.
Photovoltaik-Module oder einfach PV-Module sind heute schon eine Säule der Energieversorgung und werden in Zukunft zur fossil freien und CO2- freien Energieversorgung noch deutlich an Bedeutung gewinnen . Dabei sind die Kosten in den letzten 10 Jahren um ca . 90% gefallen, so dass Solarstrom heutzutage weltweit die günstigste Stromerzeugungs form darstellt . Dennoch wandelt ein PV-Modul heute lediglich ca . 20% der eingestrahlten Sonnenenergie in Strom um, der Rest geht als Abwärme verloren . Photovoltaic modules or simply PV modules are already a pillar of energy supply today and will become significantly more important in the future as a fossil-free and CO2-free energy supply. The costs have increased by approx. in the last 10 years. 90% has fallen, so that solar power is now the cheapest form of electricity generation worldwide. Nevertheless, a PV module today only converts approx. 20% of the solar energy irradiated is converted into electricity, the rest is lost as waste heat.
Wenn die Abwärme nutzbar gemacht wird, kann die Gesamtef fi zienz eines PV-Moduls deutlich gesteigert werden . Diese Module werden als Photovoltaik-Thermische Module oder kurz PVT -Module bezeichnet . Neben elektrischer Energie produzieren sie gleichzeitig auch Wärme , zumeist in Form von Warmwasser . If the waste heat is made usable, the overall ef fi ciency of a PV module can be significantly increased. These modules are called photovoltaic thermal modules or PVT modules for short. In addition to electrical energy, they also produce heat, mostly in the form of hot water.
Dem hier beschriebenen PVT-Modul 4 liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : bei der Herstellung der PVT-Module 4 haben die eingesetzten Materialien unterschiedliche physikalische Eigenschaften . Die Frontabdeckung eines Solarmoduls ist meist aus Glas , insbesondere aus der Glasscheibe 13 . Die Kühlplatte oder Wärmetauscherplatte , die auch als Flächenkühlkörper 3 bezeichnet werden kann, ist meist aus Metall. Beide Materialien haben sehr unterschiedliche mechanische Ausdehnungskoeffizienten. Bevorzugt werden die beiden Materialien aber durch einen Laminationsprozess bei hoher Temperatur zusammengefügt. Z.B. mittels EVA-Folie, die auch als Laminationsfolie 3 bezeichnet werden kann, bei ca. 130°C- 140°C. The PVT module 4 described here is based, among other things, on the following considerations: in the production of the PVT modules 4, the materials used have different physical properties. The front cover of a solar module is usually made of glass, in particular the glass pane 13. The cooling plate or heat exchanger plate, also known as a surface heat sink 3 can be described as is usually made of metal. Both materials have very different mechanical expansion coefficients. However, the two materials are preferably joined together through a lamination process at high temperatures. E.g. using EVA film, which can also be referred to as lamination film 3, at approx. 130°C - 140°C.
Beim darauf folgenden Abkühlen können die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten dazu führen, dass sich der Schichtstapel 12 und/oder das PVT -Modul 4 verbiegt, da das Aluminium sich stärker zusammenzieht als das Glas. Dies führt zu mechanischen Spannungen und kann dazu führen, dass das Modul 4 nicht mehr gerahmt werden kann, also beispielsweise der Trägerrahmen 107 montiert werden kann. Weiterhin kann es auch die Langzeitstabilität beeinträchtigen. Darüber hinaus findet die Verbiegung des PVT-Moduls 4 nicht nur bei der Abkühlung von der Laminationstemperatur statt, sondern auch im Betrieb auf dem Dach, wo ebenfalls unterschiedliche Temperaturen zwischen - 20°C/ -40°C und 80°C herrschen können . During subsequent cooling, the different expansion coefficients can cause the layer stack 12 and/or the PVT module 4 to bend because the aluminum contracts more strongly than the glass. This leads to mechanical stresses and can mean that the module 4 can no longer be framed, for example the support frame 107 can be mounted. Furthermore, it can also affect long-term stability. In addition, the bending of the PVT module 4 occurs not only when it cools down from the lamination temperature, but also during operation on the roof, where different temperatures between -20°C/-40°C and 80°C can also prevail.
Der hier beschriebene PVT -Modul 4 macht nun unter anderem von der Idee gebrauch, das PVT-Modul 4 nach der Lamination bei Raumtemperatur möglichst flach vorliegen zu haben. The PVT module 4 described here now makes use, among other things, of the idea of having the PVT module 4 as flat as possible after lamination at room temperature.
In einer Aus führungs form wird dazu das Modul 4 nach dem Laminationsprozess bei noch hohen Temperaturen entweder an Luft oder in einer Kühlpresse „überstreckt". D.h. es wird die mechanische Linse 6, 7 verwendet, die auch als Formkörper 6, 7 bezeichnet werden kann und auf die das PVT-Modul 4 bspw. mit dem Glas 13 nach unten aufgelegt wird. Bspw. als konvexe Form 6, auf die das Modul 4 aufgelegt wird. Es kann aber auch umgekehrt in die konkave Form 7 gelegt werden . Dies hätte den zusätzlichen Vorteil , dass eventuell vorhandenen, abstehende Stutzen, die auch als Anschlusselement 8 bezeichnet werden können, in die Form 7 miteingearbeitet werden können . In one embodiment, the module 4 is “overstretched” after the lamination process at still high temperatures either in air or in a cooling press. This means that the mechanical lens 6, 7 is used, which can also be referred to as a shaped body 6, 7 and on which the PVT module 4 is placed, for example, with the glass 13 facing down. For example, as a convex shape 6, on which the module 4 is placed. But it can also be placed inverted into the concave shape 7. This would have the additional advantage that any existing, protruding connectors, which can also be referred to as connecting element 8, can be incorporated into the mold 7.
Beispielsweise kühlt das PVT -Modul 4 in dieser Form ab . Die Form oder Biegung kompensiert dabei genau die normalerweise eintretende Durchbiegung in die andere Richtung des PVT- Moduls 4 , sodass es bei Raumtemperatur flach oder nahezu flach ist . For example, the PVT module 4 cools down in this form. The shape or bend precisely compensates for the deflection that normally occurs in the other direction of the PVT module 4, so that it is flat or almost flat at room temperature.
In einer weiteren Aus führungs form wird das PVT -Modul 4 bereits während des Laminationsprozesses in die entsprechende Form 6 , 7gelegt , so dass die Überstreckung schon während der Lamination bei hohen Temperaturen stattfindet , während dessen sich die Materialien tatsächlich miteinander verbinden . Dies ist dann noch ef fektiver . In a further embodiment, the PVT module 4 is already placed in the corresponding mold 6, 7 during the lamination process, so that the over-stretching takes place during the lamination at high temperatures, during which the materials actually bond to one another. This is then even more effective.
Durch die Linsenform der Form 6 , 7 kann dieses auch als mechanische Linse bezeichnet werden . Due to the lens shape of form 6, 7, this can also be referred to as a mechanical lens.
Die mechanische Linse 6 , 7 kann aus Metall oder Kunststof f bestehen, kann voll flächig sein oder nur eine Skelettstruktur (Kostenersparnis ) . Sie kann auch nur aus unterschiedlich hohen (Metall ) -Stäben 10 bestehen oder aus unterschiedlich hohen Metallplatten 14 die übereinander geschichtet sind . Die Struktur kann aus dem Vollen gefräst sein oder anderweitig zusammengebaut . The mechanical lens 6, 7 can be made of metal or plastic, can be full-surface or just a skeletal structure (cost savings). It can also only consist of (metal) rods 10 of different heights or of metal plates 14 of different heights that are layered one on top of the other. The structure can be milled from solid or otherwise assembled.
Wichtig ist dabei auch den Temperaturtrans fer von der Hei zplatte 5 in die zu laminerende Struktur 12 zu gewährleisten und nicht zu unterbrechen . Weitehin kann die Struktur in einer einzigen Richtung L, B eine Linsenform aufweisen, aber bevorzugt gleich in beide Richtungen L, B, damit das PVT-Modul am Ende in alle Richtungen eben ist . It is also important to ensure the temperature transfer from the heating plate 5 to the structure 12 to be laminated and not to interrupt it. Furthermore, the structure can have a lens shape in a single direction L, B, but preferably the same in both directions L, B, so that the PVT module is ultimately flat in all directions.
Anwendungsgebiete für das hier beschriebene PVT-Modul 4 sind Solarzellen 102 aller Art , zum Beispiel kristalline oder bi faziale kristalline Module oder Dünnschichtmodule . Weiterhin kommen insbesondere folgende Einsatzgebiete der Module 4 in Betracht : Aufdach, Industrie , Frei fläche , Niedertemperatur-Wärmenetze , schwimmende Anlagen ( auch als Floating PV bezeichnet ) , große Frei f lächen-Solarparks , insbesondere in heißen Gegenden wie USA, Indien, Spanien, Arabien, Australien, Chile Areas of application for the PVT module 4 described here are solar cells 102 of all types, for example crystalline or bifacial crystalline modules or thin-film modules. Furthermore, the following areas of application for modules 4 come into consideration in particular: rooftop, industry, open space, low-temperature heating networks, floating systems (also referred to as floating PV), large open-space solar parks, especially in hot areas such as the USA, India, Spain, Arabia, Australia, Chile
Der hier beschriebenen Formkörper 6 , 7 ermöglicht eine verbesserte Zuverlässigkeit und Qualität der PVT-Module durch doppelte Fügeverbindung mittels Klebung/ Lamination und Klemmung . Eine deutliche Vereinfachung im Produktionsprozess ist mögliche . Wesentlich weniger Einsatz von teuren Materialien, niedrigere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit sind realisierbar . The molded body 6, 7 described here enables improved reliability and quality of the PVT modules through double joining using gluing/lamination and clamping. A significant simplification of the production process is possible. Significantly less use of expensive materials, lower costs and greater economic efficiency can be achieved.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neues Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Bezugs Zeichen : The invention described here is not limited by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments. Reference symbol:
1 PV-Laminat 1 PV laminate
2 Laminations folie 2 lamination foil
3 Flächenkühlkörper 3 surface heat sinks
4 Photovoltaik-thermisches Modul ( PVT-Modul )4 Photovoltaic thermal module (PVT module)
5 Hei zplatte oder Kühlplatte 5 heating plate or cooling plate
6 Formkörper, konvex 6 shaped bodies, convex
7 Formkörper, konkav 7 shaped bodies, concave
8 Anschlusselement 8 connection element
9 Einbuchtung 9 indentation
10 Stäbe 10 sticks
11 Oberseite 11 top
12 Schichtstapel 12 layer stacks
13 Glasscheibe 13 glass pane
14 Platte 14 plate
15 Vollkörper 15 full body
16 Ausnehmungen 16 recesses
17 Ende 17 end
102 Solarzelle 102 solar cell
103 elektrischer Zellverbinder 103 electrical cell connector
105 Rückwandfolie 105 back wall film
107 Trägerrahmen 107 support frame
109 Haftschicht 109 adhesive layer
3 Flächenkühlkörper 3 surface heat sinks
3a erste Platte , den Solarzellen zugewandt3a first plate, facing the solar cells
3b zweite Platte , den Solarzellen abgewandt3b second plate, facing away from the solar cells
3c Kühlkanal 3c cooling channel
R Radius R radius
L Längsachse L longitudinal axis
B Querachse B transverse axis
Z Hochrichtung Z vertical direction

Claims

Ansprüche Expectations
1. Formkörper (6, 7) zum Herstellen eines Photovoltaikmoduls , insbesondere eines Photovoltaik-thermischen Moduls (4) , aufweisend 1. Shaped body (6, 7) for producing a photovoltaic module, in particular a photovoltaic-thermal module (4).
- eine entlang einer Hochrichtung (Z) konkav gewölbte oder konvex gewölbte Oberseite (11) zum Wölben eines Schichtstapels (12) mit mindestens zwei Schichten (1, 2, 3) für das Photovoltaikmodul (4) . - A concavely curved or convexly curved top (11) along a vertical direction (Z) for arching a layer stack (12) with at least two layers (1, 2, 3) for the photovoltaic module (4).
2. Formkörper nach Anspruch 1, aufweisend eine Mehrzahl flächig ausgedehnter Platten (14) , die entlang der Hochrichtung (Z) aufeinander gestapelt sind, wobei die Hochrichtung (Z) quer zur flächigen Ausdehnung ausgerichtet ist . 2. Shaped body according to claim 1, comprising a plurality of flatly extended plates (14) which are stacked on top of one another along the vertical direction (Z), the vertical direction (Z) being aligned transversely to the flat extent.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Mehrzahl entlang der Hochrichtung (Z) länglich ausgedehnter Stäbe (10) , wobei die Stäbe quer zur Hochrichtung nebeneinander angeordnet sind. 3. Shaped body according to claim 1 or 2, comprising a plurality of rods (10) which are elongated along the vertical direction (Z), the rods being arranged next to one another transversely to the vertical direction.
4. Formkörper nach Anspruch 1, wobei der Formkörper (6, 7) aus einem Vollkörper (15) gebildet ist. 4. Shaped body according to claim 1, wherein the shaped body (6, 7) is formed from a solid body (15).
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberseite (11) vollflächig ausgebildet ist. 5. Shaped body according to one of claims 1 to 4, in which the top (11) is formed over the entire surface.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberseite (11) eine Ausnehmung (16) aufweist. 6. Shaped body according to one of claims 1 to 4, in which the top (11) has a recess (16).
7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Oberseite (11) entlang nur einer Längsachse (L) gewölbt ist, wobei die Längsachse (L) quer zur Hochrichtung (Z) verläuft. 7. Shaped body according to one of claims 1 to 6, in which the top (11) is curved along only one longitudinal axis (L), the longitudinal axis (L) running transversely to the vertical direction (Z).
8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Oberseite (11) entlang einer Längsachse (L) gewölbt ist und entlang einer Querachse (B) gewölbt ist, wobei die Längsachse (L) und die Querachse (B) jeweils quer zur Hochrichtung (Z) verlaufen . 8. Shaped body according to one of claims 1 to 6, in which the top (11) is curved along a longitudinal axis (L) and is curved along a transverse axis (B), the longitudinal axis (L) and the transverse axis (B) each being transverse to the vertical direction (Z).
9. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Formkörper (6, 7) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/ (m-K) aufweist. 9. Shaped body according to one of claims 1 to 8, wherein the shaped body (6, 7) has a thermal conductivity of at least 30 W / (m-K).
10. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Formkörper (6, 7) aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gebildet ist. 10. Shaped body according to one of claims 1 to 9, wherein the shaped body (6, 7) is formed from a plastic and / or a metal.
11. Formkörper nach einem Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Einbuchtung (9) für ein Anschlusselement (8) des Photovoltaikmoduls . 11. Shaped body according to one of claims 1 to 10, having an indentation (9) for a connection element (8) of the photovoltaic module.
12. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Oberseite (11) in Abhängigkeit von den Wärmeausdehnungskoeffizienten zumindest zwei der Schichten12. Shaped body according to one of claims 1 to 11, in which the top (11) has at least two of the layers depending on the coefficient of thermal expansion
(1, 2, 3) des Schichtstapels (12) gewölbt ist. (1, 2, 3) of the layer stack (12) is curved.
13. Verfahren zum Bearbeiten eines Schichtstapels (12) für ein Photovoltaikmodul , insbesondere für ein Photovoltaik- thermisches Modul (4) , 13. Method for processing a layer stack (12) for a photovoltaic module, in particular for a photovoltaic thermal module (4),
- Bereitstellen des Schichtstapels (12) , - Providing the layer stack (12),
- Stapeln des Schichtstapels (12) auf einen Formköper (6, 7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, sodass der Schichtstapel (12) an dem Formköper (6, 7) anliegt, und dadurch - Stacking the layer stack (12) on a molded body (6, 7) according to one of claims 1 to 12, so that the layer stack (12) rests on the molded body (6, 7), and thereby
- Wölben des Schichtstapels (12) mittels des Formkörpers (6, 7) , - Lösen des Schichtstapels (12) von dem Formkörper (6, 7) . - Arching of the layer stack (12) by means of the shaped body (6, 7), - Detaching the layer stack (12) from the shaped body (6, 7).
14. Verfahren nach Anspruch 13, umfassend: 14. The method according to claim 13, comprising:
- Aufheizen des Schichtstapels (12) während eines Laminierens zumindest eines Teils des Schichtstapels (12) während der Schichtstapel (12) an dem Formkörper (6, 7) anliegt. - Heating the layer stack (12) while laminating at least part of the layer stack (12) while the layer stack (12) rests on the molded body (6, 7).
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, umfassend: 15. The method according to claim 13 or 14, comprising:
- Reduzieren einer Temperatur des Schichtstapels (12) während der Schichtstapel (12) an dem Formkörper (6, 7) anliegt. - Reducing a temperature of the layer stack (12) while the layer stack (12) is in contact with the molded body (6, 7).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Bereitstellen des Schichtstapels (12) umfasst: 16. The method according to any one of claims 13 to 15, in which providing the layer stack (12) comprises:
- Bereitstellen des Schichtstapels (12) , der zumindest einen metallischen Flächenkühlkörper (3) und eine Glasscheibe (13) aufweist . - Providing the layer stack (12), which has at least one metallic surface heat sink (3) and a glass pane (13).
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