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Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul umfassend eine vorderseitige Glasscheibe, mehrere hinter der Glasscheibe angeordnete, in einem Trägermaterial fixierte Solarzellen, eine rückseitig abdeckende Rückseitenfolie, sowie ein oder mehrere rückseitig über jeweils eine Klebeverbindung fixierte Profilelemente, wobei die eine oder die mehreren Klebeverbindungen zumindest teilweise auf der im randseitigen Verbindungsbereich folienfreien Glasscheibenrückseite vorgesehen sind.
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Solche Solarzellenmodule werden auch Glas-Folien-Laminate genannt und kommen in zunehmendem Maße zur Gewinnung von Solarstrom zum Einsatz. Ein solches Modul weist eine vorderseitige Frontglasscheibe auf, die in der Regel aus einem Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) aus Weißglas besteht. Hinter der Glasscheibe befinden sich die einzelnen miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen, die in einem Trägermaterial eingebettet und fixiert sind. Üblicherweise wird als solches Trägermaterial wenigstens eine EVA-Folie (EVA = Ethyl-Vinyl-Acetat) verwendet. Im Rahmen der Herstellung schmilzt diese EVA-Folie auf und bettet so die einzelnen Solarzellen in die weiche Masse ein. Es handelt sich also um eine Art Schmelzkleber. Rückseitig abgeschlossen wird der Verbund durch eine Rückseitenfolie, die auf die üblicherweise verwendete EVA-Folie im Rahmen des Herstellvorgangs aufgelegt wird. Bei dieser Rückseitenfolie handelt es sich zumeist um eine Mehrschicht-Folie aus unterschiedlichen einzelnen Kunststofffolienschichten, die unterschiedliche Materialeigenschaften wie Farbigkeit, Reißfestigkeit, Diffusionswiderstand und elektrische Isolationsfähigkeit besitzen. Es ist also eine Kunststoff-Verbundfolie. In der Regel besteht sie aus einem dreiteiligen Aufbau, z. B. einer ersten Folienlage aus PVF (PVF = Poly-Vinyl-Fluorid), gefolgt von einer PET-Folienlage (PET = Poly-Ethylen-Terephthalat), der wiederum eine PVF-Folienlage folgt.
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Im Rahmen der Herstellung werden die Glasplatte, die Solarzellen, die EVA-Folie und die Rückseitenfolie aufeinander gebracht und in einem Laminator angeordnet, der evakuiert und erhitzt wird. Im Ergebnis schmilzt die EVA-Folie auf und bildet einen dauerhaften Verbund zwischen Frontglasscheibe, Solarzellen und Rückseitenfolie. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Glas-Folien-Moduls ist hinlänglich bekannt.
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Zur Befestigung ist es erforderlich, an einem solchen Modul entsprechende Befestigungsmittel vorzusehen. Sofern das Modul einen umlaufenden Rahmen besitzt, in den die Glasscheibe und die anderen Komponenten eingelegt sind, was nach dem Laminieren erfolgt, wird der Rahmen als Befestigungsmittel verwendet, wozu beispielsweise entsprechende Halteklammern oder dergleichen den Rahmen übergreifen und so das Modul an einem entsprechenden Traggestell fixieren. Bei rahmenlosen Solarmodulen ist es – neben der Verwendung von Klemmelementen – bekannt, an die Unterseite, also auf die Rückseitenfolie, entsprechende Befestigungselemente, üblicherweise in Form von schienenartigen Profilelementen, über eine Klebeverbindung anzukleben. Auch hierüber kann eine sehr gute Fixierung der Profilelemente erreicht werden.
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Bei einem Solarzellenmodul handelt es sich um ein sehr langlebig konzipiertes Energiegewinnungselement mit einer angestrebten Mindestfunktionsdauer von 20 Jahren. Das heißt, dass neben den elektrischen Bauteilen selbstverständlich auch die mechanischen Bauteile eine derartige Langlebigkeit aufweisen müssen, wie natürlich auch die entsprechenden Bauteilverbindungen. Während dies bei dem Laminatverbund über die große Fläche sichergestellt ist, können jedoch Probleme im Bereich der Fixierung der Profilelemente über die Klebeverbindung an der Rückseitenfolie, also im Randbereich, entstehen. Die Rückseitenfolie ist wie beschrieben üblicherweise eine Verbundfolie. Es kann nun im Laufe der Zeit dazu kommen, dass sich diese Verbundfolie randseitig aufzieht bzw. sich die einzelnen Folienlagen voneinander lösen können, oder dass sich bei Verwendung einer einlagigen Rückseitenfolie diese möglicherweise randseitig aus ihrem Verbund entweder zur darunter befindlichen EVA-Schicht oder unmittelbar zur Glasscheibe aufschält. Dies ist letzten Endes auf die dauerhafte klimatische Beanspruchung zurückzuführen, nachdem die Module und damit auch sämtliche ihre Bauteile die ganze Zeit der zum Teil stark schwankenden Witterung ausgesetzt sind. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten führen zu Spannungen, die das Ablösen verursachen können. Sofern zur Befestigung eines Solarzellenmoduls ein etwaiger vorgesehener Rahmen dient, stellt dieses etwaige randseitige Ablösen kein Problem dar. Denn das Solarzellenmodul ist üblicherweise derart ausgelegt, dass ein leichtes Aufschälen im Randbereich in keinem Fall zu einer Beeinträchtigung führt. Probleme können aber dann entstehen, wenn randseitig Profilelemente auf die Rückseitenfolie geklebt sind. Löst sich die Rückseitenfolie randseitig, so wird hierüber zwangsläufig auch die Fixierung der Profilelemente beeinträchtigt, die dann zwar noch mit der Folie über die Klebeverbindung fest verbunden sind, jedoch infolge der Ablösung der Folie nicht mehr in einer festen Lagebeziehung zum Modul stehen. Daraus resultierend können sich sodann Probleme bei der dauerhaften Befestigung eines Moduls ergeben. Außerdem kann durch diese Delamination Wasser bzw. Feuchtigkeit ins Laminat eindringen.
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Ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus
DE 10 2004 059 959 A1 bekannt. Auch dort erfolgt die Verklebung eines Halteelements im folienfreien Randbereich, wobei die Klebeschicht unmittelbar auf der Glasscheibenfläche aufgebracht ist. Die Klebeschicht ist folglich der die Glasscheibe durchdringenden Strahlung ausgesetzt.
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Aus
DE 199 50 893 A1 ist ein Solarmodul mit einer Randversiegelung bekannt. Im Bereich der randseitigen Verklebung ist eine opake Farbschicht vorgesehen. Diese opake Farbschicht bietet zwar einen Schutz gegen Alterung und Versprödung der Verklebung durch den UV-Anteil des Sonnenlichts. Die Farbschicht wird durch Siebdruck aufgebracht. Es ist nicht sichergestellt, dass eine solche Farbschicht auf lange Sicht hinreichend haftet und den UV-Schutz bietet.
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DE 202 14 872 U1 beschreibt ein Photovoltaikmodul, das eine transparente Abdeckscheibe aufweist, die mit einer wetterfesten Bedruckung versehen ist, wobei alternativ auch eine durch Ätzen, Sandstrahlen oder Anschleifen herstellbare Mattierung der Abdeckscheibe möglich ist.
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Schließlich ist aus
WO 2007/071 703 A1 ein Photovoltaikmodul bekannt, das ein Substrat aufweist, auf dem die relevanten Solarzellenkomponenten aufgebaut sind. Dieses Substrat ist auf einer rückseitigen Trägerplatte aufgesetzt. Vorderseitig ist eine Glasplatte vorgesehen, die in geringem Abstand zum Substrat angeordnet ist. Der sich ergebende Raum ist mit einer Vergussmasse vergossen. Zum Schutz dieser Vergussmasse vor UV-Strahlung in Bereichen außerhalb der photovoltaisch aktiven Fläche ist eine Beschichtung vorgesehen, die an der Vorderseite oder an der Rückseite der Glasplatte vorgesehen sein kann.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Solarzellenmodul anzugeben, das eine langlebige Befestigung der Profilelemente bei einem Glas-Folien-Laminat-Modul bietet.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Solarzellenmodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Glasscheibe an der Rückseite in den folienfreien Bereichen eine die Durchlässigkeit für UV-Licht zur Klebeverbindung zumindest reduzierende Beschichtung und/oder Oberflächenstrukturierung aufweist, wobei die Beschichtung eine Keramikschicht oder eine Metallisierung ist, und wobei die Oberflächenstrukturierung durch Sandstrahlen oder Ätzen erzeugt ist, und wobei die Profilelemente über die Klebeverbindung auf die Beschichtung oder die Oberflächenstrukturierung aufgeklebt sind.
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Beim erfindungsgemäßen Modul ist vorgeschlagen, die Rückseitenfolie nicht über die gesamte Scheibenrückseite zu ziehen, sondern gegebenenfalls auch nur abschnittsweise randseitige Bereiche folienfrei zu gestalten. Die Auslegung ist dabei derart zu wählen, dass die Rückseitenfolie noch hinreichend großflächig randseitig über die Solarzellenränder überlappt. Die Klebeverbindung befindet sich zumindest teilweise in diesem folienfreien Bereich, so dass die Profilelemente unmittelbar auf die Glasscheibenrückseite aufgeklebt werden, was dahingehend von Vorteil ist, als die aus einer etwaigen Folienveränderung resultierenden Probleme vorteilhaft beseitigt sind. Darüber hinaus ergibt sich im Bereich dieser sensiblen Klebeverbindung eine Reduzierung der unterschiedlichen Materialien, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und die bei extremer Witterungsbeanspruchung zu Problemen führen können. Denn es sind hier lediglich zwei Materialien vorgesehen, nämlich zum einen die Glasscheibe, zum anderen das Profilelement, üblicherweise aus Aluminium, die über die Klebeschicht gebunden sind. Andere spannungserzeugende Materialien sind in diesem Bereich infolge der Folienfreiheit vorteilhaft nicht vorgesehen. Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Solarmodul ein Höchstmaß an Sicherheit der Profilelementverklebung infolge der erfindungsgemäßen Klebebefestigung derselben im folienfreien Randbereichen des Moduls.
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Die Klebeverbindung kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung vollständig im folienfreien Glasscheibenrandbereich vorgesehen sein, das heißt, dass die vollständige Verklebung direkt zur Scheibe hin erfolgt. Alternativ ist es denkbar, die Klebeverbindung bzw. den Klebstoff über den benachbarten Folienrand zu erstrecken, also über die Rückseitenfolie zu ziehen. Dabei wird der Folienrand in den Klebstoff eingebettet, er liegt folglich nicht frei und ist gegen Witterungseinflüsse geschützt. Hierdurch kann gleichermaßen eine hervorragende Verklebung erreicht werden, da die Klebeverbindung gleichzeitig zur Glasplatte gegeben ist.
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Es ist mitunter bereits ausreichend, wenn die Glasscheibe an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Rändern folienfrei ist und dort die Profilelemente fixiert sind. Je nach Auslegung des Moduls ist es bereits ausreichend, nur am oberen und unteren Rand des Moduls jeweils ein oder gegebenenfalls auch jeweils mehrere solche Profilelemente anzuordnen, über die die Fixierung zu darunter befindlichen Profilschienen eines Drahtgestells ermöglicht ist. Sollte es jedoch erforderlich sein, ist es selbstverständlich auch möglich, die Glasscheibe entlang aller Ränder folienfrei auszulegen und an beliebigen Rändern, also auch an allen Rändern, solche Profilelemente vorzusehen. Bei den Profilelementen muss es sich nicht immer um solche zur Befestigung des Moduls am Traggestell handeln, vielmehr können diese Profilelemente auch der Stabilisierung, also der Versteifung, dienen.
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Wie bereits beschrieben, bietet die unmittelbare Verklebung direkt an der Scheibenrückseite eine höchst zuverlässige und lang dauernde Möglichkeit der Profilelementfixierung. Um diese noch weiter zu verbessern ist vorgesehen, dass die Glasscheibe in den folienfreien Bereichen eine die Durchlässigkeit für UV-Licht zur Klebeverbindung zumindest reduzierende, vorzugsweise hierfür undurchlässige Beschichtung und/oder Oberflächenstrukturierung aufweist. Demgemäß sind Maßnahmen getroffen, um die UV-Belastung der Klebeverbindung zu reduzieren oder eine solche vollständig zu unterbinden. Die Glasscheibe selbst, wie einleitend beschrieben üblicherweise Weißglas, ist von Haus aus für UV-Licht transparent. Das heißt, dass die Klebeschicht kontinuierlich je nach Wetterlage mehr oder weniger stark mit UV-Licht bestrahlt wird. Um zu vermeiden, dass diese Bestrahlung auch nur in geringstem Maße zu einer Beeinträchtigung der Festigkeit der Klebeverbindung führt, ist die Anordnung einer nur teilweise oder vollständig UV-lichtdichten Beschichtung oder einer entsprechend ausgeführten Oberflächenstrukturierung vorgesehen. Das heißt, dass insbesondere die Beschichtung derart gewählt ist, dass sie UV-Licht absorbiert oder reflektiert, mithin also vermeidet, dass UV-Licht überhaupt oder wenn dann nur in reduziertem Maße an die Klebeverbindung durchstrahlt. Eine Oberflächenstrukturierung kann zumindest reduzierend wirken, indem sie eine unbegrenzte Vielzahl an möglichen Reflexionszentren bietet, die Licht und damit auch UV-Licht zu einem bestimmten Anteil reflektiert, so dass auch hierüber eine Strahlungsreduzierung möglich ist. Bevorzugt kommt natürlich eine entsprechende Beschichtung zum Einsatz, da diese derart gewählt werden kann, dass eine völlige UV-Lichtdichtheit gegeben ist. Hierdurch wird also gezielt die Transparenz respektive Transluzenz der Randbereiche, in denen die Klebeverbindungen vorgesehen sind, eingestellt.
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Die Beschichtung selbst kann eine Keramikschicht sein, die in entsprechender Weise beispielsweise in einem PVD- oder CVD-Verfahren auf die Glasscheibe aufgebracht wurde. Denkbar ist auch eine Farbschicht, die auf die Glasscheibe aufgesprüht oder aufgedruckt wurde, wie auch eine Metallisierung, die ebenfalls in einem PVD- oder CVD-Verfahren oder einem Sprüh- oder Druckverfahren aufgebracht wurde, sein.
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Die Oberflächenstrukturierung ihrerseits kann durch Sandstrahlen oder Ätzen erzeugt werden, also entsprechende Verfahren, um die Glasoberfläche gezielt aufzurauen und uneben zu gestalten.
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Die Breite der folienfreien und beschichteten und/oder oberflächenstrukturierten Randbereiche sollte wenigstens 7 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, betragen. Derart schmale Randbereiche sind für eine hochfeste Klebeverbindung völlig ausreichend, nachdem hierfür gängigerweise zu verwendende Kleber bereits in sehr geringen Mengen und über sehr schmale Verbindungsflächen zu einer hochfesten Klebeverbindung führen. Die Breite der Beschichtung und/oder der Oberflächenstruktur selbst sollte wenigstens 25 mm, insbesondere wenigstens 30 mm, betragen, wobei die Besichtung und/oder Oberflächenstruktur teilweise von der Rückseitenfolie übergriffen ist. Das heißt, dass die Rückseitenfolie die Beschichtung und/oder Oberflächenstruktur überlappt.
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Die Beschichtung ist vorteilhafterweise an der Scheibenrückseite vorgesehen, das heißt, dass die. Klebeverbindung direkt auf die lediglich im μm-Bereich dicke Beschichtung aufgeklebt wird. Die Oberflächenstrukturierung, die bei Verwendung einer Beschichtung zusätzlich vorgesehen sein kann, ist dann zweckmäßigerweise an der Scheibenfrontseite im Randbereich vorgesehen. Kommt nur eine Oberflächenstrukturierung zum Einsatz, so kann diese entweder scheibenrückseitig, scheibenfrontseitig oder an beiden Scheibenseiten vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Rückseitenansicht eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls ohne aufgebrachter EVA-Folie und Rückseitenfolie zur Darstellung der hier umlaufenden randseitigen Beschichtung,
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2 das Solarzellenmoduls aus 1 mit aufgebrachter EVA-Folie und Rückseitenfolie als fertiges Bauteil ohne aufgeklebte Profilelemente,
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3 eine Schnittansicht durch das Solarzellenmodul aus 2 im Randbereich mit einem aufgeklebten Profilelement, und
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4 eine Schnittansicht durch das Solarzellenmodul aus 2, mit einem aufgeklebten Profilelement in einer anderen Klebeform.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul 1 in einer Rückseitenansicht, wobei der Übersichtlichkeit halber die der Fixierung der Solarzellen dienende EVA-Folie respektive die nach dem Aufschmelzen hieraus resultierende Trägermasse sowie die Rückseitenfolie nicht dargestellt sind. Demgegenüber zeigt 2 eine Ansicht gemäß 1 mit allen nötigen Folien, mithin also ein fertiges Solarzellenmodul 1, jedoch noch ohne angeklebten Profilelementen. Ein solches Solarzellenmodul 1 besteht in jedem Fall aus einer Glasscheibe 2, üblicherweise ein Ein-Scheiben-Sicherheitsglas aus Weißglas. An der Rückseite 3 der Glasscheibe 2 sind eine Vielzahl einzelner Solarzellen 4 vorgesehen, die nahezu die gesamte Rückseite 3 belegen. Die Solarzellen 4 belegen die Rückseite bis auf einen umlaufenden Rand, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Beschichtung 5 belegt ist. Die Breite dieses Rand respektive der Beschichtung bewegt sich im Bereich von ca. 30–45 mm. Im gezeigten Beispiel ist die Beschichtung im Bereich der oberen und unteren, kürzeren Ränder etwas breiter als im Bereich der Seitenränder, was jedoch beliebig gewählt werden kann und von der konkreten Modulgröße abhängt. Die Solarzellen 4 sind randseitig etwas übergreifend zum einen mit einer EVA-Folie 6, zum anderen mit einer Rückseitenfolie 7 belegt. Die EVA-Folie 6 schmilzt im Rahmen des Laminierverfahrens auf, sie bettet die Solarzellen 4 vollständig ein und sorgt so für einen festen Verbund zur Glasscheibe 2. Denkbar ist es, zwei EVA-Folien 6 zu verwenden, eine erste zwischen der Glasscheibe 2 und den Solarzellen 4, und eine zweite hinter den Solarzellen 4. Beide schmelzen beim Laminieren auf und betten die Solarzellen 4 in die danach aushärtende Schmelzmasse ein. Der Einfachheit halber ist hier nur eine EVA-Folie 6 gezeigt. Die Rückseitenfolie 7 besteht üblicherweise aus einem dreilagigen Sandwich-Aufbau, ist also eine Verbundfolie, bestehend aus zwei Lagen aus PVF und einer Mittellage aus PET. Sie bietet eine äußerst hohe Reißfestigkeit und die elektrische Isolation des gesamten Zellenaufbaus.
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Wie 3 zeigt, erstrecken sich die EVA-Folie und die Rückseitenfolie 7 nicht bis zum Glasscheibenrand, vielmehr ist ein bestimmter Randbereich 8 folienfrei. Dieser beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 12,5 mm, kann jedoch in seiner Breite beliebig bemessen sein. Das heißt, dass im Randbereich 8 die Beschichtung 5 frei liegt, während sie im daran anschließenden, weiter innen liegenden Bereich von den Folien 6 und 7 übergriffen ist. In dem Randbereich 8 ist, siehe 3, auf die Beschichtung 5 ein Profilelement 9 über eine Klebeverbindung 10 aufgeklebt. Das Profilelement 9, das hier lediglich dem Prinzip nach dargestellt ist und bei dem es sich um eine beliebige Profilstange handeln kann, ist z. B. ein Befestigungselement, mit dem das Solarzellenmodul 1 an einem darunter befindlichen Drahtgestell befestigt werden kann. Die Klebeverbindung 10 befindet sich also unmittelbar auf der Beschichtung 5, wobei die Beschichtung 5 eine minimale Stärke im Bereich weniger um besitzt. Die Beschichtung 5 ist beispielsweise eine Keramikschicht oder eine Farbschicht oder eine Metallisierungsschicht, die weitgehend oder vollständig für UV-Licht undurchlässig ist. Hierüber wird verhindert, dass im Bereich der Klebeverbindung 10 UV-Licht auf die Klebeverbindung 10 trifft, das die Klebeverbindung 10 möglicherweise in ihren Eigenschaften verändern könnte. Durch Verwendung der Beschichtung 5 wird die Klebeverbindung hiergegen jedoch vollständig geschützt.
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Im gezeigten Beispiel befindet sich an allen Rändern eine solche UV-dichte Beschichtung 5, das heißt, dass grundsätzlich an allen Rändern entsprechende Profilelemente 9 über eine Klebeschicht fixiert werden können. Die Profilelemente 9 wie auch die Klebeschicht sind relativ schmal, was für eine hinreichende Klebebefestigung jedoch ausreichend ist.
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4 zeigt eine weitere Verklebemöglichkeit der Profilelemente 9. Gezeigt ist wiederum die Glasscheibe 2, auf der die Solarzellen 4 in die EVA-Folie 6 eingebettet sind, die wiederum mit der Rückseitenfolie 7 belegt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist jedoch, anders als bei der Ausgestaltung nach 3, der Randbereich 8 schmäler. Die Klebeverbindung 10 bzw. die diese bildende Klebemasse ist hier nicht nur im folienfreien Randbereich 8 vorgesehen, sondern auch über den Rand der anschließenden Rückseitenfolie 7 gezogen, so dass diese in die Klebemasse eingebettet ist bzw. ihre Kanten nicht freiliegt. Hierdurch wird vermieden, dass die Folienkante der Witterung ausgesetzt ist und es zu einer. etwaigen Beschädigung kommt. Darüber hinaus können auf diese Weise ohne weiteres entsprechend breite Profilelemente verklebt werden. Vorgesehen ist auch hier natürlich wieder die Beschichtung 5, die auf der Glasplattenrückseite vorgesehen ist und die für UV-Licht nicht transparent ist.
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Auch hier besteht selbstverständlich die Möglichkeit, an mehreren bzw. allen Rändern entsprechende Profilelemente zu verkleben, wobei es sich bei den Profilelementen – Entsprechendes gilt bezüglich der 3 – und beliebige Profile handeln kann, die entweder zum Fixieren an einem Gestellaufbau oder zu Versteifungszwecken dienen. Der Vorteil der Ausgestaltung nach 4 besteht darin, dass der folienfreie Randbereich insbesondere bei der Verklebung etwas breiterer Profilelemente schmäler gehalten werden kann, nachdem die Klebeverbindung etwas über den Folienrand gezogen ist, mithin also die Solarzellen 4 etwas näher an den Glasscheibenrand gesetzt werden können, als wenn der gesamte Randbereich folienfrei ist. Gleichwohl ist eine ausreichende direkte Verklebungsfläche zur Glasscheibe gegeben.
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Wenngleich nicht näher dargestellt ist, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, im Randbereich 8 an der gegenüberliegenden Frontseite der Glasscheibe 2 eine Oberflächenstrukturierung auszubilden, die einen Lichteinfall in Richtung der Beschichtung 5 insgesamt reduziert oder dämpft, um die UV-Lichtdichtheit noch weiter zu verbessern. Ferner wäre es möglich, anstelle der Beschichtung 5 eine Oberflächenstrukturierung an der Scheibenrückseite und gegebenenfalls zuzüglich oder alternativ an der Vorderseite zur Reduzierung des UV-Lichteinfalls vorzusehen. Auch wäre es denkbar, an der Rückseite sowohl die Oberflächenstrukturierung als auch eine in deren Bereich aufgebrachte Beschichtung vorzusehen.