DESSELBEN

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul sowie ein Verfahren zum Fertigen desselben.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Solarmodule dienen dazu, Licht, wie es insbesondere von der Sonne eingestrahlt wird, in andere Energieformen umzuwandeln. Solarmodule verfügen hierzu über Energieumwandler, um Licht direkt in eine andere Energieform umzusetzen. Beispielsweise kann ein Solarmodul in Form eines Photovoltaikmoduls, bei dem Photovoltaikzellen als Energieumwandler dienen, Licht, d.h. elektromagnetische Energie, direkt in elektrische Energie umwandeln. Ein Solarmodul in Form eines solarthermischen Kollektors, bei dem ein solarthermischer Absorber als Energieumwandler dient, kann Licht in Wärme, d.h. thermische Energie, umwandeln.

Nur ein kleiner Teil von Photovoltaik- oder solarthermischen Anlagen wird zurzeit in Fassaden oder andere Bauwerkelemente integriert. Es wird dabei bevorzugt, dass die Solarmodule optisch unauffällig/versteckt bleiben. Eine vorteilhafte Eigenschaft ist dabei, dass die Vorderseite der Module dem Erscheinungsbild der bestehenden Gebäudehülle ähnelt bzw. gewöhnlichen Baumaterialien entspricht.

Die Module in den herkömmlichen Lösungsansätzen werden oft an das äußere Erscheinungsbild des Bauwerkes angepasst, jedoch weisen sie in meisten Fälle eine Vorderseite aus Glas auf, die die Integration von Solarmodulen signalisiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es kann ein Bedürfnis an Solarmodulen bestehen, welche sich unauffällig bzw. ästhetisch in ein äußeres Erscheinungsbild eines Bauwerks integrieren lassen. Ferner kann ein Bedürfnis an einem Verfahren zum Fertigen solcher Solarmodule bestehen.

Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Solarmodul beschrieben, welches einen Energieumwandler zum Umwandlung von Licht in elektrische oder thermische Energie und eine Schicht aus naturbelassenem Material aufweist. Die Schicht aus naturbelassenem Material weist eine Schichtdicke von zwischen 1 pm und 2 mm auf.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen eines Solarmoduls beschrieben, welches zumindest folgende Schritte aufweist, möglicherweise aber nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge: Bereitstellen eines Energieumwandlers zur Umwandlung von Licht in elektrische oder thermische Energie,

Bereitstellen von naturbelassenem Material,

Aufbringen des naturbelassenen Materials an eine Seite des Energieumwandlers, welche im Einsatz des Solarmoduls der Sonne zugewandt ist, als Schicht aus naturbelassenem Material mit einer Schichtdicke von zwischen 1 pm und 2 mm.

Einleitend soll eine Grundidee zu Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist:

Die vorliegende Erfindung beschreibt insbesondere eine Anwendung von naturbelassenen Materialien wie z.B. Stein, Holz oder Sand als Vorderseite von Photovoltaikmodulen oder thermischen Solarkollektoren.

Eine nahezu unsichtbare Integration und Kaschierung der Solarmodule wird dadurch erreicht, dass die Solarmodule nicht nur in Form und Farbe an eine bestehende Gebäudehülle angepasst werden, sondern zusätzlich die Haptik der vorhandenen Gebäudeverkleidung aufweisen.

Ausführungsformen der Erfindung zielen darauf ab, Photovoltaikmodule oder thermische Solarkollektoren nahezu unsichtbar in einem Bauwerk wie z.B. eine Fassade zu integrieren. Dafür werden Module hergestellt, die in Aussehen und Haptik typischen Baumaterialien entsprechen. Dies wird durch Einsatz von naturbelassenen Materialien bei dem Photovoltaikmodulaufbau bzw. der thermischen Solarkollektoraufbau erzielt.

Werden die naturbelassenen Materialien in einer hinreichend dünnen Schicht angewendet, ist ein ausreichender Wirkungsgrad der Photovoltaikmodule oder thermischen Solarkollektoren möglich.

Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Vorteile von Ausführungsformen des Solarmoduls sowie eines Verfahrens zu dessen Fertigung in genaueren Einzelheiten beschrieben:

Unter einem Solarmodul wird hierin eine Einrichtung verstanden, welche dazu konfiguriert ist, eingestrahltes Licht, insbesondere Sonnenlicht, zu absorbieren und in andere Energieformen, insbesondere elektrische Energie oder thermische Energie, umzuwandeln. Das Solarmodul verfügt hierzu über Bauelemente, welche hierin als Energieumwandler bezeichnet werden. Ein solcher Energieumwandler kann beispielsweise eine Solarzelle, teilweise auch als Photovoltaikzelle bezeichnet, sein, um Licht direkt in elektrische Energie umzuwandeln, welche dann externen Verbrauchern zugeleitet werden kann. Alternativ kann ein Energieumwandler in Form eines solarthermischen Absorbers ausgestaltet sein, um Licht effizient zu absorbieren und in Wärme umzuwandeln, wobei die Wärme dann meist mithilfe eines fluiden Mediums aus dem Energieumwandler abgeleitet und Verbrauchern zugeführt werden kann.

Herkömmlich sind Solarmodule dazu optimiert, eingestrahltes Licht möglichst effizient in eine Ziel-Energieform umzuwandeln. Um dies zu erreichen, weisen herkömmliche Solarmodule im Allgemeinen eine zur Sonne gerichtete Oberfläche auf, die eine möglichst hohe Absorption von eingestrahltem Licht an dem Energieumwandler ermöglicht. Allerdings wird ein sehr dunkles Erscheinungsbild solcher Solarmodule bei manchen Anwendungen als wenig ästhetisch empfunden. Beispielsweise in Fassaden fügen sich herkömmliche Solarmodule oft nicht ästhetisch in ein gesamtes Erscheinungsbild der Fassade ein.

Es wurde erkannt, dass Solarmodule hinsichtlich ihres Erscheinungsbildes an Bedingungen angepasst werden können, in dem ergänzend zu dem Energieumwandler eine Schicht aus naturbelassenem Material vorgesehen wird. Diese Schicht kann derart angeordnet sein, dass sie an einer Seite des Energieumwandlers liegt, welche im Einsatz des Solarmoduls der Sonne zugewandt ist. Dementsprechend kann die Schicht aus naturbelassenem Material für einen Betrachter des Solarmoduls das optische Erscheinungsbild des Solarmoduls maßgeblich prägen. D.h. der für den Betrachter hinter der Schicht aus naturbelassenem Material liegende Energieumwandler ist für den Betrachter nicht oder zumindest nicht maßgeblich optisch zu erkennen.

Unter einem naturbelassenen Material kann in diesem Zusammenhang ein Material verstanden werden, welches in der Natur vorkommt und nicht weiter künstlich bearbeitet wurde bzw. nicht künstlich hinsichtlich seiner Materialeigenschaften verändert wurde. Insbesondere soll das naturbelassene Material vorzugsweise nicht künstlich hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung verändert sein, zumindest nicht in einer Weise, dass seine Optik und/oder Haptik dadurch wesentlich verändert würde. Bei dem naturbelassenen Material handelt es sich somit nicht um einen Kunststoff, Plastik, Polymermaterialien oder Ähnliches. Vielmehr kann das naturbelassene Material beispielsweise aus Stein, Mineralien, Holz, Kork, Leder, Perlmutt oder ähnlichem oder aus Körnern in Form eines Sandes oder Granulates solcher Materialien bestehen. Die Schicht aus naturbelassenem Material kann dem Solarmodul ein natürliches, ästhetisch anmutendes Erscheinungsbild verleihen.

Das naturbelassene Material soll als dünne Schicht in dem Solarmodul integriert sein bzw. dessen Oberfläche bedecken. Die Schicht kann hierbei einstückig, insbesondere homogen sein. Alternativ kann die Schicht aus einzelnen Teilschichten oder Partikeln zusammengesetzt sein.

Wichtig ist, dass die Schicht aus naturbelassenem Material lediglich eine geringe Dicke von maximal 2 mm aufweisen soll. Vorzugsweise sollte die Schichtdicke geringer als 1 mm, stärker bevorzugt geringer als 500 pm oder 250 pm oder sogar geringer als 100 pm oder 50 pm sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass auftreffendes Sonnenlicht zumindest teilweise durch die Schicht aus naturbelassenem Material transmittiert wird und den dahinterliegenden Energieumwandler erreichen kann. Eine Lichtdurchlässigkeit bzw. Lichttransmission der Schicht aus naturbelassenem Material sollte hierbei vorzugsweise wenigstens 10 %, stärker bevorzugt wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder sogar wenigstens 50 %, betragen. Je höher die Lichtdurchlässigkeit ist, desto höher kann der Wirkungsgrad des Solarmoduls hinsichtlich der Energieumwandlung sein. Allerdings sollte die Lichtdurchlässigkeit im Regelfall geringer als 90 %, vorzugsweise geringer als 80 % oder 70 % sein, damit der visuelle Eindruck des Solarmoduls maßgeblich von den optischen Eigenschaften der Schicht aus naturbelassenem Material und nicht von dem dahinterliegenden Energieumwandler geprägt wird. Die Schicht aus naturbelassenem Material kann einheitlich aus einem massiven naturbelassenen Material abgespalten sein. Anders ausgedrückt kann die gesamte Schicht bzw. können Teilbereiche der Schicht hergestellt werden, indem aus einem massiven naturbelassenen Material eine oder mehrere dünne Schichten abgespalten werden. Beispielsweise kann aus hartem, steinartigem Material, insbesondere aus Schiefer, Marmor oder Granit, eine dünne Schicht abgespalten werden.

Insbesondere kann die Schicht aus naturbelassenem Material monolithisch aus einem dünnen Stein oder aus einer in der Natur vorkommenden Mineralschicht bestehen. Die Schicht kann dabei aus einem natürlich entstandenen oder bearbeiteten, aus nur einer Gesteinsart bestehenden Gesteinsblock oder Mineralienblock gebildet, insbesondere abgespalten, werden.

Alternativ kann die Schicht aus naturbelassenem Material monolithisch aus einem dünnen massiven, evtl, vorbehandelten, Holzstück oder einem dünnen Stück eines pflanzlichen oder tierischen, evtl, vorbehandelten, Organismus bestehen. Die Schicht kann somit einstückig aus einem massiven Holzstück oder als Teil eines pflanzlichen oder tierischen Organismus wie beispielsweise einem Blatt, einer Haut, einem Knochen oder ähnlichem gebildet sein. Die Schicht kann hierbei vorbehandelt werden, beispielsweise durch chemische und/oder physikalische Behandlungen wie Imprägnierung, Lasierung, Färbung, Schleifen, Sandstrahlen, etc.

Anstatt die Schicht von Anfang an als schichtartiges Gebilde aus einem massiven Ausgangsmaterial abzutrennen, kann die Schicht alternativ auch aus kleinen Partikeln zusammengesetzt werden.

Beispielsweise kann die Schicht aus naturbelassenem Material aus Körnern, insbesondere Sandkörnern oder Gesteinskörnern, bestehen. Die Körner können durch Mahlen massiver Steine oder grobkörnigeren Materials gebildet werden. Eine durchschnittliche Korngröße kann hierbei vorzugsweise kleiner als 200 pm, stärker bevorzugt kleiner als 100 pm, 50 pm oder sogar kleiner als 20 pm oder 10 pm sein. Die Körner können beispielsweise als Partikelgemenge oder Pulver bereitgestellt werden und dann an einer zu beschichtenden Oberfläche des Solarmoduls angeordnet werden. Beispielsweise können die Körner durch Aufstreichen, Aufrollen, Aufsprühen, Berieseln, etc. auf eine zu beschichtende Oberfläche des Solarmoduls aufgebracht werden.

Die Schicht aus naturbelassenem Material kann auf einem Trägermaterial ausgebracht sein. Das Trägermaterial kann als Substrat für die Schicht aus naturbelassenem Material dienen. Insbesondere kann das Trägermaterial die Schicht stützen. Für den Fall, dass die Schicht aus einer Vielzahl von Körnern oder kleinen Teilschichten zusammengesetzt ist, kann das Trägermaterial diese Zusammenhalten und in Relation zueinander fixieren. Das Trägermaterial kann als Trägerfilm ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Filmdicke von zwischen 5 pm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 10 pm und 1 mm. Das Trägermaterial kann eine hohe optische Transparenz, d.h. beispielsweise eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 90 %, aufweisen. Eine Oberfläche des T rägermaterials kann stark haftende Eigenschaften aufweisen, d.h. klebrig sein. Eventuell kann das Trägermaterial in flüssigem Zustand verarbeitbar sein und dabei klebrig sein und anschließend ausgehärtet bzw. getrocknet werden. Mithilfe des Trägermaterials kann die Schicht an einer Oberfläche des Solarmoduls angehaftet werden.

Insbesondere kann das Trägermaterial eine Polymerschicht sein, welche zwischen dem Energieumwandler und der Schicht aus naturbelassenem Material angeordnet ist. Die Polymerschicht kann als Film ausgebildet sein. Insbesondere kann die Polymerschicht aus einem Material wie beispielsweise Polyurethan (PU), Ethylenvinylazetat (EVA), Polyolefin (PO) oder Silikon aufgebaut sein, wie es zum Einkapseln von Solarzellen in Solarmodulen häufig eingesetzt wird.

In WO 2008/022 812 A1 wird ein flexibles Flachmaterial mit einer Natursteinoberfläche beschrieben. Das Flachmaterial weist dabei eine Oberflächenschicht auf, welche mindestens eine Lage eines mehrlagigen Steinmaterials umfasst. Ferner sind eine Trägerschicht und eine Klebeschicht vorgesehen. Ähnliche Eigenschaften und Techniken, wie sie in WO 2008/022 812 A1 beschrieben sind, können auch bei der Bildung der Schicht aus naturbelassenem Material eingesetzt werden, wie sie hierin beschrieben ist.

Die Schicht aus naturbelassenem Material aus Teilstücken mit einer minimalen Größe von 1 mm mal 1 mm oder einer minimalen Größe 1 cm mal 1 cm flächig zusammengesetzt sein. Anders ausgedrückt kann die Schicht aus naturbelassenem Material mosaikartig aus kleinen Teilschichten zusammengesetzt sein. Jede Teilschicht kann hierbei einen schichtartigen Aufbau haben, bei der eine Schichtdicke deutlich geringer ist als laterale Abmessungen entlang der Schicht. Solche Teilschichten können auch als Plättchen bezeichnet werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Solarmodul oder ein Verfahren zum Fertigen eines Solarmoduls beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Solarmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch ein Solarmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch ein Solarmodul gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Abmessungen nicht realitätsnah wiedergegeben sind, sondern lediglich Grundprinzipien veranschaulichen sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird vorgestellt, wie eine Schicht aus dünnem naturbelassenem Material wie z.B. einer Stein- oder Holzschicht in den Aufbau eines Solarmoduls 1 integriert wird.

1. Wie in Fig. 1 dargestellt werden Solarzellen 11, welche in einem Solarmodul 1 als Energieumwandler 2 wirken, elektrisch in Strings verschaltet und zwischen zwei Schichten aus Einkapselungsmaterialienfolien 12, 13 wie z.B. Polyurethan (PU), Ethylenvinylazetat (EVA), Polyolefin (PO) oder Silikon eingekapselt. Die Einkapselungsmaterialienfolien 12, 13 wirken als Trägermaterial 5, insbesondere als Polymerschicht 6.

2. Die Rückseite 14 des Modules besteht entweder aus einer Glasscheibe oder einer Rückseitenfolie. Die Rückseite kann nach Präferenz lichtdurchlässig sein oder nicht.

3. Die Vorderseite 15, auf die im Einsatz des Solarmoduls 1 Licht 3 trifft, besteht aus einer dünnen Schicht 4 von einem Naturmaterial, die z.B. von einem Stein oder von einem Block Holz abgetrennt/abgelöst wird. Um eine genügende Lichtdurchlässigkeit zu erreichen, liegt die Dicke dieser Schicht 4 zwischen 1 pm und 1000 pm. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung liegt diese Dicke unter 500 pm. Von Vorteil ist es, dass diese Naturmaterialschicht 4 eine Dicke geringer als 250 pm aufweist. Abhängig von Dicke und Transparenz des naturbelassenen Materials, kann es erforderlich sein, das naturbelassene Material mit einer Trägerschicht aus Trägermaterial 5 zu unterstützen und zu laminieren.

4. Eine Glasscheibe 16 kann vor die Solarzellen 11 laminiert werden. Diese Glasscheibe dient der mechanischen Stabilität sowie der elektrischen Isolierung. Diese Glasscheibe 16 kann wie in Fig. 2 als Frontscheibe vor der Naturmaterialschicht 4 oder in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wie in Fig. 3 zwischen der Naturmaterialschicht 4 und den Solarzellen 11 einlaminiert werden.

5. Die naturbelassene Materialoberfläche kann durch eine chemische Behandlung wie z.B. Auftrag einer Epoxyd-, Polyurethan-, Acryl- oder Silikonharzschicht, geschützt werden.

6. Die naturbelassene Materialoberfläche kann aus einem Verbundstoff der Partikel des anorganischen Materials mit einer organischen Matrize bestehen.

Der Punkt 3 der Beschreibung der Erfindungsanwendung bei photovoltaischen Modulen ist ebenso für die Gestaltung von solarthermischen Kollektoren geeignet.

Es ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend", „umfassend", etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Abschließend werden mögliche Ausgestaltungen der Erfindung wie folgt beschrieben:

1. Photovoltaikmodul, dessen Aufbau zusätzlich zu den Solarzellen mindestens eine Schicht aus naturbelassenem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einheitlich aus einem massiven naturbelassenem Material abgespaltet wird und eine Dicke zwischen 10 pm und 2000 pm aufweist, bevorzugt eine Dicke geringer als 500 pm aufweist, und vorteilhaft eine Dicke geringer als 250 pm aufweist. 2. Photovoltaikmodul gemäß Ausgestaltung 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne naturbelassene Schicht monolithisch aus einem dünnen Stein oder aus einer in der Natur vorkommenden Mineralschicht besteht.

3. Photovoltaikmodul gemäß Ausgestaltung 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht monolithisch aus einem dünnen massiven, evtl, vorbehandelten, Holzstück oder einem dünnen pflanzlichen, evtl, vorbehandelten, Lebewesen besteht.

4. Photovoltaikmodul gemäß irgendeiner der Ausgestaltungen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht mit naturbelassenem Material auf einem Trägermaterial aufgebracht ist. 5. Photovoltaikmodul gemäß irgendeiner der Ausgestaltungen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht mit naturbelassenem Material aus Teilstücken mit einer minimalen Größe von 1 cm mal 1 cm flächig zusammengesetzt ist.

6. Solarthermischer Kollektor dessen Aufbau irgendeiner der Ausgestaltungen 1-5 entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul durch einen thermischen Solarkollektor ersetzt wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Solarmodul

2 Energieumwandler

3 Licht

4 Schicht aus naturbelassenem Material

5 Trägermaterial

6 Polymerschicht

11 Solarzelle

12 Einkapselungsmaterialfolie

13 Einkapselungsmaterialfolie

14 Rückseite

15 Vorderseite

16 Glasscheibe