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Patent Searching and Data


Title:
PHOTOVOLTAICALLY ACTIVE LAMINATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/234105
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a photovoltaically active laminate, comprising at least a cover film (2) which forms the top surface of the laminate and which is transparent to incident light radiation, a photovoltaically active solar cell film (3) and a fiber composite support layer (4).

Inventors:
BRYMERSKI WOJCIECH (DE)
MATTHAI ANNEGRET (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/064670
Publication Date:
December 12, 2019
Filing Date:
June 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
International Classes:
H01L31/048; H01L31/049; H02S20/30
Foreign References:
DE102009034794A12011-01-27
US20070125417A12007-06-07
EP2204281A12010-07-07
DE102008038647A12010-02-25
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE:

Photovoltaisch aktives, flexibles Laminat, geeignet zur direkten An- bringung auf nicht ebenflächigen Oberflächen, mindestens umfassend eine die Laminatoberseite bildende, für einfallende Lichtstrahlung transparente Deckfolie (2), eine photovoltaisch aktive Solarzellenfolie (3) bestehend aus einer Trägerfolie und einer auf dieser aufgebrach- ten Beschichtung aus einem photovoltaisch aktiven Material sowie ei- ne Trägerschicht (4) aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei auf der Trägerschicht (4) ein Klebemittel (5), über das das Laminat (1 ) auf ei- ner Fläche verklebbar ist, und das mit einer abziehbaren Schutzfolie belegt ist, angeordnet ist.

Photovoltaisch aktives Laminat nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Deckfolie (2) aus Polyurethan, Styrol-Acrylnitril, Polycarbonat oder Polyamid ist.

Photovoltaisch aktives Laminat nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägerschicht (4) aus glasfaserverstärktem oder kohlefaser- verstärktem Kunststoff ist.

Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der vorangehenden An- sprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Deckfolie (2) eine Dicke von bis zu 1 mm aufweist, und/oder dass die Solarzellenfolie (3) eine Dicke von wenigstens 0,06 mm, ins- besondere zwischen 0,06 - 2 mm aufweist, und/oder dass die Träger- schicht (4) eine Dicke von wenigstens 0,8 mm, insbesondere zwi schen 0,8 - 3 mm aufweist.

5. Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der vorangehenden An- sprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Deckfolie (2) direkt auf der Solarzellenfolie (3) und diese di- re kt auf der Trägerschicht (4) angeordnet ist.

6. Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens eine Zwischenfolie (6, 7) vorgesehen ist, die zwi- sehen der Deckfolie (2) und der Trägerschicht (4) angeordnet ist.

7. Photovoltaisch aktives Laminat nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Zwischenfolie (6) zwischen der Solarzellenfolie (3) und der Trägerschicht (4) angeordnet ist.

8. Photovoltaisch aktives Laminat nach Anspruch 6 oder 7

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der Deckfolie (2) und der Solarzellenfolie (3) und zwi- sehen der Solarzellenfolie (3) und der Trägerschicht (4) eine Zwi- schenfolie (6, 7) angeordnet ist.

9. Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

dass die Zwischenfolie (6, 7) aus demselben Material wie die Deckfo- lie (2) ist.

10. Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

dass die Zwischenfolie (6, 7) aus Polyvinylbutyral ist.

1 1 . Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die Zwischenfolie (6, 7) eine Dicke von wenigstens 0,1 mm, ins besondere zwischen 0,1 - 1 mm aufweist.

12. Photovoltaisch aktives Laminat nach einem der vorangehenden An- sprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Klebemittel (5) ein unmittelbarer Klebstoffauftrag oder eine Klebefolie, insbesondere eine doppelseitige Klebefolie ist.

13. Kraftfahrzeug, bei dem wenigstens eine Außenfläche mit einem pho- tovoltaisch aktiven Laminat (1 ) nach einem der vorangehenden An- sprüche belegt ist.

14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Laminat (1 ) mittels eines Klebemittels, insbesondere einer Klebefolie, auf die Außenfläche geklebt ist.

Description:
Photovoltaisch aktives Laminat

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisch aktives Laminat.

Bei rein elektrisch fahrenden Fahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen, die zumindest teilelektrisch fahren, ist ein oder sind mehrere Energiespeicher vorgesehen, die von Zeit zu Zeit zu laden sind. Hierzu ist es, neben der übli- chen Ladetechnik über ein Ladekabel oder durch induktives Laden, bekannt, an die Fahrzeugaußenhaut bildenden Bauteilen wie beispielsweise einem Panoramadach oder einem Panoramaschiebedach Solarzellen vorzusehen. Diese Solarzellen werden üblicherweise in Bauteilen aus Glas, wie eben dem genannten Panorama- oder Panoramaschiebedach verbaut, wobei der Auf- bau eines solchen Glasdachmoduls aus einer oberen und einer unteren Glasschicht besteht, zwischen denen die Solarzellen eingebracht sind. Bei diesem Sandwichaufbau befindet sich die Solarzellenebene quasi in der Mit te des Sandwichaufbaus, wobei zwischen der Solarzellenebene und der obe- ren und unteren Glasebene jeweils oder ein oder mehrere Trägerfolien ein- gebracht sind. Der gesamte Aufbau ist starr, nachdem das Panorama- oder Panoramaschiebedach die Funktion eines zentralen, stabilen Dachmoduls hat.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein photovoltaisch aktives Bau- teil anzugeben, das in seiner Handhabung und Verwendungsmöglichkeit fle xibler ist.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein photovoltaisch aktives Laminat vorgesehen, mindestens umfassend eine die Laminatoberseite bil- dende, für einfallende Lichtstrahlung transparente Deckfolie, eine photovolta- isch aktive Solarzellenfolie sowie eine Trägerschicht aus einem Faserver- bund Werkstoff.

Erfindungsgemäß wird ein photovoltaisch aktives Laminat vorgeschlagen, das äußerst dünn ist und insgesamt flexibel ist. Das heißt, dass es auf Grund seiner Flexibilität an der Kraftfahrzeugaußenhaut angebracht werden kann, auch wenn diese nicht ebenflächig ist, sondern, wie beispielsweise im Falle einer Frontklappe bzw. Motorhaube, einer Heckklappe, Türen etc., gewölbt ist oder entsprechende engere Radien etc. aufweist. Dieses flexible Laminat kann daher an unterschiedlichen Positionen an dem Fahrzeug angebracht werden, wobei diese Montage auch nachträglich erfolgen kann. Selbstver ständlich kann das photovoltaisch aktive Laminat auch an anderen Gegen- ständen montiert werden, das heißt, dass seine Verwendung nicht auf den Kraftfahrzeugsektor beschränkt ist.

Das erfindungsgemäße Laminat umfasst eine für die einfallende Lichtstrah- lung transparente Deckfolie, die die Laminatoberseite bildet. Diese Deckfolie ist bevorzugt aus PU (Polyurethan), SAN (Styrol-Acrylnitril), PC (Polycarbo- nat) oder PA (Polyamid), wobei aber auch andere Kunststofffolien verwendet werden können, die die gewünschten mechanischen und insbesondere T ransparenzeigenschaften aufweisen. Denn die Deckfolie muss für die ein- fallende Lichtstrahlung, die von der innerhalb des Laminatsandwich befindli chen Solarzellenfolie gewandelt werden soll, transparent sein, das heißt, dass sie so wenig wie möglich absorptiv wirken soll. Diese Deckfolie ist wie beschrieben hinreichend stabil und kann als Lackersatz dienen, wenn das erfindungsgemäße Laminat unmittelbar auf das entsprechende Karosserie- bauteil vor dessen Lackierung gebracht. Hierzu kann die Deckfolie auch ein- gefärbt sein, um entsprechenden Farbwünschen Rechnung zu tragen.

Das Laminat umfasst des Weiteren eine photovoltaisch aktive Solarzellenfo- lie, also eine äußerst dünne Folie mit daran entsprechend ausgebildeten So- larzellen. Solche flexiblen Solarzellenfolien bestehen aus einer extrem dün- nen Trägerfolie beispielsweise aus Polyimid, auf die eine photovoltaisch akti- ve Schicht beispielsweise aus Cadmiumtellurid (CdTe) aufgebracht wird, die gegebenenfalls rückseitig von einer weiteren extrem dünnen Trägerfolie bei- spielsweise aus Polyimid eingefasst ist. Der gesamte Folien- oder Schicht- aufbau ist extrem dünn und daher äußerst flexibel.

Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Laminat eine dünne, flexible Trägerschicht aus einem Faserverbundwerkstoff, die dem Laminat eine hin reichende Stabilität verleiht. Diese Trägerschicht kann beispielsweise aus glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstärktem Kunststoff sein, wobei auch eine solche Trägerschicht äußerst dünn hergestellt werden kann, so dass sich insgesamt ein extrem dünner Laminataufbau ergibt, der die vorteilhafte Flexibilität ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Laminat ist demzufolge auch äußerst leicht, vergli- chen mit bisher bekannten Solarbauteilen umfassend eine oder mehrere Glasebenen, was beispielsweise bei Anwendung im KFZ-Bereich zu einem geringeren Gesamtgewicht führt, verbunden mit der Möglichkeit, eine we sentliche größere Solarfläche auf Grund der Anbringungsmöglichkeit an ver- schiedenartig geformten Fahrzeugaußenflächen zu ermöglichen.

Die Deckfolie selbst sollte eine Dicke von bis zu 1 mm aufweisen. Es kann sich, wie ausgeführt, um eine transparente Folie handeln, sie kann aber auch eingefärbt sein, stets aber muss eine hinreichend hohe Licht- respektive Strahlungstransparenz gegeben sein, so dass das Licht möglichst unge- schwächt auf die Solarzellenfolie trifft und diese mit hinreichend hohem Wir- kungsgrad die Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln kann.

Die Solarzellenfolie selbst sollte eine Dicke von wenigstens 0,06 mm, insbe- sondere zwischen 0,06-2 mm aufweisen. Bevorzug liegt die Dicke im Bereich von ca. 0,3-0, 5 mm.

Die Trägerschicht sollte eine Dicke von wenigstens 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,8-3 mm aufweisen. Je dünner die einzelnen Folien/Schichten gewählt werden, umso flexibler ist natürlich der Laminataufbau. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann das erfindungsgemäße La- minat lediglich aus der Deckfolie, der Solarzellenfolie und der Trägerschicht bestehen. In diesem Fall ist die Deckfolie direkt auf der Solarzellenfolie auf- gebracht und die Solarzellenfolie wiederum direkt auf der Trägerschicht.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, wenigstens eine Zwischenfolie vor- zusehen, die zwischen der Deckfolie und der Trägerschicht angeordnet ist. Über diese Zwischenfolie kann die Solarzellenfolie an einer Seite eingefasst werden, sie dient quasi als Schutzfolie, um die Solarzellenfolie von entweder der Deckfolie oder der Trägerschicht geringfügigst zu beabstanden, wobei die Zwischenfolie ebenfalls eine geringstmögliche Dicke aufweist, sie sollte eine Dicke von wenigstens 0,1 mm aufweisen, und bevorzugt zwischen 0,1 -1 mm dick sein.

Bevorzugt ist die Zwischenfolie zwischen der Solarzellenfolie und der Trä- gerschicht angeordnet, sie dient also der Abschirmung der Solarzellenfolie zur GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) - oder CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff)-Trägerschicht. Zusätzlich kann auch zwischen der Deckfolie und der Solarzellenfolie eine Zwischenfolie angeordnet sein, das heißt, dass die Solarzellenfolie beidseits über jeweils eine Trägerfolie eingefasst und zur jeweils benachbarten Deckfolie bzw. Trägerschicht abgeschirmt ist.

Die Zwischenfolie selbst kann dabei aus demselben Material wie die Deckfo- lie sein, das heißt, sie kann beispielsweise auch aus PU, SAN, PC oder PA sein. Bevorzugt wird jedoch eine Zwischenfolie aus PVB (Polyvinylbutyral) verwendet.

Um eine möglichst einfache Montage des erfindungsgemäßen Laminats auf einem Untergrund zu ermöglichen, ist es denkbar, bereits vorgefertigt das Laminat mit einem auf der Trägerschicht befindlichen Klebemittel zu verse- hen, über das das Laminat auf einer Fläche verklebbar ist, wobei das Kle- bemittel mit einer abziehbaren Schutzfolie, beispielsweise einem Silikonpa- pier, belegt ist. Das heißt, dass das Laminat bereits werkseitig mit einem entsprechenden Klebemittel ausgerüstet ist.

Als Klebemittel kann beispielsweise ein unmittelbarer Klebstoffauftrag vorge- sehen sein, der auf die Trägerschicht beispielsweise aufgesprüht oder mittels eines Kalanders oder ähnlichem aufgebracht wird. Alternativ kann als Kle- bemittel auch eine Klebefolie, insbesondere eine doppelseitige Klebefolie verwendet werden, die ebenfalls beispielsweise mittels eines Kalanders auf- gebracht wird.

Neben dem erfindungsgemäßen photovoltaisch aktiven Laminat betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, bei dem wenigstens eine Außenfläche mit einem photovoltaisch aktiven Laminat der beschriebenen Art belegt ist. Dabei kann das Laminat mittels eines Klebemittels, insbesondere einer Kle- befolie, auf die die Außenfläche geklebt sein. Ist das Laminat selbst nicht bereits mit einem Klebemittel ausgerüstet, so kann dieses Klebemittel im Rahmen der Verlegung des Laminats aufgebracht werden. Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, durch ein erfindungsge- mäßes Laminat einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, durch ein erfindungsge- mäßes Laminat einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, durch ein erfindungsge- mäßes Laminat einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahr- zeugs. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Laminat 1 in Form einer Prinzipdarstel- lung. Dieses besteht aus einer Deckfolie 2, beispielsweise aus PU, PC, SAN oder PA. Die Deckfolie 2 ist transparent, kann aber auch eingefärbt sein. In jedem Fall ist sie für einfallende Lichtstrahlung transparent, so dass diese möglichst ungeschwächt durch die Deckfolie 2 hindurchtreten kann. Anstelle der genannten Folienarten kann aber auch ein anderes amorphes Kunst- stoffmaterial verwendet werden, solange es hinreichend stabil ist und hinrei- chen transparent ist, gleichwohl aber flexibel ist.

Die Deckfolie 2 ist auf einer Solarzellenfolie 3 aufgebracht, die eine Dicke von mindestens 0,06 mm, bevorzugt eine Dicke von ca. 0,3-0, 5 mm aufweist. Es kann sich dabei um eine Polyimidfolie handeln, auf die in extrem dünner Beschichtung ein photovoltaisch aktives Material, beispielsweise Cadmium- tellurid, aufgebracht wird. Aber auch andere photoaktive Materialien oder Trägerfolien sind denkbar. In jedem Fall ist auch diese Solarzellenfolie ext- rem dünn und flexibel.

Die Solarzellenfolie 3 wiederum ist auf einer Trägerschicht 4 aus glasfaser- oder kohlenfaserverstärktem Verbundwerkstoff aufgebracht, wobei diese Trägerschicht ebenfalls extrem dünn und flexibel ist. Sie weist eine Dicke von ca. 0,8-3 mm auf. Insgesamt entsteht so ein äußerst dünner Laminataufbau, der äußerst leicht und flexibel ist, so dass er an unterschiedlichen geometri- schen Gegenständen, beispielsweise an der Außenhaut einer Kraftfahrzeug- karosserie, trotz deren Wölbungen etc. angebracht werden kann.

Zur leichteren Montage ist es denkbar, das Laminat 1 von Haus aus mit ei- nem Klebemittel 5, das auf der Trägerschicht 4 aufgebracht ist, zu versehen, wobei dies jedoch optional ist, mithin also nicht unbedingt werkseitig erfolgen muss, weshalb dieses Klebemittel 5 in Fig. 1 nur gestrichelt gezeigt ist. Bei dem Klebemittel 5 kann es sich beispielsweise um einen direkten Klebstoff- auftrag handeln, der mit einer abziehbaren Schutzfolie beispielsweise mit einem Silikonpapier belegt ist, es kann sich aber auch um eine doppelseitige Klebefolie handeln, die ebenfalls mit einer solchen Schutzfolie belegt ist. Über dieses Klebemittel 5 kann das erfindungsgemäße Laminat ohne Weite- res auf der gewünschten Fläche verklebt werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lami- nats 1 , wiederum bestehend aus einer Deckfolie 2 der vorstehend beschrie- benen Art. Ebenfalls vorgesehen ist eine Solarzellenfolie der vorgeschriebe- nen Art, auf welcher die Deckfolie 2 aufgebracht ist.

Anders als bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 ist die Solarzellenfolie auf einer Zwischenfolie 6 aufgebracht, die ebenfalls äußerst dünn ist, sie weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 -1 mm auf. Es handelt sich bevorzugt um eine PVB-Folie, gleichwohl kann diese Zwischenfolie aber auch es demselben Kunststoffmaterial sein wie die Deckfolie 2. Diese Zwischenfolie dient der Abschirmung der Solarzellenfolie 3 zur Trägerschicht 4 hin, das heißt, dass die Zwischenfolie 6 auf der Trägerschicht 4 aufgebracht ist, die vorstehend bereits zu Fig. 1 beschrieben wurde.

Auch hier ist optional ein Klebemittel 5 auf der Trägerschicht 4 aufbringbar.

Fig. 3 zeigt des Weiteren ein erfindungsgemäßes Laminat 1 , das ebenfalls eine Deckfolie 2 der vorstehend beschriebenen Art aufweist. Diese ist hier jedoch, anders als bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2, auf einer weiteren Zwischenfolie 7 aufgebracht, bei der es sich bevorzugt um eine PVB-Folie in einer Dicke von 0,1 -1 mm handeln kann, sie kann aber auch aus demselben Kunststoffmaterial wie die Deckfolie 2 sein. Diese Zwischenfolie 7 ist auf der Solarzellenfolie 3 der vorbeschriebenen Art aufgebracht, dient also als Schutzfolie für dieselbe zur Deckfolie 2 hin.

Die Solarzellenfolie 3 ist wiederum, ähnlich wie in Fig. 2, auf einer ersten Zwischenfolie 6, bevorzugt wieder eine PVB-Folie bzw. entsprechend der Zwischenfolie 7 ausgeführt, aufgebracht, die ihrerseits wiederum auf der Trägerschicht 4 aufgebracht ist. Auch hier ergibt sich insgesamt ein äußerst dünner Laminataufbau, der nach wie vor hinreichend flexibel ist, da sämtlich verwendete Folien oder Schichten extrem dünn und ihrerseits flexibel sind. Optional ist auch hier wiederum gestrichelt gezeigt die Aufbringung eines Klebemittels 5. Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 9, bei dem es sich entwe- der um ein reines Elektrofahrzeug handelt, das also nur elektrisch betrieben wird, oder um ein Hybridfahrzeug. Wie gezeigt ist die Außenfläche 4 des Kraftfahrzeugs 9 großflächig an mehreren Stellen mit einem erfindungsge- mäßen Laminat 1 belegt. So kann exemplarisch das Laminat 1 auf die Front- oder Motorhaube 10 aufgeklebt werden, es kann auch großflächig auf das Dach 11 oder die Kofferraum- oder Heckklappe 12 aufgeklebt werden. Die Befestigung an diesen Positionen ist vorteilhaft, als dort ein sehr guter Licht- einfall während des Tages gewährleistet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung des Laminats aber auch an den Türen 13, 14 erfolgen.

Das oder die Laminate 1 , die auch als Solarzellenlaminate oder flexible So- larzellenmodule bezeichnet werden können, werden bevorzugt direkt mit dem Hochvolt-Strom kreis, über den das Kraftfahrzeug 9 elektrisch betrieben respektive fahren kann, gekoppelt, das heißt, dass der über sie erzeugte „Solarstrom“ direkt in diesen Hochvolt-Stromkreis eingespeist werden kann, so dass die Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erhöht werden kann. Denkbar ist es auch, diesen„Solarstrom“ in einem entspre- chenden Energiespeicher einzuspeichern bzw. zwischen zu puffern und bei Bedarf zu nutzen.