Gegenstand der Erfindung ist die elektrische und mechanische Montage von mono- oder multi-kristallinen (c-Si) Solar-Modulen auf einer Glasscheibe und deren Integration in einem Isolierglasverbund sowie die Herstellung einer Isolierglasscheibe mit innenliegenden c-Si Modulen ohne Lamination. Derartige Isolierglasscheiben mit integrierten c-Si Modulen sind kostengünstig herstellbar und können sehr einfach in Gebäudefassaden integriert werden oder als Dachanordnungen oder freistehende Elemente verwendet werden.

Ein Solarmodul, Photovoltaikmodul oder Solargenerator wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Als wichtigste Bestandteile enthält es mehrere Solarzellen.

Solarmodule werden einzeln oder zu Gruppen verschaltet in Photovoltaikanlagen, kleinen stromnetzunabhängigen Verbrauchern oder zur Stromversorgung von Raumfahrzeugen verwendet. Ein Solarmodul wird durch seine elektrischen Anschlusswerte (z.B. Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom) charakterisiert. Diese hängen von den Eigenschaften der einzelnen Solarzellen und der Verschaltung der Solarzellen innerhalb des Moduls ab.

Um den Anforderungen einer Anlage für solar erzeugten Strom gerecht zu werden,,, fasst man Solarzellen mittels mehrerer verschiedener Materialien zu einem Solarmodul zusammen. Dieser Verbund erfüllt folgende Zwecke:

• transparente, strahlungs- und witterungsbeständige Abdeckung

• robuste elektrische Anschlüsse

• Schutz der spröden Soiarzeiie vυr median iyuieri Einflüssen

• Schutz der Solarzellen und elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit

• Ausreichende Kühlung der Solarzellen

• Berührungsschutz der elektrisch leitenden Bauteile

• Handhabungs- und Befestigungsmöglichkeit Es gibt verschiedene Bauformen von Solarmodulen mit verschiedenen Arten von Solarzellen. Im Folgenden wird anhand des weltweit am häufigsten eingesetzten Modultyps der Aufbau erklärt:

• Eine Glasscheibe (meist sogenanntes Einscheiben-Sicherheits-Glas, kurz ESG) auf der zur Sonne gewandten Seite.

• Eine transparente Kunststoffschicht (Ethylenvinylacetat (EVA) oder Silikongummi), in der die Solarzellen eingebettet sind,

• mono- oder polykristalline Solarzellen, die durch Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet sind,

• Rückseitenkaschierung mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie z.B. aus Polyvinylfluorid (Tedlar) und Polyester,

• Anschlussdose mit Freilaufdiode bzw. Bypassdiode und Anschlussterminal

• ein Aluminiumprofil-Rahmen zum Schutz der Glasscheibe bei Transport, Handhabung und Montage, für die Befestigung und für die Versteifung des Verbundes.

In der DE202008003967U1 wird eine Baugruppe von Solar-Photovoltaikzellen beschrieben, die in einem Isolierglasverbund angeordnet sind. Die Baugruppe ist zwischen zwei Scheiben angeordnet, die mit einem umlaufenden Dichtstreifen zu einem abgeschlossenen Hohlraum abgedichtet sind.

Die Photovoltaikzellen sind mit einem Haftkleber auf der Innenseite des Isolierglasverbundes fixiert. Damit bestehen allerdings die Nachteile der unerwünschten Ausgasung des Klebers im Innenraum und eine aufwendige Montage.

Generell werden Dünnfilm-PV-Zellen, so wie in diesem Gebrauchsmuster genannt, einzellig ausgeführt - da die entsprechenden Senen/Parallel-bchaltungen bereits im Dünnfilm-Layout gemacht werden können. Wenn 2 oder mehr Dünnfilmzellen in einem Isolierglasverbund angeordnet werden, dann ist dabei meist die Durchsicht maßgeblich, sodass in einem z.B. mittigen Bereich keine Dünnfilmzellen angeordnet werden können, damit der Isolierglasverbund auch als Fenster verwendet werden kann. In der EP00499075B1 wird ein Solarzellenstring vorgeschlagen, bei dem zueinander beabstandete Solarzellen über Kontaktelemeπte in Reihe geschaltet werden, die eine Relativbewegung zwischen den Zellen ermöglichen.

In einer üblichen Ausführungsform, beispielsweise in der EP01018166B1 genannt, werden derartig kontaktierte und in Serie beziehungsweise Parallel geschaltete Solarzellen beidseitig mit einem Einkapselungsmaterial, beispielsweise und üblicherweise EVA (Ethylenvinylacetat) in einer Laminieranlage versehen.

Beim vorher genannten Stand der Technik besteht der Nachteil einer aufwändigen Montage und Halterung der Solarzellen mittels Lamination auf entsprechenden Trägerplatten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Mehrzahl von Solarzellen gemäß dem DE202008003967U1 so zu haltern, dass eine kostengünstigere Halterung und eine verbesserte Montage gegeben sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Solarzellen im Innenraum eines Isolierglaskörpers angeordnet sind, welcher Isolierglaskörper aus einem Isolierglasmodul besteht, das seinerseits mindestens aus einer Frontscheibe und mindestens einer davon beabstandet angeordneten Rückscheibe und einem Innenraum besteht, der bevorzugt mit einem inerten Gas gefüllt ist und dass die Solarzellen durch Verlöten auf der Innenseite mindestens einer der Scheiben

Die Erfindung verwendet mono- oder multi-kristalline Module, also c-Si Zellen. Vorteilhaft haben c-Si Zellen Abmessungen von z. B. von 157 x 157 mm bis etwa 120 x 120 mm und können je nach den vorgesehenen Lötstützpunkten am Glas nahezu beliebig angeordnet werden. Demzufolge kann eine Durchsicht in gewissen Bereichen erreicht werden oder eine Lichtdurchlässigkeit von z.B. 20% erreicht werden. Zusätzlich kann die Serien- und Parallelschaltung ebenso frei gewählt werden, wie es für die jeweilige Anwendung optimal ist. Damit können die erfindungsgemäßen Solarmodule auch als Fenster mit einer guten optischen Durchsicht erstellt werden.

Die Anschlüsse können natürlich sehr einfach direkt aufgebracht und thermisch fixiert auf der Innenseite des Glases durch das Hohlprofil mit deren primären und sekundären Isolierungen nach Außen geführt werden. Eventuelle Dioden oder Widerstände können dabei natürlich ebenso sehr einfach integriert werden.

Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass mit der Anordnung der Solarzellen im Innenraum eines derartigen Isolierglasmoduls eine wesentlich bessere Halterung gegeben ist, denn nun können die Solarzellen einfach auf die Innenseite der Rückscheibe aufgelegt werden, ohne dass es besonders aufwendiger Halterungen bedarf. Es genügt eine einfache Lagensicherung oder Lagenfixierung, wie sie z. B. durch Klebstofftropfen erfolgen kann, welche beispielsweise an der Unterseite der Solarzellen angeordnet sind und einen Haftverbund mit der Innenseite der Rückscheibe erbringen.

In der vorliegenden Erfindung werden mono- oder multikristalline Solarzellenmodule verwendet, die mit lötfähigen und elektrisch gut leitenden Bändern versehen sind, die die Unterseite einer Zelle mit der oberseitigen Struktur einer in Serie geschalteten Zelle verbinden und in der Folge die Anschlüsse eines Moduls ergeben. Die Art der Serien- und Parallelschaltung kann dabei nach dem Stand der Technik gewählt werden und die Anzahl dieser Verbindungsbänder (Strings) kann ebenfalls nach dem Stand der Technik gewählt werden, wobei zwei Strings eine übliche Anzahl ist.

verbindenden Strings zur Lagensicherung der Solarzellen auf der Innenseite der Rückscheibe angelötet sind.

Damit ergibt sich eine besonders einfache Halterung und damit auch eine einfache Montage derartiger Isolierglasmodule mit darin lediglich der Lagensicherung dienenden befestigten Solarzellen. Es ist also deshalb keine Lamination mehr erforderlich und die Solarzellen können sozusagen in einem „Schneewittchensarg" nur hineingelegt und dort lagengesichert gehalten werden.

Erfindungsgemäß ist der Innenraum als Hohlraum ausgebildet und ist mit einem inerten Gas gefüllt. Dies ist ein Unterschied zum Stand der Technik, denn beim Stand der Technik ist aus elektrischen Gründen vorgesehen, dass die Oberfläche von Solarzellen vollkommen mit einer Kunststoffschicht abgedeckt ist, die optisch durchlässig ist, d. h. also transparent oder transluzent ausgebildet ist und der Halterung der Solarzellen dient.

Dies entfällt nach der vorliegenden Erfindung, und es werden dadurch wesentliche . Kosten gespart. Es handelt sich beim Stand der Technik um eine sogenannte EVA- Beschichtung (Ethylenvinylacetat).

Dies entfällt erfindungsgemäß, und damit werden die Herstellungskosten eines derartigen Fotovoltaik-Elementes wesentlich herabgesetzt.

Durch den Wegfall der beschichtenden Kunststoffüberdeckung der Solarzellen besteht im Innenraum des Isolierglasmoduls die Gefahr der Reflexion und damit eines Wirkungsgradverlustes. Um dies zu vermindern, ist vorgesehen, dass an der Oberseite der Frontscheibe eine Antireflexbeschichtung angebracht wird.

Ebenso kann eine Prägestruktur an der Oberfläche der Frontscheibeverwendet werden.

Weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass aufgrund der Aufnahme der

O I o r-~-n_N 11 <-M-% in oinor« Icrxl iornloomnrJi ι l ICΛ1QOQ+7+ 10fr H oec H oc I 1 ιl allseitig abgedichtet ist und mit dem vorher genannten inerten Gas oder Luft gefüllt ist oder evakuiert ist. Hierzu ist vorgesehen, dass randseitig ein umlaufendes Hohlprofil angeordnet ist, welches einerseits mit einem ersten Haftmittel an den Innenseiten der Front- und der Rückscheibe befestigt ist und welches stirnseitig ein Dichtmittel trägt, welches dieses Abstandsprofil abdichtend vollumfänglich in dem Zwischenraum zwischen der Frontscheibe und der Rückscheibe hält und trägt. In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Solarzellen lediglich mit einem haftvermittelnden Kleber auf der Innenseite der Rückscheibe positioniert.

In einer zweiten Ausführungsform werden die Solarzellen im Bereich ihrer Strings an zugeordneten Leitschichten angelötet, die auf der Oberfläche der Rückscheibe angeordnet sind.

Die Erfindung sieht auch eine Kombination der beiden oben genannten Lagensicherungen vor.

Von besonderem Vorteil ist, dass diese Leitschichten auch noch randseitig angebracht werden können und der Zu- und Ableitung der Stromleiter nach außen dienen.

In einer dritten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der unterseitige String der Solarzellen entfällt und stattdessen über eine Lötverbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zu der auf der Innenseite der Rückscheibe angeordneten Leitschicht hergestellt wird. Auf diese Weise wird sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch eine Lagensicherung der Solarzellen im Innenraum des Isolierglasmoduls verwendet. Dies ist besonders günstig bei der Herstellung und ein besonders einfaches Herstellungsverfahren.

Ein zur Herstellung eines derartigen Fotovoltaik-Moduls bevorzugtes Verfahren besteht aus folgenden Verfahrensschritten:

1. Herstellung von handelsüblichen Solarzellen mit elektrischem Anschluss

UCI Z.uycuι u ι icici ι O ll l l iyo , ouuαoo uicoco ι uiuvuuαin-iviuuui cicivu uυi i leitfähig und funktionsfähig vorliegt.

2. Einlegen dieses so vorbereiteten, voll funktionsfähigen Fotovoltaik-Moduls in einen geöffneten Isolierglasverbund, wobei z. B. die Frontscheibe noch entfernt ist.

3. Die auf der Rückscheibe aufgelegten Solarzellen werden mit einem geeigneten lagensichernden Kleber auf der Rückscheibe fixiert und die Zu- und Ableitungen werden löttechnisch auf lötbaren Leitschichten auf der Innenseite der Rückscheibe hergestellt.

4. Anbringen des randseitig umlaufenden Hohlprofils mit mindestens einem Haftmittel zur Befestigung des Hohlprofils an der Innenseite der Rückscheibe.

5. Anbringen der Frontscheibe auf das vorbereitete Hohlprofil mit Anheften der Innenseite der Frontscheibe an das hohlprofilseitige Haftmittel

6. Stirnseitiges umlaufendes Anbringen eines Dichtmittels zum Abdichten des Hohlprofils in dem Isolierglasverbund zwischen der Frontscheibe und der Rückscheibe.

7. Der Innenraum im Isolierglasmodul kann mit Luft oder inertem Gas befüllt sein oder kann evakuiert sein.

In einer zweiten Verfahrensvariante werden alle Verfahrensschritte, wie oben stehend ausgeführt, mit Ausnahme des Verfahrensschrittes, dass die Solarzellen mit einem haftvermittelnden Kleber auf der Innenseite der Rückscheibe festgelegt werden.

Stattdessen werden die Strings, die zur elektrischen Verbindung der Solarzellen dienen, mithilfe einer Löt- oder Reibschweißverbindung auf zugeordneten, lötbaren Leitschichten auf der Innenseite der Rückscheibe festgelegt.

In einer dritten Verfahrens Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun statt der Verlötung der unterseitigen Strings der Solarzellen nun vorgesehen, dass die unterseitigen Strings entfallen und nun unmittelbar die Solarzellen leitfähig mit den auf der Innenseite der Rückscheibe angeordneten Leitschichten verlötet werden.

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Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Figur 1 : perspektivische Darstellung von zwei über Striπgs miteinander verschalteten Solarzellen, die aus einer Reihe von Einzelzellen bestehen.

Figur 2: Schnitt durch eine erste Variante eines Isolierglasmoduls mit einer haftklebrigen, Lagen sichernden Befestigung der Solarzellen nach Figur 1

Figur 3: eine Variante gegenüber Figur 2

Figur 4: eine Variante gegenüber Figur 2 und 3

Figur 5: die Draufsicht auf das Isolierglasmodul in Pfeilrichtung V in Figur 4 mit Darstellung weiterer Einzelheiten

In Figur 1 ist allgemein ein Fotovoltaik-Modul dargestellt, das aus zwei miteinander verschalteten Solarzellen 1 , 2 besteht, die in nicht näher dargestellter Weise über Strings 18 elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Jede Solarzelle 1 , 2 besteht aus einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen Einzelzellen 3. Es irr» D o hmöπ Hör C rfi n/Hi mn r» ϊ/"»r»+ oι ιf H iö x/oreohinrlönon

Verschaltungsarten dieser Solarzellen eingegangen.

Wichtig ist nun, dass die Solarzellen 1 , 2 in ein Isolierglasmodul 4 lagengesichert befestigt eingebracht werden, wobei nach der vorher genannten ersten Verfahrensvariante auf eine aus Glas bestehende Rückscheibe 11 die Solarzellen 1 , 2 aufgelegt werden und mithilfe eines nicht näher dargestellten Haftklebers auf der Oberfläche dieser Rückscheibe 11 festgelegt werden. Die Strings 18 sind hierbei elektrisch leitfähig miteinander verbunden und werden stirnseitig unter dem Hohlprofil 12 herausgeführt. Somit sind die Anschlüsse 15, 16 elektrisch kontaktierbar.

Nach der Festlegung der Solarzellen 1 , 2 auf der Innenseite der Rückscheibe 11 wird nun das Hohlprofil 12 eingesetzt und mit einem geeigneten Haftmittel 13 auf der Innenseite der Rückscheibe 11 angeklebt.

Danach wird die Frontscheibe 7 aufgelegt, die ebenfalls mit einem geeigneten Haftmittel 13 mit dem Hohlprofil 12 verbunden wird. Das Haftmittel 13 ist so ausgebildet, dass es thermisch elastisch ist und ein gewisses Bewegungsspiel der beiden Scheiben 7, 11 zueinander zulässt.

Es wird dann ein Dichtmittel 14 stirnseitig umlaufend aufgetragen, welches den Hohlprofil 12 abdichtend mit den Scheiben 7, 11 verbindet und so einen absolut dichten, d. h. luftdichten, Abschluss erbringt, sodass der Innenraum 9 des Isolierglasmoduls 4 von der Atmosphäre abdichtend abgeschlossen ist. Es wird deshalb kein Wasserdampf im Innenraum 9 vorhanden sein, insbesondere weil auch ein geeignetes Trocknungsmittel 17 im Hohlprofil 12 angeordnet ist und durch entsprechende luftführende Kanäle Zugang zum Innenraum 9 des Isolierglasmoduls 4 hat.

Auf der Innenseite der Frontscheibe 7 kann eine Beschichtung 8 vorgesehen werden, die als Antireflex-Beschichtung ausgebildet ist.

Beim Aufbringen der Frontscheibe 7 auf dem Haftmittel 13 und der Abdichtung mit dem Dichtmittel 14 kann gleichzeitig auch ein Luftaustausch der im Innenraum 9

kann jedoch auch grundsätzlich Luft im Innenraum 9 verbleiben oder der Innenraum kann evakuiert werden.

Eine entsprechende Bestrahlung der Sonne 5 in Pfeilrichtung 6 auf die Frontscheibe 7 des Isolierglasmoduls 4 führt daher zu einer geeigneten Einstrahlung in den Innenraum 9, wobei die außenseitige Beschichtung 10 auf der Außenseite der Frontscheibe 7 eine Reflexion nach außen verhindert. Hierdurch kommt es zu einer ausgezeichneten Belichtung im Innenraum 9 durch die transparente oder transluzente Frontscheibe 7 auf die Solarzellen 1 , 2, die daher mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Es besteht nicht die Gefahr der Verschmutzung und nicht die Gefahr der Wasserdampfbildung. Alterungserscheinungen werden aufgrund der Umhüllung der Solarzellen durch trockene Luft beziehungsweise ein inertes trockenes Gas minimiert.

Damit ist eine hohe Lebensdauer für die Solarzellen bei hohem Wirkungsgrad gegeben.

Die Solarzellen liegen sozusagen frei in einem „Schneewittchensarg", ohne dass sie von einer wesentliche Lichtstärke wegnehmenden diffusen Abdeckschicht überdeckt wären, wodurch diese gesamte Anordnung mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad arbeitet.

Eine abgewandelte Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt, wo erkennbar ist, dass die an der Unterseite der Solarzellen 1 verlaufenden Strings 18 lagensichernd dadurch auf der Oberfläche der Rückscheibe 11 festgelegt sind, dass auf der Rückscheibe 11 Leitschichten 19 angebracht sind, die bevorzugt lötbar ausgebildet sind. Solche Leitschichten können z. B. aus einer Silberleitpaste oder aus anderen geeigneten Leitschichten bestehen. In diesem Bereich werden die Strings 18 angelötet, was jedoch nicht einen elektrischen Kontakt ergibt, sondern lediglich der Lagensicherung dient.

Lediglich im Außenbereich werden die Leitschichten 19 in elektrisch leitfähige Anschlussflächen 22 fortgesetzt, die dann nach außen durch oder unter dem Hchlprofii 12 hindurchgeführt werden. Auf diese Weise ist eine besonders günstige Nachaußenführung der Anschlussleitungen 15, 16 gegeben, ohne dass es Hohldurchführungen bedarf.

Bei den im mittleren Bereich vorgesehenen Leitschichten handelt es sich also lediglich um eine thermische Fixierung 20, ohne dass es auf eine elektrische Kontaktierung ankommt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entfallen die unterseitig angeordneten Strings 18 der Solarzellen 1 und diese sind nun unmittelbar elektrisch leitfähig über eine Lötverbindung 21 mit dem elektrisch leitfähigen Leitschichten 19 verbunden und dort kontaktiert.

Es liegen also keine thermischen Fixierungen mehr vor, sondern die Lötverbindungen 21 dienen gleichzeitig der Lagensicherung der genannten Solarzellen und gleichzeitig auch den elektrischen Anschlüssen der Einzelzellen und der Solarzellen untereinander.

Auch hier sind die Anschlussflächen 22 unter dem Hohlprofil 12 nach außen geführt.

Die Figur 5 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung der Figur 3 in Pfeilrichtung V, wo erkennbar ist, dass jedem String eine Anschlussfläche 22 außenseitig zugeordnet ist und die im Innenraum im mittleren Bereich verlaufenden Strings über die genannte Leitschicht 19 und die dort vorhandene Lötverbindung 21 lagengesichert und elektrisch kontaktiert auf der Rückscheibe 11 angeordnet sind.

Zeichnunqslegende

Solarzelle

Solarzelle

Einzelzelle

Isolierglasmodul

Sonne

Pfeilrichtung

Frontscheibe

Beschichtung (innen)

Innenraum

Beschichtung (außen)

Rückscheibe

Hohlprofil

Haftmittel

Dichtmittel

Anschluss

Anschluss

Trocknungsmittel

String

Leitschicht (lötbar)

Thermische Fixierung

Lötverbindung

Anschlussfläche