Photovoltaikmodul

Gebiet der Erfindung

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein wellenförmiges Element zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen, ein Photovoltaikmodul sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines wellenförmigen Elements zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen und eines Photovoltaikmodul. Ausführungsformen sind insbesondere gerichtet auf ein wellenförmiges Element zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen sowie ein Photovoltaikmodul, die kostengünstig und ohne besonderes Werkzeug auf oder als Teil eines Wellblechdachs installiert werden können.

Hintergrund der Erfindung

Ein Gebäude wird aus einer Mehrzahl von Gebäudebauelementen gebaut. Zu den Gebäudebauelementen zählen insbesondere Dachelemente. Gebäudebauelemente bilden die Grundstruktur eines Gebäudes aus und bieten Schutz vor Umwelteinflüssen, wie Regen, Wind oder Sonnenstrahlung.

Photovoltaikanlagen mit Solarzellen dienen der direkten Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie. In Ländern mit hoher Bevölkerungsdichte werden Photovoltaikanlagen oft an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, so dass die erzeugte elektrische Energie direkt in das Stromnetz gespeist werden kann. In Ländern mit geringer Bevölkerungsdichte und an abgelegenen Orten ist dies jedoch oftmals nicht sinnvoll, da das Errichten einer Leitung zum öffentlichen Stromnetz zu aufwändig und zu kostenintensiv wäre. Ohnehin gibt es in einigen Ländern insbesondere in provinziellen Gegenden kein öffentliches Stromnetz.

Beispielhaft für diese Problematik sind Schwellenländer. Dort gibt es in vielen Gegenden keine Stromversorgung über das öffentliche Stromnetz. Gleichwohl ist aber auch in solchen Gegenden ein Energiebedarf vorhanden, so sind beispielsweise Mobiltelefone auch dort weit verbreitet. Zum Aufladen der Mobiltelefone ist jedoch eine Stromversorgung notwendig. Oftmals gibt es in solchen Gegenden Diesel/Benzin -Generatoren für die Stromerzeugung. Der Einsatz von Photovoltaikanlagen in solchen Gegenden ist aufgrund der hohen Sonneneinstrahlung zwar zweckmäßig, aber nicht gänzlich unproblematisch. Die Dächer sind häufig in Leichtbauweise, insbesondere mit Hilfe von Wellblechen erstellt. Das hohe Gewicht von herkömmlichen Glas-Aluminium Modulen auf den üblichen Leichtbaudächern erfordert aufwändige Aluminium-Unterkonstruktion. Allerdings können nicht nur die Solarzellen der Photovoltaikanlagen selbst, sondern auch das für die Unterkonstruktion verwendete Aluminium einen entsprechenden hohen Wert darstellen, der häufig einem Diebstahl zum Opfer fällt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme im Stand der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und technisch leicht anbringbare Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, die durch die Sonne bereitgestellte Energie in elektrische Energie umzuformen, und gleichzeitig einen Diebstahl wesentlich zu erschweren.

Kurze Darstellung der Erfindung

Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß einem Aspekt wird ein wellenförmiges Element zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen zur Verfügung gestellt, das die folgenden Komponenten umfasst: einen wellenförmigen Rahmen, wobei der Rahmen vier Außenränder aufweist; einen einstückig mit dem wellenförmigen Rahmen ausgebildeten Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen, wobei der Aufnahmebereich eine ebene Auflagefläche definiert;

wobei der Mindestabstand des Aufnahmebereichs zu wenigstens zwei Außenrändern des Rahmens wenigstens einer halben Periode der Wellenform und/oder wenigstens einem Abstand von 3,5 cm entspricht; wobei das wellenförmige Element ein Wellblech ist und eine maximale Dicke von 0,6mm aufweist.

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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Photovoltaikmodul zur Verfügung gestellt, das ein wie hierin beschriebenes wellenförmiges Element sowie eine Vielzahl von Solarzellen umfasst, die in dem Aufnahmebereich des wellenförmigen Elements angeordnet sind.

Als Aufnahmebereich wird die ebene Auflagefläche verstanden, die zur Aufnahme der Solarzellen, bspw. in Form von einem oder mehreren Solareinheiten, ausgebildet ist. Ein möglicher Weise vorgesehener Vorsprung um den Aufnahmebereich umgibt den Aufnahmebereich und wird daher nicht mehr als zum Aufnahmebereich 80 gehörend verstanden. Bei einem Photovoltaikmodul kann der Aufnahmebereich insbesondere als der Bereich verstanden werden, der tatsächlich von der einen oder mehreren Solareinheiten abgedeckt ist. Der Abstand von dem Aufnahmebereich zu dem Außenrand des Rahmens wird im Fall des Photovoltaikmoduls daher regelmäßig als der Abstand zwischen dem Rand des Photovoltaikmoduls zum Außenrand des Rahmens verstanden.

Wie später noch in größerem Detail erklärt wird, wird durch diese Merkmalskombination ermöglicht, dass der Nutzer und Inhaber eines Hauses mit Wellblechdach problemlos und ohne weitere bautechnische Hilfe wie z. B. einem 90 Bohrer oder ähnliches das Photovoltaikmodul auf seinem Dach durch einfaches Reinnageln in bestehende Wellblechdachelemente befestigen kann. Der Mindestabstand zwischen Rand des wellenförmigen Elements bzw. Photovoltaikmoduls zum Aufnahmebereich der Solarzellen garantiert zudem, dass bei dem Eintreiben von Nägeln in das Blech die Solarzellen nicht beschädigt werden.

Insbesondere kann das Wellblech eine Dicke von kleiner gleich 0,5mm, und insbesondere eine Dicke von 0,2mm aufweisen. Dadurch wird das Nageln noch vereinfacht. Auf der anderen Seite sollte in zahlreichen Ausführungsformen aus Stabilitäts- und Transportgründen die Dicke des Wellblechs mindestens 0,1 mm 100 betragen. In Ausführungsformen umfasst das wellenförmige Element bzw. das Photovoltaikmodul eine den Aufnahmebereich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umgebenden Vorsprung. Dieser dient insbesondere dem Schutz der Glaskante der in dem Photovoltaikmodul eingebrachten Solareinheit.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein wellenförmiges Element zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen zur Verfügung gestellt, das umfasst:

einen ersten Teil und einen zweiten Teil, die entlang einer Fügenut 110 zusammengefügt sind, und einen wellenförmigen Rahmen bilden, wobei der Rahmen vier Außenränder aufweist;

einen einstückig mit dem ersten Teil ausgebildeten ersten Aufnahmebereichsteil sowie einen einstückig mit dem zweiten Teil ausgebildeten zweiten Aufnahmebereichsteils, wobei der erste und zweite Aufnahmebereichsteil den Aufnahmebereich bilden, wobei einen Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen ausgelegt ist und dazu eine ebene Auflagefläche definiert; wobei der Mindestabstand des Aufnahmebereichs zu wenigstens zwei Außenrändern des Rahmens wenigstens einer halben Periode der Wellenform und/oder wenigstens einem Abstand von 3,5 cm entspricht;

120 - wobei das wellenförmige Element aus Kunststoff gebildet ist.

Auch in dieser Ausführungsform kann das wellenförmige Element bzw. das Photovoltaikmodul problemlos auf ein Dach befestigt werden. Da die deutlich unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas, was regelmäßig als obere Schutzschicht über den Solarzellen genutzt wird, und Kunststoff allerdings normaler Weise zu Problemen bei der Erhitzung in der Sonne führen können, erlaubt die zweiteilige Ausbildung eine formschlüssige Befestigung der Solarzellen im Aufnahmebereich, wobei auf Kleben oder ähnliches regelmäßig verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann der Herstellungsprozess zur Herstellung der beiden Teile 130 des wellenförmigen Elements identisch sein.

In Ausführungsformen kann das wellenförmige Element bzw. das Photovoltaikmodul eine den Aufnahmebereich teilweise, vorzugsweise vollständig umlaufende Nut aufweisen. In Ausführungsformen des hierin beschriebenen wellenförmiges Elements bzw. Photovoltaikmoduls weist der Aufnahmebereich des Weiteren mindestens eine, vorzugsweise zwei Ausnehmungen aufweist. Diese können der Hinterlüftung dienen und erhöhen damit regelmäßig die Energieausbeute des Photovoltaikmoduls.

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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines wie hierin beschriebenen wellenförmigen Elements aus Wellblech zur Verfügung gestellt, das umfasst:

Zur Verfügung Stellen eines Bleches; und

gleichzeitiges Tiefziehen der Wellenform und des ebenen Aufnahmebereichs in einem Arbeitsschritt.

Dies hat den Vorteil, dass das wellenförmige Element in einem einzigen Arbeitsschritt aus einem herkömmlichen flachen Blechs hergestellt werden kann.

150 Darüber hinaus kann eine Ausnehmung innerhalb des Aufnahmebereichs gebildet werden, bspw. durch Fräsen oder Stanzen. Dies kann im gleichen oder einem weiteren Arbeitsschritt erfolgen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls zur Verfügung gestellt, bei dem in den Aufnahmebereich des wie hierin beschrieben hergestellten wellenförmigen Elements eine Vielzahl von Solarzellen aufgeklebt werden. Dies wird insbesondere und auf einfache und kostengünstige Weise mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebandes gemacht. Alternativ kann zum Verkleben Silikon eingesetzt werden.

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Ganz allgemein werden die Solarzellen wie hierin beschrieben üblicher Weise als Solareinheiten in den Aufnahmebereich eingebracht. Unter eine Solareinheit wird das Laminat aus einer oder mehreren Solarzellen verstanden, die eingebettet zwischen einer unteren und einer oberen Schutzschicht sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines wie hierin beschriebenen wellenförmigen Elements aus Kunststoff zur Verfügung gestellt, bei dem ein erster Teil des wellenförmigen Elements spritzgegossen wird; und ein zweiter Teil des wellenförmigen Elements spritzgegossen wird. Die Aufteilung des wellenförmigen Elements in zwei Teile und die einfache Herstellung mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens erlauben die kostengünstige Herstellung eines wie hierin beschriebenen Photovoltaikmoduls. Dazu werden eine Vielzahl von Solarzellen, typischer Weise in Form einer oder mehrerer Solareinheiten, in eine die Aufnahmebereichsteile des ersten und zweiten Teils des wellenförmigen Elements jeweils zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige umlaufende Aufnahmenut eingebracht. Dann wird der erste Teil des wellenförmigen Elements mit dem zweiten Teil des wellenförmigen Elements an einer Fügenut verbunden. Mögliche Verbindungsarten sind ein Schnappverschluss, 180 Heissverstemmen oder Kleben. Durch diese Art der Herstellung ist eine einfache formschlüssige Befestigung der Solarzellen innerhalb des wellenförmigen Elements ermöglicht, das damit die Solareinheit aufnimmt und ein Herausnehmen, wie bspw. im Fall eines Diebstahls, verhindert. Gleichzeitig führt diese Art der Befestigung nicht zu starken Spannungen und Scherkräften bei Erhitzung in der Sonne.

Weitere Aspekte, Details, Ausführungsformen und Vorteile sind aus den abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und den beigefügten Figuren ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Figuren

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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft in den beigefügten Figuren dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht eines wellenförmigen

Elements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht eines

Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

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Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Ausführungsform des

Photovoltaikmoduls gemäß Fig. 2 entlang der Line A-A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht eines wellenförmigen

Elements gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht eines 210 Photovoltaikmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Ausführungsform des wellenförmigen Elements gemäß Fig. 5 entlang der Line A-A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines auf einem Dach installierten Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

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Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das wellenförmige Element mit einfachen Mitteln dauerhaft auf einem Gebäude installiert werden. Insbesondere kann das wellenförmige Element auf ein existierendes Dachelement bspw. aus Wellblech aufgenagelt werden.

Das wellenförmige Element wie es hierin verstanden wird weist eine regelmäßige 230 longitudinale Wellenstruktur mit einer konstanten Periode (Abstand zwischen zwei Maxima) auf. Mathematisch entspricht die Periode 2π. In anderen Worten stellt die Periode den Abstand in dem wellenförmigen Element dar, in dem sich die gleiche Struktur wiederholt.

Gemäß einem Aspekt weist das wellenförmige Element einen Aufnahmebereich auf, der einstückig mit dem Rahmen des wellenförmigen Elements gebildet ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Mindestabstand des Aufnahmebereichs zu wenigstens zwei Außenrändern des wellenförmigen Elements wenigstens eine halbe Periode und insbesondere wenigstens eine 3/4 Periode. Alternativ oder zusätzlich ist 240 der Mindestabstand des Aufnahmebereichs zu wenigstens zwei Außenrändern des wellenförmigen Elements mindestens 3,5 cm und insbesondere mindestens 5 cm. Der Aufnahmebereich dient der Aufnahme einer Vielzahl von Solarzellen. Die Solarzellen werden typischer Weise in Form einer Solareinheit angebracht. Die Solareinheit wird teils auch „Laminat" bezeichnet, und soll als die Gesamtheit der Solarzellen und ihrer Einkapselung verstanden werden.

Der Erfinder der vorliegenden Offenbarung hat herausgefunden, dass insbesondere in Schwellenländern eine einfache und kostengünstige Befestigung von Photovoltaikmodulen benötigt wird, die gleichzeitig hinreichend gegen Diebstahl

250 sicher ist. Gemäß der Erfindung ist daher das Photovoltaikmodul aus einem einstückigen wellenförmigen Element aus Blech bzw. aus einem zweistückig gebildeten wellenförmigen Element aus Kunststoff gebildet. Darüber schlägt der Erfinder bzgl. der Befestigung des Photovoltaikmoduls einen bisher völlig unüblichen Weg vor, und zwar das einfache Befestigen bspw. auf einem Dach mit Hilfe von Nägeln. Allerdings hat sich herausgestellt, dass das Einschlagen eines Nagels durch den im wellenförmigen Element gebildeten Rahmen regelmäßig zu einem Bruch der im Aufnahmebereich angebrachten hochempfindlichen Solarzellen bzw. der Solareinheit (wie zum Beispiel des auf der Sonnenseite befindlichen gehärteten Glases) führen kann, da die durch das Hämmern verursachten Erschütterungen

260 weitergegeben werden.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat daher in zahlreichen Versuchen herausgefunden, dass der hierin erwähnte Mindestabstand von wenigstens einer halben Periode bzw. wenigsten 3,5 cm der Beschädigung der Solareinheit vorbeugen, da die Erschütterungen in diesem Abstand ausreichend abgeschwächt werden. Darüber hinaus dient der Mindestabstand auch dazu, dass ein einfaches Abrutschen von dem Nagelkopf mit dem Hammer nicht zu einem direkten Schlag auf die Solarzellen führt.

270 Hinzu kommt, dass bei einem aus Blech bestehenden wellenförmigen Elements die Dicke des hierfür eingesetzten Blechs weniger als 0,6 mm, insbesondere kleiner gleich 0,5 mm und vorzugsweise kleiner gleich 0,2 mm sein soll. Dies hat den Vorteil, dass herkömmliche Nägel ohne Einsatz von Bohrer oder dergleichen überhaupt durch das Blech mit Hilfe eines Hammers durchgetrieben werden können. Es ist diesbzgl. wichtig, zu verstehen, dass im typischen Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung technische Hilfsmittel, wie zum Beispiel ein Bohrer, oder gar ein 220V oder 1 1 0V Wechselspannungsanschluss zum Betreiben des Bohrers, regelmäßig nicht zur Verfügung stehen. Es kann daher für den Verbraucher von elementarer Bedeutung sein, dass die Befestigung des Photovoltaikmoduls auf dem Wellblechdach durch das einfache Durchschlagen von Nägeln möglich ist. Nicht nur ist dies bei den genannten Maximaldicken des Blechs möglich, sondern zudem haben zahlreiche Versuche gezeigt, dass zusammen mit dem Mindestabstand von einer halben Periode der Wellenform bzw. von mindestens 3,5 cm die Erschütterungen auf dem Weg in Richtung der Solarzellen ausreichend gemildert werden, so dass die Solarzellen selbst nicht zu Schaden kommen.

Alternativ zum Auflegen des wellenförmigen Elements auf einem bestehenden Dachelement kann es auch selbst als Teil des Gebäudes und insbesondere des Daches fungieren. Typische Dächer insbesondere in Schwellenländern bestehen aus mehreren miteinander verbundenen Wellblechen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das wellenförmige Element wie ein herkömmliches Dachelement in die Dachstruktur eines Gebäudes integriert werden. Die Integration in die Struktur des Gebäudes hat zur Folge, dass eine einfache Entwendung des Photovoltaikmoduls verhindert wird, da das Photovoltaikmodul fest mit dem Gebäude verbunden ist. Zudem hat die Integration der Solarzellen in die Gebäudestruktur zur Folge, dass die Solarzellen gut vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen wie z.B. Wind geschützt sind.

Gemäß Ausführungsformen weist das Photovoltaikmodul ein hierin beschriebenes wellenförmiges Element auf, auf dem eine Vielzahl von Solarzellen in Form einer oder mehrerer Solareinheiten angeordnet sind.

Die Solareinheit weist typischer Weise zumindest ein elektrisches Anschlusselement, eine untere Schutzschicht und eine obere Schutzschicht auf. Die untere Schutzschicht ist fest mit den Solarzellen verbunden und unterhalb der Solarzellen angeordnet. Sie besteht beispielsweise aus Spezialkunststofffolie Die untere Schutzschicht kommt bei der Bildung des Photovoltaikmoduls mit dem Aufnahmebereich des wellenförmigen Elements bspw. durch Verkleben der Solareinheit in dauerhaften Kontakt. Die untere Schutzschicht kann dann fest mit 310 dem Aufnahmebereich verbunden sein. Die obere Schutzschicht kann aus Glas, insbesondere aus oberflächenbehandeltem Glas wie zum Beispiel spiegelarmen und/oder spezialgehärtetem Glas bestehen.

Die Anordnung der Vielzahl von Solarzellen weist eine typischer Weise eine flächige Form auf. Flächig bedeutet in diesem Fall, dass die Ausdehnung in zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems um mindestens eine Größenordnung größer als in die dritte Koordinatenachse ist. Insbesondere handelt es sich bei den Solarzellen um flache Solarzellen die typischer Weise eine Größe von unter 6 Zoll (15,6 cm) aufweisen, und/oder eine Dicke im Bereich von unter 320 einem Millimeter.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kommen sogenannte 1 /3 oder 1 /4 Solarzellen zum Einsatz. Dabei handelt es sich bspw. um 5 oder 6 Zoll Solarzellen, die allerdings in 3 oder 4 gleiche Teile getrennt wurden (wobei die Trennung parallel zur Fingerausrichtung und damit senkrecht zur Busbarausrichtung der Solarzellen erfolgt). In einer typischen Anordnung von 2 Reihen mit je 18 Solarzellen (insbesondere 1 /3 Solarzellen) hat dies den besonderen Vorteil, dass die Ausgangsspannung des Photovoltaikmoduls 18 V_mpp ist (da jede Zelle im unerwärmten Zustand 1 /2 V_mpp liefert), wobei die Spannung des 330 Photovoltaikmoduls dann im Betrieb regelmäßig tatsächlich auf ca. 12-14 Volt sinkt.

Dies entspricht der benötigten Spannung zum Laden einer Autobatterie. In typischen Ausführungsformen liefert eine solche Anordnung eine Nennleistung von 50 Wp.

Durch die Anpassung des Photovoltaikmoduls an eine Gebäudestruktur und insbesondere eine Dachstruktur zumindest außerhalb des Aufnahmebereichs des Photovoltaikmoduls wird ermöglicht, dass das Photovoltaikmodul in das Gebäude integriert werden kann. Wie bereits erwähnt, kann das Photovoltaikmodul entweder auf ein bestehendes Dachelement angebracht werden, oder es kann alternativ zu einem herkömmlichen Dachelement eingesetzt werden. 340

Darüber hinaus wird ein Formschluss zwischen dem wellenförmigen Element und der Gebäudestruktur wie zum Beispiel dem Dach, auf dem das wellenförmige Element befestigt wird, ermöglicht. Auf diese Weise kann das Photovoltaikmodul bei bestimmungsgemäßem Gebrauch auch hohen mechanischen Beanspruchungen widerstehen. Auch Umwelteinflüsse können ggfs. von dem besser aufgenommen werden.

Wird beispielsweise das Dach eines Gebäudes aus mehreren Wellblechdachelementen gebildet, so ist das hierin beschriebene wellenförmige 350 Element dadurch an diese Struktur angepasst, dass es in den Randbereichen ebenfalls eine Wellblechstruktur aufweist. Insbesondere kann es so ein herkömmliches Wellblechdachelement ersetzen; alternativ kann das wellenförmige Element auch auf ein bereits vorhandenes Wellblechdachelement gelegt und dort befestigt werden.

Es ist bei der Anfertigung von Photovoltaikmodulen allgemein gewünscht, Randbereiche der Befestigung, die nicht zum Erzeugen von Strom aus Sonnenenergie sondern lediglich der mechanischen Befestigung dienen, möglichst schmal zu gestalten. Auf diese Weise stehen möglichst große Bereiche der 360 Photovoltaikmodule für die Anordnung von Solarzellen zur Verfügung.

Die vorliegende Erfindung weicht hiervon bewusst ab. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Rand des wellenförmigen Elements bzw. des Solarmoduls bewusst mindestens als eine halbe Periode der Wellenform gewählt bzw. mindestens 3,5 cm. Wie bereits dargelegt zeigt es sich, dass dieser Abstand regelmäßig genügt, dass im äußeren Bereich des Randbereichs Nägel durch das wellenförmige Element gehämmert werden können, ohne dass hierdurch ein Bruch der in dem Aufnahmebereich befindlichen Solarzellen auftritt.

370 Dennoch ist in typischen Ausführungsformen die Größe des Randbereichs auch nicht größer als das 2-fache einer Periode der Wellenform und/oder auch nicht größer als 15 cm. Damit wird zwar die Möglichkeit der einfachen Befestigung mit Hilfe eines Hammers gewährleistet, gleichzeitig aber auch nicht übermäßig viel Platz in Anspruch genommen, der nicht zur Erzeugung von Strom dienen kann.

Die Form des wellenförmigen Elements kann rechteckig sein. Eine typische Bemaßung weist eine Breite (d.h. eine Ausdehnung in Richtung der Wellen) von zwischen 40 cm und 90 cm auf, insbesondere von zwischen 45 cm und 55 cm. Gerade eine obere Grenze wie 55 cm hat sich als praktikabel herausgestellt, um das 380 wellenförmige Element bzw. das Photovoltaikmodul angenehm unter dem Arm transportieren zu können. Auf der anderen Seite sind zu schmale Anordnungen zu ineffizient.

Eine typische Länge des wellenförmigen Elements bzw. des Photovoltaikmoduls (d.h. die Ausdehnung parallel zu der Wellenform) ist zwischen 100 cm und 220 cm, typischer Weise zwischen 120 cm und 140 cm.

Das Photovoltaikmodul umfasst mehrere Solarzellen. Durch die elektrischen Anschlusselemente, von denen das Gebäudebauteil zumindest eines aufweist, 390 können sowohl die Solarzellen untereinander verbunden als auch eine Verbindung aus dem Photovoltaikmodul heraus hergestellt werden. Bevorzugt ragt zumindest ein elektrisches Anschlusselement wie zum Beispiel ein Kabel (d.h., eine Stromverbindung für die beiden Pole) zwischen der unteren Schutzschicht und der oberen Schutzschicht aus der Solareinheit heraus. Dies ermöglicht beispielsweise einen einfachen Anschluss der Solarzellen an das Stromnetz eines Gebäudes.

Als Solarzellen können beispielsweise teilkristalline, kristalline flexible oder gedruckte Solarzellen verwendet werden. Flexible Solarzellen sind zwar in der Anschaffung teurer, aber auch unanfälliger gegenüber mechanischer Einwirkungen. Auch eine 400 gemischte Anordnung ist denkbar. Kristalline Solarzellen sind derzeit die üblichsten Solarzellen.

Wellblechelemente werden insbesondere in Schwellenländern häufig verwendet und verbaut. Typische Wellblechelemente haben eine Wellung von 76/18, d.h., eine Wellenform mit einer Periode von 78 cm und einer Höhe (d.h. von Wellenminimum zu Wellenmaximum) von 18 cm. Das Photovoltaikmodul kann insbesondere als Inselsystem zur Anwendung kommen. Das bedeutet, dass das Photovoltaikmodul nicht an ein öffentliches Stromnetz 410 angeschlossen werden. Vielmehr wird die erzeugte elektrische Energie direkt vor Ort verbraucht. Das elektrische Anschlusselement des Photovoltaikmoduls der vorliegenden Beschreibung ist typischer Weise aus zwei Drähten gebildet, die ohne Stecker oder Buchse zur Verfügung gestellt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen im Detail dargestellt. Dabei bezeichnet in den Figuren die gleiche Referenznummer das gleiche Element.

In den durch die Figuren schematisch illustrierten Ausführungsformen ist das 420 wellenförmige Element 1 durch die Wellenform im Rahmen 4 an eine typische Wellblechdachstruktur angepasst. Der Rahmen umfasst vier Außenränder 15. Ohne Einschränkung auf die gezeigten Ausführungsformen ist der Aufnahmebereich 5, in den die Vielzahl von Solarzellen 20 aufgenommen werden können, eben. Der Aufnahmebereich 5 weist typischer Weise einen Befestigungssteg 10 auf, der ausgelegt ist, die Solarzellen aufzunehmen. Die Solarzellen können typischer Weise in Form eines oder mehrerer Solareinheiten aufgenommen werden. Wie später noch in größerem Detail beschrieben wird, werden die Solarzellen typischer Weise aufgeklebt, insbesondere in den Ausführungsformen, in denen das wellenförmige Element aus Blech besteht.

430

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, ist es grundsätzlich und ohne Beschränkung auf die Ausführungsform von Fig. 1 möglich, dass der Aufnahmebereich eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist. Dies kann der besseren Hinterlüftung der Solarzellen dienen, was wiederum für die Energieausbeute von Vorteil sein kann. Die eine oder mehreren Ausnehmungen befinden sich damit hinter den Solarzellen und erlauben insbesondere eine Kühlung der Solarzellen durch die Umgebungsluft. Dies ist mitunter wichtig für den Wirkungsgrad der Solarzellen, der mit steigenden Temperaturen sinkt. Die Ausnehmungen sind in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 1 bezeichnet. Zwischen mehreren Ausnehmungen kann ein Zwischensteg, der bespielhaft in Fig. 1 gezeigt ist und mit dem Bezugszeichen 1 2 versehen ist, vorgesehen sein.

Der Aufnahmebereich wird typischer Weise in dem gleichen Arbeitsschritt hergestellt, in dem auch die Wellenform in ein zuvor ebenes Blech eingebracht wird, typischer Weise durch Tiefziehen oder Prägen. Zusätzlich können dann auch die eine oder mehreren Ausnehmungen in das wellenförmige Element eingebracht werden, bspw. durch Stanzen, Fräsen, oder Schneiden.

Fig. 2 zeigt nunmehr eine Ausführungsform eines Photovoltaikmoduls 2. In das 450 wellenförmige Element 1 ist eine Vielzahl von Solarzellen 20 eingebracht. Typischer Weise werden die Solarzellen 20 in einer oder mehreren Solareinheiten 21 in das wellenförmige Element eingebracht.

Die Solarzellen sind gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Figuren zentral in dem wellenförmigen Element 1 angeordnet. Der Rahmen 4 des Photovoltaikmoduls bleibt von Solarzellen frei.

Zudem kann ein elektrisches Anschlusselement 3 in Form eines Anschlusskabels vorhanden sein, welches von den Solarzellen 20 aus dem wellenförmigen Element 1 460 hinausragt. Das elektrische Anschlusselement ist typischer Weise direkt auf der Rückseite der Solareinheit an den ausgeführten Busbars der Solarzellen angelötet. In Ausführungsformen wird das elektrische Anschlusselement wie zum Beispiel ein Kabel durch ein abgedichtetes Loch auf die Rückseite des wellenförmigen Elements rausgeführt. Zur Abdichtung kann Silikon eingesetzt werden. Das Anschlusselement wird bspw. entlang einer Blechsicke zum mechanischen Schutz bis zum äußeren Rand des Photovoltaikmoduls geführt. Dies ermöglicht es, das Kabel bei der Montage sehr einfach in den Innenraum des Daches zu führen.

Es ist ganz allgemein und ohne Bezug zur Anschlusselementenführung eine 470 bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, dass das Photovoltaikmodul ohne Anschlussdose zur Verfügung gestellt wird. Das Anschlusselement besteht in zahlreichen Ausführungsformen ausschließlich aus einem Stromkabel, das ausschließlich aus den zwei gegeneinander isolierten Leitungen für die beiden unterschiedlichen Pole besteht.

Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Verständnis wird durch die schematische Querschnittsdarstellung der Fig. 3 verdeutlicht, die entlang der gestrichelten Linie A-A aus Fig. 2 gezeigt ist. Grundsätzlich weist das wellenförmige Element, wie in den Figuren gezeigt, eine Wellenform auf. Dies ist typischer Weise 480 so zu verstehen, dass der Rahmen 4 eine Wellenform aufweist. Ohne Einschränkung auf die gezeigten Figuren verläuft der Aufnahmebereich gemäß Ausführungsformen der Erfindung eben und damit insbesondere ohne Wellenform.

Ohne Beschränkung auf die gezeigten Figuren kann der Aufnahmebereich 5 gegenüber dem übrigen wellenförmigen Element erhöht sein. Damit soll verstanden werden, dass die Höhe des Befestigungsstegs 1 0 im Vergleich zu der maximalen Höhe der Wellenform größer ist. Dies erlaubt die unproblematische Befestigung auf existierenden Wellblechdachelementen. Der Aufnahmebereich kann sich insbesondere mindestens 1 mm gegenüber der Maximalhöhe der Welle erhöht 490 befinden. Es ist typisch, dass der Aufnahmebereich jedoch nicht mehr als 1 0 mm über die Maximalhöhe der Welle herausragt.

Die Wellenform ermöglicht es, das Photovoltaikmodul 1 überlappend mit anderen Gebäudebauteilen, sowohl solchen mit Solarzellen, als auch mit herkömmlichen Wellblechelementen, anzuordnen. Auf diese Weise wird ein Formschluss zwischen dem wellenförmigen Element 1 und angrenzenden Bauteilen erreicht. Dies erhöht die Stabilität des Gesamtverbunds in erheblichem Maße. Dadurch werden die Solarzellen 20 bzw. die Solareinheit 21 weniger stark mechanisch beansprucht, da einwirkende Kräfte von dem Gesamtverbund aufgenommen werden können.

500

Wie in den schematischen Querschnittsdarstellungen der beigefügten Figuren gezeigt, geht gemäß Ausführungsformen die Wellenform an einer tiefen Position 15 innerhalb des wellenförmigen Elements in eine Auskragung über, die den Aufnahmebereich bildet. Die tiefe Position 1 5, an der die Wellenform in die Auskragung übergeht, liegt typischer Weise nahe einem Minimum der Wellenform, insbesondere in einer Entfernung im Bereich von +/- 1 cm des Minimums, vorzugsweise am Minimum selbst.

Der Aufnahmebereich wird typischer Weise innerhalb der Auskragung gebildet. Der 510 Aufnahmebereich hat meist eine Höhe von mindestens 3/4 der Wellenhöhe, vorzugsweise ca. der Wellenhöhe selbst. Die Anbringbarkeit auf bestehenden Dachelementen aus Wellblech ist damit garantiert.

Darüber hinaus sorgt die Auskragung für eine erhöhte Steifigkeit des wellenförmigen Elements bzw. des Photovoltaikmoduls. Dies gilt umso mehr in Synergie mit der normaler Weise rechteckigen Form des Aufnahmebereichs. Das führt zu einer leichteren Transportierbarkeit bzw. zu einer verringerten Beschädigungsgefahr des Photovoltaikmoduls. Darüber hinaus wird durch diese Geometrie neben dem Aufnahmebereich ein Wasserablauf gebildet, der sich nutartig um die tiefe Position 520 15 erstreckt und im Einsatz das Wasser entlang dieser Nut abzuführen vermag.

In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Aufnahmebereich 5 durch einen Vorsprung 1 2 zumindest teilweise, typischer Weise vollständig umgeben. Dies hat mehrere Vorteile. Zum Einen dient es der Steifigkeit des wellenförmigen Elements bzw. des Photovoltaikmoduls, insbesondere im Bereich des Aufnahmebereichs. Darüber hinaus wird der Vorsprung typischer Weise derart dimensioniert, dass seine Höhe über der Höhe der Solareinheit liegt. Gegenüber dem Befestigungssteg 1 0 der Aufnahmeeinheit ist der Vorsprung 1 6 typischer erhöht, insbesondere in einem Größenordnung von +/- 5 mm in Bezug auf die Oberseite der 530 Solareinheit, insbesondere liegt der Vorsprung wenigstens auf der gleichen Höhe wie die Solareinheit. In weiteren Ausführungsformen liegt der Vorsprung um mindestens 1 mm gegenüber der Solareinheit erhöht. Während des Transportes des Photovoltaikmoduls dient der Vorsprung daher dem Schutz der Solareinheit, und insbesondere dem typischer Weise gehärteten Glas auf der Oberseite der Solareinheit, das gerade im Randbereich der Solareinheit ansonsten sehr leicht zerstört werden kann.

Die erfindungsgemäßen Photovoltaikmodule können insbesondere Inselsysteme darstellen, die im Betrieb eine Ausgangsspannung von ca. 1 2-14 V zur Verfügung 540 stellen. Ihre Auslegung erfolgt daher regelmäßig mit 1 8 V_mpp. Es kann dabei vorgesehen sein, sie mit Hilfe eines Ladereglers zum Laden von elektrischen Geräten einzusetzen, ohne dass eine zusätzliche Verschaltung notwendig ist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, das Photovoltaikmodul anders zu verschalten, so dass es an Wechselrichter angeschlossen werden kann und eine Stromversorgung für ein Gebäude bildet oder als Stromversorgung für eine Netzeinspeisung geeignet ist.

Insbesondere bei den hierin beschriebenen Ausführungsformen, in denen das wellenförmige Element aus Blech besteht, werden die Solarzellen zum Beispiel mit 550 Hilfe eines Klebers fest in dem Aufnahmebereich verbunden. Wie in Fig. 3 schematisch illustriert ist, wird die Solareinheit 21 mit Hilfe eines doppelseitig klebenden Klebebandes 23 dauerhaft mit dem wellenförmigen Element 1 verbunden, womit das Photovoltaikmodul 2 gebildet wird. Auf Grund des ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und Blech wird die Klebestelle während des Tagesverlaufs dabei keinen ständigen höhen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die Solarzellen sind damit dauerhaft in dem wellenförmigen Element befestigt und typischer Weise nur unter Gewaltanwendung wieder herauslösbar. Dies macht einen selektiven Diebstahl der Solarzellen nahezu unmöglich.

560 Gemäß Ausführungsformen ist das wellenförmige Element zweiteilig ausgebildet.

Dies ist insbesondere der Fall, wenn das wellenförmige Element aus einem Kunststoff besteht. Die Aufteilung des wellenförmigen Elements erfolgt dabei regelmäßig senkrecht zur Wellenrichtung und insbesondere durch den Aufnahmebereich für Solarzellen hindurch.

Eine solche Ausführungsform wird in Fig. 4 beispielhaft illustriert. Für den Zusammenbau des Photovoltaikmoduls im Fall eines zweistückig ausgebildeten wellenförmigen Elements werden der erste Teil 7 des wellenförmigen Elements und der zweite Teil 8 des wellenförmigen Elements an einer Fügenut 9 570 zusammengeschoben und bspw. durch Kleben oder mit Hilfe eines Schnappverschlusses oder Heissverstemmen dauerhaft miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel nach Einbringen von einem oder mehreren Solareinheiten in den Aufnahmebereich. Im Ergebnis wird, wie beispielhaft in Fig. 5 dargestellt wird, das Photovoltaikmodul 2 erhalten. Ein Kleben der einen oder mehreren Solareinheiten in den Aufnahmebereich des wellenförmigen Elements ist in diesem Fall nicht nötig.

Insbesondere bei den hierin beschriebenen Ausführungsformen des wellenförmigen Elements, in denen das wellenförmige Element aus Kunststoff besteht, kann eine 580 Aufnahmenut für die Solarzellen, typischer die eine oder mehreren Solareinheiten vorgesehen sein. Dies soll anhand des in Fig. 6 gezeigten schematischen Querschnitts entlang der gestrichelten Linie aus Fig. 5 illustriert werden.

Ohne Beschränkung auf die Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann in zusammengebauten Zustand des Photovoltaikmoduls die Aufnahmenut 6 den Aufnahmebereich teilweise, typischer Weise vollständig umgeben. Die Aufnahmenut schafft dabei eine Öffnung, die sich in Richtung der aufzunehmenden Solareinheit bzw. der bereits eingebrachten Solareinheit erstreckt, wie es in Fig. 6 illustriert ist. Dabei dient die Aufnahmenut typischer Weise der formschlüssigen Aufnahme von 590 einer oder mehreren Solareinheiten. Die Tiefe der Nut (d.h., die Tiefe der Öffnung zur Aufnahme der einen oder mehreren Solareinheiten) liegt dabei typischer Weise bei 0,5 bis 1 ,0 cm. Die Breite der Nut liegt dabei typischer Weise bei 0,5 cm. Die Breite der Aufnahmenut wird typischer Weise jedoch leicht geringer gewählt als die Dicke der einen oder mehreren Solareinheiten, so dass die Verbindung zwischen Solarzellen und wellenförmigen Element auch kraftschlüssig sein kann.

Auf Grund der Geometrie übersteht die hierin beschriebene Aufnahmenut typischer Weise die Solareinheit in ihrer Höhe. Die Aufnahmenut hat damit zusätzlich die Funktionalität, die beispielhaft mit Bezug auf Fig. 3 für den Vorsprung 1 2 besprochen 600 wurde, nämlich, dass im Fall eines Transportes die empfindliche Oberfläche der einen oder mehreren Solareinheiten besser geschützt ist.

Das Vorsehen einer Aufnahmenut ist insbesondere bei einem zweistückig ausgebildeten wellenförmigen Element angedacht. Bei Vorsehung einer Aufnahmenut kann das Einkleben der Solarzellen in den Aufnahmebereich entfallen. Eine Befestigung der Solarzellen mit Hilfe der Aufnahmenut hat den Vorteil, dass durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte unterschiedliche Ausdehnungen des wellenförmigen Elements sowie der Solarzellen 610 von beiden Komponenten aufgenommen werden können, ohne dass hierbei die Solarzellen beschädigt werden. Dies kann insbesondere im Fall eines aus Kunststoff bestehenden wellenförmigen Elements von Bedeutung sein.

Fig. 7 stellt eine beispielhafte Querschnittsdarstellung einer hierin beschriebenen Ausführungsform des Photovoltaikmoduls dar, die auf einem existierenden Dachelement 31 mit Hilfe von Nägeln 30 aufgebracht und damit dauerhaft verbunden ist. Wie im linken Teil der Figur ebenfalls veranschaulicht, kann ein weiteres Überdeckungselement bei der Montage des Photovoltaikmoduls vorgesehen werden, so dass der Rahmen 4 des Photovoltaikmoduls zwischen dem Dachelement sowie 620 dem Überdeckungselement eingebettet wird.

Die vorliegende Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren und auch um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, insbesondere Geräte oder Systeme herzustellen und zu benutzen sowie beinhaltete Verfahren auszuführen. Verschiedene spezifische Ausführungsformen wurden offenbart; ein Fachmann wird erkennen, dass der Geist und Schutzbereich der Ansprüche weitere entsprechend effektive Modifikationen umfasst. Insbesondere sich gegenseitig nicht ausschließende Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können mit anderen kombiniert werden. Der patentierbare 630 Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die sich dem Fachmann ergeben. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, wenn sie Strukturelemente umfassen, die sich nicht von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen enthalten. Bezuqszeichenliste

I Wellenförmiges Element

2 Solareinheit

3 Elektrisches Anschlusselement

4 Rahmen

5 Aufnahmebereich

6 Aufnahmenut

7 Erster Teil des wellenförmigen Elements

8 Zweiter Teil des wellenförmigen Elements

9 Fügenut

10 Befestigungssteg

I I Ausnehmung

12 Zwischensteg

15 Außenränder

16 Vorsprung

20 Solarzellen

21 Solareinheit

23 Doppelseitiges Klebeband

30 Nagel

31 Dachelement

32 Zweites Dachelement