DE102008025957A1

DE102008025957A1 - Solarmodul mit Druckausgleich

Info

Publication number: DE102008025957A1
Application number: DE102008025957A
Authority: DE
Inventors: Achim Dipl.-Ing. Vogt; Karl Friedrich Haarburger
Original assignee: Concentrix Solar GmbH
Current assignee: Soitec Solar GmbH
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul, das einen Volumenausgleichsbehälter aufweist, mit dessen Hilfe der Innendruck des Solarmoduls unabhängig von der Temperatur weitgehend konstant gehalten werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul, das einen Volumenausgleichsbehälter aufweist, mit dessen Hilfe der Innendruck des Solarmoduls unabhängig von der Temperatur weitgehend konstant gehalten werden kann.
Konzentrator-Photovoltaik-Module (CPV) erzeugen aus Sonnenlicht elektrische Energie, indem sie Sonnenlicht durch Linsen auf Solarzellen kleiner Fläche bündeln. Eine solche Bündelung kann durch sphärische Linsen oder auch durch Fresnel-Linsen erfolgen. Auch eine Konzentrierung über Spiegel ist möglich.
Der Abstand zwischen dem konzentrierenden Element, also zwischen Linse oder Spiegel, und der entsprechenden Solarzelle wird durch die Brennweite des konzentrierenden Elementes bestimmt. Eine weit verbreitete Ausführungsform von Konzentrator-Modulen weist eine Bodenplatte auf, auf welcher eine Vielzahl von Solarzellen angeordnet ist und weist außerdem eine zur Bodenplatte parallele Linsenplatte auf, auf welcher eine der Anzahl der Solarzellen entsprechende Anzahl von Linsen mit zur Linsenplatte parallelen Linsenebenen angeordnet sind. Hierbei konzentriert dann jeweils eine Linse Licht auf eine in der Nähe ihres Brennpunktes angeordnete Solarzelle. Der Abstand zwischen Linsenplatte und Bodenplatte wird so gewählt, dass das durch die Linse gebündelte Licht die Solarzelle gerade vollständig ausleuchtet. Zur Verwirklichung dieser Bedingung muss der Abstand zwischen Linsenplatte und Bodenplatte sehr genau eingehalten werden.
Die Module können hierbei nicht luftdicht ausgeführt werden, da sich das Modul bei unterschiedlicher Bestrahlung mit Sonnenlicht sehr unterschiedlich erwärmt, was zu einer stark variierenden Ausdehnung des im Solarmodul enthaltenden Gases führt. Wäre das Solarmodul gasdicht abgeschlossen, würde bei Bestrahlung mit Sonnenlicht im Inneren des Moduls ein starker Überdruck entstehen, der die Linsenplatte aufwölben würde. Andererseits würde bei geringen Temperaturen ein starker Unterdruck entstehen, so dass die Linsenplatte ins Innere des Moduls gewölbt würde. Dies würde jedoch zu einer Defokussierung des Solarmoduls und damit zu einem Abfall des Wirkungsgrades führen.
Nach dem Stand der Technik wurde daher stets ein Gasaustausch des Inneren des Solarmoduls mit der Umgebung zugelassen, so dass expandierendes Gas entweichen und von außen Gas einströmen konnte.
Problematisch ist hierbei, dass die verbauten elektrischen Bauteile wie Solarzellen, Dioden und Verbin dungsdrähte auf Dauer durch Luftfeuchtigkeit und Schadstoffe geschädigt werden können und dadurch die Funktionsfähigkeit des Moduls eingeschränkt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Solarzellenmodul anzugeben, in welchem elektrische Bauteile, wie Solarzellen, Dioden und Drähte vor Verwitterung geschützt sind und andererseits jedoch eine Ausdehnung und Kontraktion des im Inneren des Moduls enthaltenen Gases durch Erwärmung und Abkühlung nicht zu einer Wölbung der Linsenplatte führt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Solarmodul nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Solarmoduls werden durch die abhängigen Ansprüche gegeben.
Das erfindungsgemäße Solarmodul weist ein geschlossenes Gehäuse auf, in welchem zumindest eine Solarzelle anordnenbar ist. Das erfindungsgemäße Modul weist außerdem zumindest einen Volumenausgleichsbehälter auf, der mit dem Inneren des Gehäuses gasdurchlässig verbunden ist. Mögliche Öffnungen zu Volumenausgleichsbehältern werden vom Begriff „geschlossen” umfasst, so dass ein Gehäuse trotz dieser Öffnungen als geschlossen bezeichnet wird. Der Volumenausgleichsbehälter ist so ausgeführt, dass sein Volumen bei Druckänderungen veränderbar ist. Das bedeutet, dass eine Erhöhung des Innendrucks des geschlossenen Gehäuses, die auch zu einer Erhöhung des Innendruckes des Volumenausgleichsbehälters führt, zu einer Vergrößerung des Volumens des Volumenausgleichsbehälters führt. Andererseits kann eine Druckerniedrigung entsprechend zu einer Verkleinerung des Volumenausgleichsbehälters führen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Druck im Inneren des Gehäuses bei einer Erwärmung nicht wesentlich ansteigt und bei einer Abkühlung nicht wesentlich abfällt. Andererseits findet jedoch kein Stoffaustausch mit der Umgebung statt, so dass elektrische Bauteile im Inneren des Gehäuses vor Beschädigung und Verwitterung geschützt sind.
Vorzugsweise sollten das Innere des Gehäuses und der Volumenausgleichsbehälter zusammen mit eventuellen Verbindungsleitungen ein möglichst gasdichtes System bilden. Je höher die Dichtigkeit des Systems ist, desto größer ist die Lebensdauer des Solarmoduls.
Wie beschrieben ist der Volumenausgleichsbehälter so ausgeführt, dass bereits eine kleine Erhöhung des Drucks gegenüber dem Umgebungsdruck zu einer Vergrößerung des Volumens führt und ein kleiner Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck zu einer Verkleinerung des Volumens führt. Es ist bevorzugt, wenn eine Volumenänderung bereits ab einer Druckdifferenz zum Umgebungsdruck von höchstens 20 mbar, vorzugsweise höchstens 10 mbar, besonders bevorzugt höchstens 5 mbar zu einer Volumenänderung führt.
Der Volumenausgleichsbehälter kann auf verschiedenste Weise ausgeführt sein. Möglich ist beispielsweise, den Volumenausgleichsbehälter als Beutel, beispielsweise als Folienbeutel, auszugestalten. Eine andere Möglichkeit ist es, den Volumenausgleichsbehälter als Faltenbalk auszuführen. Geeignete Materialien für den Volumenausgleichsbehälter sind beispielsweise Folie, EPDM-Matten, metallverstärkte Folien oder auch sonstige Materialien, deren Wasserdampfdurchlässigkeit in der Größenordnung der ansonsten im Modul eingesetzten Materialien liegt, vorzugsweise Materialien, deren Wasserdampfdurchlässigkeit kleiner als 0.03 g/m2h ist, bevorzugt kleiner als 0.01 g/m²h, besonders bevorzugt kleiner als 0.005 g/m²h ist.
Um eine günstige Herstellbarkeit und eine flexible Anordenbarkeit zu gewährleisten, sind das Innere des Gehäuses und der Volumenausgleichsbehälter vorzugsweise über zumindest eine Leitung oder einen Schlauch gasdurchlässig miteinander verbunden. Eine solche Leitung kann dann auf einer Seite in das Innere des Gehäuses und auf der anderen Seite in das Innere des Volumenausgleichsbehälters münden.
Andererseits kann auch eine Öffnung des Gehäuses an eine Öffnung des Volumenausgleichsbehälters grenzen. In diesem Fall ist also der Volumenausgleichsbehälter direkt am Gehäuse des Solarmoduls angeordnet.
Wie bereits beschrieben, ist das erfindungsgemäße Solarmodul besonders für photovoltaische Konzentratorsysteme geeignet, da hier die Druckänderung im Inneren bei gasdichtem Abschluss zu einer Defokussierung und damit einer Verringerung des Wirkungsgrades des Modules führen kann. Erfindungsgemäß kann daher das Gehäuse eine Linsenplatte aufweisen, mit welcher einfallendes Licht auf eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Solarzelle konzentrierbar ist. Grundsätzlich kann die Erfindung auch bei allen herkömmlichen Konzentratormodulen zur Anwendung kommen.
Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Solarmodul anhand von Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Beutel als Volumenausgleichsbehälter und
2 ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Faltenbalk als Volumenausgleichsbehälter.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einem Beutel 6 als Volumenausgleichsbehälter. Solarmodule können beispielsweise Flatcon-Konzentratormodule der Firma Concentrix Solar GmbH sein. Das Solarmodul weist ein Gehäuse 1 auf, welches nach oben durch eine Linsenplatte 3 und nach unten durch eine Bodenplatte 4 begrenzt wird. Das Innere 2 des Gehäuses 1 ist über eine Leitung 5 mit dem Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 verbunden. Volumenausgleichsbehälter 6, Gehäuse 1 und Leitung 5 bilden zusammen ein luftdicht abgeschlossenes System. 1a) zeigt das Solarmodul im abgekühlten Zustand. Hierbei ist das Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 minimal.
1b) zeigt nun das in 1a) gezeigte Solarmodul im mit Sonnenlicht beleuchteten Zustand. Trifft also Sonnenlicht auf die Linsenplatte 3, erwärmt sich die im Inneren 2 des Gehäuses befindliche Luft und vergrößert ihr Volumen. Das zusätzliche Luftvolumen kann nun durch die Leitung 5 in den Volumenausgleichsbehälter 6 strömen, der durch die leichte Druckerhöhung sein Volumen 7 vergrößert. Kühlt das Solarmodul wieder ab, so kontrahiert sich die Luft wieder und das System geht in den in 1a) gezeigten Zustand über.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarmoduls. Gleiche Bezugszeichen entsprechen hierbei gleichen Elementen wie in den 1a) und 1b). Anstelle des Beutels in 1 ist hier der Volumenausgleichsbehälter 6 ein Faltenbalk mit im Wesentlichen zylindrischer Form, wobei die Falten konzentrisch um die Zylinderachse angeordnet sind, so dass sich das Volumen 7 des Faltenbalks 6 dadurch vergrößern kann, dass der Faltenbalk seine Länge in Richtung der Zylinderachse vergrößert. 2a) zeigt wiederum das Solarmodul im abgekühlten Zustand, während 2b) das Solarmodul im erwärmten Zustand zeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Volumen 7 des Volumenausgleichsbehälters 6 im abgekühlten Zustand kleiner ist als im erwärmten Zustand.

Claims

Solarmodul mit einem geschlossenen Gehäuse (1) zur Aufnahme zumindest einer Solarzelle und mit zumindest einem Volumenausgleichsbehälter (6) mit veränderbarem Volumen (7), der mit dem Inneren (2) des Gehäuses gasdurchlässig verbunden ist.
Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) und der zumindest eine Volumenausgleichsbehälter (6) zusammen ein im Wesentlichen gasdichtes System bilden.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Volumenausgleichsbehälters durch einen Überdruck gegenüber dem Außendruck von ≤ 20 mbar, vorzugsweise ≤ 10 mbar, vorzugsweise ≤ 5 mbar vergrößerbar ist.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest einen Volumenausgleichsbehälter (6) ein Beutel ist.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest einen Volumenausgleichsbehälter (6) ein Faltenbalk ist.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenausgleichsbehälter (6) Folie, EPDM-Matten, metallverstärkte Folie und/oder Materialien mit einer Wasserdampfdurchlässigeit von weniger als 0.02 g/m²h, vorzugsweise weniger als 0.01 g/m²h, besonders bevorzugt weniger als 0.005 g/m²h aufweist oder daraus besteht.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenausgleichsbehälter (6) mit dem Gehäuse (1) über zumindest eine Leitung (5) und/oder zumindest einen Schlauch (5) gasdurchlässig verbunden ist.
Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Leitung und/oder der zumindest eine Schlauch mit dem Gehäuse an einem Rahmen des Gehäuses, der zwischen einer Linsenplatte und einer Bodenplatte des Gehäuses angeordnet ist, verbunden ist.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung des Gehäuses (1) an eine Öffnung des Volumenausgleichsbehälters (6) grenzt.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Gehäuse für ein photovoltaisches Konzentratormodul ist.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Solarzelle.
Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Linsenplatte (3) aufweist, mit welcher einfallendes Licht auf im Inneren (2) des Gehäuses (1) angeordnete Solarzellen konzentrierbar ist.