CH704555B1 - Im Wesentlichen zweidimensionales Konstruktionselement. - Google Patents

Im Wesentlichen zweidimensionales Konstruktionselement. Download PDF

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CH704555B1
CH704555B1 CH00836/12A CH8362012A CH704555B1 CH 704555 B1 CH704555 B1 CH 704555B1 CH 00836/12 A CH00836/12 A CH 00836/12A CH 8362012 A CH8362012 A CH 8362012A CH 704555 B1 CH704555 B1 CH 704555B1
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CH
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building
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CH00836/12A
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Abstract

Ein Konstruktionselement für Bauwerke umfasst einen Sonnenenergiewandlerabschnitt, zum Beispiel ein photovoltaisches Wandlermodul (1) sowie einen Bauwerkkonstruktionsabschnitt. Mindestens ein Teil des Sonnenenergiewandlerabschnittes ist integral mit mindestens einem Teil des Bauwerkkonstruktionsabschnittes, welcher integrale Teil (4, 10) sowohl zur Solarenergiewandlung wie auch zur Erfüllung bauwerkseitiger Anforderungen beiträgt. Eine Materiallage (10) trägt bspw. der mechanischen Festigkeit des Sonnenenergiewandlerabschnittes (1) bei, erfüllt gleichzeitig zum Beispiel mechanische Eigenschaften, die bauwerkseitig gefordert sind.

Description

Definitionen
[0001] – Unter einem «im Wesentlichen zweidimensionalen Konstruktionselement» wird ein Teil verstanden, welches grundsätzlich eine plattenförmige Form hat mit einer vorderen und einer hinteren Oberfläche und bei welchem die Dicke in der dritten Dimension kleiner ist als Länge und Breite der Platte; die Platte kann selbstverständlich nicht nur perfekt planar sein, sondern kann auch zwischen leicht bis hin zu stark gekrümmt ausgebildet sein.
[0002] – Unter einem «strukturell integrierten Solar-Bauwerk-Element (SISBE)» wird ein Baukonstruktionselement verstanden, welches in den Bereich vorliegender Offenbarung und aller Ansprüche vorliegender Erfindung passt, dabei insbesondere einen Sonnenenergiewandlerabschnitt umfasst, der integral ist mit mindestens einem Teil eines (Bauwerk) Konstruktionsabschnittes, wobei der resultierende integrale Teil zu beidem beiträgt, zur Sonnenenergiewandlung und zur Erfüllung von (bauwerkseitigen) Konstruktionsanforderungen.
[0003] – Unter «bauwerkintegrierter Photovoltaik (BIPV)» wird, gemäss Vokabular des Standes der Technik, verwendet in der Photovoltaik (pv)-Industrie, verstanden, ein Konstruktionselement mit einem Solarenergiewandlerabschnitt und woran «integriert» im Wesentlichen bedeutet «ersetzt und angepasst»; in der vorliegenden Erfindung kann BIPV auch andere Solarenergiewandlertechnologien einschliessen als diejenige der pv.
1. Technisches Gebiet
[0004] Die Verbreitung photovoltaischer Systeme schreitet immer noch sehr langsam voran, da die Endbenutzer auf kürzest mögliche Investitionsrücklaufzeiten achten, und der technologische Fortschritt bis jetzt keine sehr vorteilhaften Lösungen erbracht hat, ohne äussert attraktive staatliche Subventionspolitiken.
[0005] Mit Bezug auf Bauwerkkonstruktionen, insbesondere Überdachungssolarinstallationen an Bauwerken, bilden die meisten der kommerziell erhältlichen Systeme eine zusätzliche Struktur, welche auf die existierende Bauwerkkonstruktion aufgebracht werden muss, und dies auch mit der heute bestehenden gar besser integrierten bauwerkintegrierten Photovoltaik (BIPV), welche normalerweise sogar mehr kostet, weil kein synergetischer Ersatz und Anpassung des BIPV-Elementes des bzw. an den unmittelbar anliegendem Bauwerkteil erfolgt und die erwähnten Elemente vornehmlich eingesetzt werden, um eine mehr ästhetisch uniforme Überdachungssolarinstallation zu schaffen.
[0006] Es ist deshalb das Ziel photovoltaischer Anwendungen im Allgemeinen und im Speziellen für BIPV, um die Kosten für die Strukturen von Bauwerken und Solarsystemen für die Eigentümer weiter zu optimieren, mindestens teilweise die Module als strukturelle Komponenten von Bauwerken oder von anderen Arten von Baukonstruktionen zu verwenden, die gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als «strukturell integrierte Solarbauwerkelemente» (SISBE) definiert sind. Ein SISBE hat ganz wesentliche Vorteile, weil die Notwendigkeit, zuerst eine Bedachung vorzusehen und dann ein photovoltaisches System, vermieden wird; im Weiteren kann das Vorgehen, gemäss welchem Ziegel durch pv-Module ersetzt werden und dann Letztere an eine Standarddachstruktur angepasst werden, wie dies für BIPV-Installationen der Fall ist, ebenfalls vermieden werden, weil SISBE impliziert, dass mindestens ein Teil eines Sonnenenergiewandlerabschnittes integral ist mit mindestens einem Teil eines Bauwerkkonstruktionsabschnittes und das resultierende integrale Teil sowohl zur Solarenergiewandlung wie auch zum Erfüllen von bauwerkseitigen Anforderungen beiträgt. Damit können die Kosten drastisch gesenkt werden: der Übergang von einem Zweiteilsystem (normale Bauwerkkomponente, wie vorerwähnt, plus Solarsystem) oder von einem Einteilsystem, gemäss dem «Ersetzen und Adaptieren»-Ansatz von Standard BIPV, zu einem erfindungsgemässen Einteilsystem, wo die Integration mindestens eines Teils eines Solarwandlers mit mindestens einem Teil eines Bauwerkkonstruktionsabschnittes zu neuen und verbesserten Synergien führt, ergibt: eine strukturelle Solarwandleranwendung, welche bspw. thermische, mechanische und chemische Charakteristika erfüllt, wie sie an modernen Bauwerkkonstruktionen gefordert werden.
[0007] Mehr spezifisch müssen SISBE, welche auf Bedachungen eingesetzt werden, mechanisch widerstandsfähig sein. Steifheit ist ebenfalls ein wichtiges Merkmal, bspw. um Risse in pv-Zellen zu verhindern, bedingt durch die typische Deformation von Modulen bei Wind oder Schnee. Im Weiteren müssen sie das grosse Problem thermischer Isolation lösen, die üblicherweise an Bauwerken erforderlich ist. Deshalb schlägt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur vor, die solche Probleme löst und die leicht an unterschiedliche Solarenergie-Nutzungstechnologien angepasst werden kann wie an pv, thermische oder hybride Technologien.
2. Diskussion des Standes der Technik
[0008] BIPV-Module ohne SISBE-Merkmale sind auf dem Markt bekannt und umfassen manche Ansätze, welche auf den unterschiedlichen erhältlichen pv-Technologien beruhen wie bspw. auf kristallinen- oder Dünnfilm-Silizium-Materialien.
[0009] Um den Einsatzbereich vorliegender Erfindung besser zu verstehen, soll vorerst analysiert werden, wie ein Bauwerkstrukturteil üblicherweise ausgelegt ist. Beispielsweise, jedoch nicht limitierend, benötigt der vollständige Bau eines Ziegeldaches in Zentraleuropa: eine massive Holz-(Kiefer oder Ähnliches)Balkenlage, eine Verschalung mit 2 cm dickem Holz, eine Dampfsperre (transpiring cover), eine 10 cm dicke thermische Isolation, eine weitere Lage aus 2 cm dicken Holzplatten und eine zweite, impermeable Lage sowie eine Abdeckung aus Ziegeln.
[0010] Darauf oder auf ähnlichen flachen oder sägezahnförmigen oder anderen Typen von Bauwerkbedachungsflächen wird üblicherweise ein Solarsystem in einem zweiten Schritt separat aufgebracht. Im Falle von BIPV ist das Modul der meist aussen gelegene Teil der Dachoberfläche und ersetzt Schindeln, dabei angepasst an die darunterliegende Bedachungsstruktur. Ähnlich kann an Bauwerkwänden bzw. -Lagefassaden vorgegangen werden.
[0011] Solarmodule sind meist mit mindestens einem Glas laminiert, welches die erforderliche mechanische, thermische, elektrische und chemische Grundstabilität sicherstellt und die notwendige Transparenz. Im Falle vom Dünnfilm-pv-Modulen ist weiter auf der Rückseite ein zweites Glas laminiert, obwohl dies die Kosten nicht unbedeutend hebt. Das Ziel der damit betrauten Industrie ist es deshalb, möglichst wenig Glas zu verwenden, auch wenn dies äusserst riskant ist, mit Bezug auf Beständigkeit und Zuverlässigkeit, wie bereits angetönt wurde.
[0012] Auch wenn dieser Industrie-Trend anhalten wird, umfassen diese laminierten oder Sandwich-Solarstrukturen, die im Handel erhältlich sind, normalerweise mindestens eine Glasplatte welche brauchbare Starteigenschaften aufzeigt, hingegen nur zum Teil die Normen für Bauwerkkonstruktionsbedachungen erfüllt.
[0013] Welche Solartechnologie auch immer betrachtet wird (Bulk-Kristallines Si, Dünnfilm-Technologien, flexible Module, organische, solarthermische oder hybride), es haben alle Module eine wichtige mechanische Grenze: Sie alle widerstehen einem bestimmten Druck, nämlich 240 kg/m<2> für eine Stunde, entsprechend IEC 61215 und IEC 61646 für pv-Normen, als Beispiel.
[0014] Im Rahmen vorliegender Erfindung müssen die bauwerkseitigen Normen gegenübergestellt werden: Bspw. entsprechend den schweizerischen Baunormen für Bedachungen (SIA) müssen momentaner Druck, Wind, Schnee und andere Faktoren berechnet werden, um eine sichere Strukturstärke sicherzustellen, und all diese Parameter zusammengezählt ergeben normalerweise Grössen, die weit oberhalb von 240 kg/m<2> liegen.
[0015] Weil beispielsweise gewisse äusserst widerstandsfähige Zwei-Glas-Sandwich-Dünnfilmmodule, wie sie im Markt erhältlich sind, bereits annehmbare mechanische Eigenschaften aufweisen, sind sie interessante Kandidaten, bspw. für Standard-BIPV-Bedachungslösungen. Allerdings ist Glas ein keramisches Material, welches entsprechend der Weibull-Verteilung manchmal bricht bei signifikant tiefen mechanischen Belastungen. Gemäss dem Beispiel gesandwichter Dünnfilmmodule, eben erwähnt, ist die mechanische Stabilität laminierten Doppelglases sehr gut, ähnlich derjenigen einer Fahrzeugwindschutzscheibe, die lediglich Wind und Hagel bei grösserer Geschwindigkeit zu widerstehen hat, jedoch nicht das Gewicht von Personen oder anderer schwerer und schlecht verteilter konstanter oder, gar schlimmer, kurzzeitig aufgebrachter Gewichte, wie dies an Bauwerken geschehen kann, wie bspw. auf Dächern. In der Tat, wenn ein Dach montiert wird, unterhalten und oder abgebaut wird, müssen Arbeiter sich sicher darauf bewegen und darauf arbeiten können. Steht ein Haus, bedeckt mit einem Dach, das eine pv-Installation umfasst, nahe den Bergen, Wäldern oder einem Garten, müssen herumfliegende oder fallende Steine, Baumäste, das pv-System auf dem Dach unbeschädigt belassen oder mindestens in einem solchen Zustand, dass die pv-Module und/oder – Ziegel nicht jedes Mal ausgewechselt werden müssen, wenn die Wetterbedingungen entsprechend schlecht sind. In den zitierten IEC-Normen ist auch ein Hageltest aufgenommen, der aber nicht genügend ist, falls ein Modul 25 Jahre überleben soll: der erwähnte Test erfordert das Beschiessen mit einem einzelnen Eisball von 2,5 cm Durchmesser an zehn verschiedenen Orten des Moduls; in der Natur wird ein einziger Hagelsturm hunderte, wenn nicht tausende von Eisbällen darauf schiessen, und wenn nur ein einziger davon speziell sensitive Partien des Modulfrontglases trifft, welche während dem IEC-Test nicht belastet wurden, kann das Modul möglicherweise springen, weshalb eine bessere Festigkeit und Belastbarkeit zu wünschen wäre. Zurückblickend auf das Windschutzscheiben-Beispiel, ist festzuhalten, dass eine solche sogar im gesprungenen Zustand einige Zeit weiter dienen kann, ohne irgendeine der erforderten Eigenschaften zu verlieren, ausser wenn sie durch Springen die Transparenz völlig verliert.
[0016] Es wäre im Falle eines BIPV-Systems ökonomisch untragbar, ein gebrochenes Modul durch ein neues zu ersetzen, nur aufgrund eines externen Druckes, welcher, insbesondere im Falle von Bedachungsabdeckinstallationen, oft auftreten kann, bedingt durch Bedachungs- und/oder Solarsystemunterhalt. Die Lösung, dickeres, schwereres und gar teureres Glas zu verwenden, widerspricht dem Zweck erneuerbarer Energien aus der Sonne, nämlich eine ökonomisch vorteilhafte Lösung gegenüber fossilen Ressourcen bereitzustellen.
[0017] Im Weiteren, vermutlich gar wichtiger bezüglich der vorliegenden Erfindung, ist, dass kommerziell erhältliche Solarmodule viel Wärme an ihre Rückseite transmittieren. Thermische Leitfähigkeit ist ein Problem, dessen sich jedermann bewusst ist: die Wärme in einem Auto, nachdem es gar weniger als eine Stunde in der Sonne gestanden ist, oder die Wärme, die in einem Treibhaus gefangen ist. Thermische Eigenschaften sind auch problematisch im Falle von BIPV. Ein pv-Modul heizt sich in trockener und sonniger Gegend auf Temperaturen bis zu ca. 100 °C auf während normalerweise ungefähr 60 °C bis 80 °C erreicht werden. Ein Wärmesolarwandler kann sich weit über diese Schwelle hinaus erwärmen, bis zu ungefähr 150 °C und gar mehr. Es ist leicht vorstellbar, dass solch hohe Temperaturen in kalten nordischen Wintern nicht auftreten, jedoch bereits in zentraleuropäischen Sommern, wo Solarsysteme interessante Wirkungsgrade haben, können sie die Temperaturen in Dachgeschossen auf für Menschen unerträgliche Werte ansteigen lassen, was immense thermische Energieverluste bedeutet.
[0018] Abschliessend hierzu kann daran erinnert werden, dass, im Falle von pv-Technologien, kristalline Module mit steigenden Temperaturen elektrisch schlechter wirken. Dies gilt auch, wenn auch weniger ausgeprägt, für Dünnfilmtechnologien, nicht jedoch für thermische Kollektoren.
[0019] Sollen BIPV-Module die Rolle von Verglasungen oder Fassadenbedeckungen übernehmen, so sind sie teuer und technologisch weniger problematisch. Sobald sie aber direkt als Ziegel oder andere Bauwerk-Bedachungs-Elemente verwendet werden, genügen ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften den Anforderungen keinesfalls.
3. Welches ist die Aufgabe, worauf die Erfindung beruht
[0020] Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein leichtes, ökonomisches, umweltfreundliches strukturell integriertes photovoltaisches Bauwerk-Element (SISBE) zu schaffen mit herausragenden Eigenschaften, bspw. mechanischen und thermischen, sodass es auch die geforderten Bauwerknormen erfüllen kann.
4. Die Lösung
[0021] Ein im Wesentlichen zweidimensionales Konstruktionselement für Bauwerke umfassend: einen Sonnenenergiewandlerabschnitt, der sich entlang einer Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und für Solarenergiewandlung sorgt; ein Baukonstruktionsabschnitt, der sich entlang einer zweiten Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und bauwerkseitige Anforderungen erfüllt, das sich dadurch auszeichnet, dassmindestens ein Teil des Sonnenenergiewandlerabschnittes mit mindestens einem Teil des Bauwerkkonstruktionsabschnittes integral ist und, dass der resultierende integrale Teil sowohl zur Solarenergiewandlung wie auch zur Erfüllung bauwerkseitiger Anforderungen beiträgt.
[0022] Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist es, ein Solarmodul mit mindestens zwei Lagen unterschiedlicher Materialien auf seiner Rückseite zu versehen, um eine Sandwichstruktur zu bilden, mit erhöhter thermischer Isolation und herausragenden mechanischen Eigenschaften, wie bezüglich Belastbarkeit und Festigkeit, um damit ein SISBE zu schaffen, das direkt für beides, nämlich als ein einteiliger Solarenergiefänger und als externes Bauwerkkonstruktionselement eingesetzt werden kann.
[0023] Ausgehend von der Rückseite des Moduls, können die erwähnten zwei Materiallagen eine Kernmateriallage und eine rückseitige Oberflächensandwichmateriallage umfassen. Sofern das Modul nur teilweise als Frontoberflächensandwichmateriallage wirkt, sollte eine spezielle Lage in das SISBE eingeführt werden, zwischen dem Modul und der Kernmateriallage, um die geforderten Eigenschaften sicherzustellen.
[0024] Eine solche Sandwichstruktur, anwendbar im Zusammenhang mit allen markterhältlichen Solarmodulen, umfasst bspw. ein vorderseitiges faserverstärktes Thermoplast- oder Duroplastlaminat, das auf der Rückseite eines Moduls durch unterschiedliche Mittel aufgebracht werden kann, wie bspw. durch Kleben oder einfach durch Erwärmen der Thermoplast- oder Duroplaststrukturen der Sandwichvorderseite, um das Sandwich an die Rückseite des Moduls zu binden. Das Kernmaterial des Sandwichs kann weiter vorzugsweise, aber nicht beschränkend, ein Schaum-ähnliches Material sein und das Sandwich kann weiter an seiner Rückseite eine gleiche oder ähnliche faserverstärkte Thermoplast- oder Harzlage umfassen, wie sie für die Vorderseite der Sandwichstruktur verwendet wird. Anstelle von Fasern können auch andere Materialien eingesetzt werden.
5. Warum ist dies eine Lösung
[0025] Naher Stand der Technik ist die US 5 800 861. Allerdings ist die Realisation eines solchen Ansatzes unrealistisch. Die Grenzen dieses Strukturtyps betreffen vor allem die Biegesteifheit, die durch diese Struktur erreicht werden kann, aufgrund der unvorteilhaften Materialkombination an der Rückseite des Moduls. Ferner ist das Isolationsvermögen (im Speziellen betreffs Dampf und Elektrizität) an der Rückseite des Moduls zweifelhaft, aufgrund des Vorhandenseins trockener Fasern in oder angrenzend an eine Schaumlage, unabhängig vom zusätzlichen Vorhandensein von Adhäsionslagen in dieser Struktur. Trockenfasern ergeben bekanntlich ein ungenügendes Isolationsvermögen. Die völlige Abwesenheit von Glas, vorderseitig oder rückseitig des photovoltaischen Materials, ist weiter ein klares Anzeichen für schlechte Beständigkeit. Schliesslich kann diese Auslegung Wirtschaftlichkeit im Ausmass, wie sie durch Herstellung des vorgeschlagenen Moduls erreicht werden soll, nicht erreichen, weil es völlig verschiedene Einkapselungsmethoden des Solarmoduls nötig macht, die industriell entwickelt werden müssen, weil sie sich nicht auf fertige oder halbfertige Module, wie sie als solche auf dem Markt erhältlich sind, bzw. lediglich mit geringfügigen und leicht realisierbaren Änderungen, anwenden lassen. Im Weiteren sind die sehr dünnen Schaumlagen, wie sie verwendet werden, Zeichen für ein sehr schlechtes Wärmeisolationsvermögen.
6. Eine spezifische Ausführungsform der Erfindung nach der anderen
[0026] Der Kern der Erfindung ist es, ein Solarmodul mit mindestens zwei Lagen unterschiedlicher Materialien auf seiner Rückseite bereitzustellen, um eine Sandwichstruktur mit erhöhter thermischer Isolation und hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu bilden wie bezüglich Belastbarkeit und Biegefestigkeit, um es als SISBE auszubilden, das direkt als einteiliges Solarenergieaufnehmendes und als äusseres Bauwerkkonstruktionselement einsetzbar ist. Ausgehend von der Rückfläche des Moduls, können die zwei Materiallagen eine Kernmateriallage und eine rückseitige Sandwichmateriallage umfassen. Im Falle, dass das Modul nicht wenigstens teilweise als Vorderflächen-Sandwichmateriallage wirkt, ist am SISBE eine spezielle Lage zwischen dem Modul und der Kernmateriallage einzuführen.
[0027] Eine solche Sandwichstruktur, welche mit allen am Markt erhältlichen Solarmodulen einsetzbar ist, schliesst beispielsweise ein vorderseitiges, faserverstärktes Thermoplast- oder Duroplastlaminat ein, welches auf die Rückseite des Moduls durch unterschiedliche Mittel aufgebracht werden kann, wie bspw. durch Kleben oder einfach durch Aufwärmen der Thermoplast- oder Duroplaststrukturen einer solchen frontseitigen Sandwichmateriallage, um es an der Rückseite des Moduls anzuhaften. Im Weiteren kann die Kernmateriallage des Sandwichs, vorzugsweise, aber nicht beschränkend, ein schaumähnliches Material umfassen und es kann das Sandwich auf seiner Rückseite dasselbe oder ein ähnliches, faserverstärktes Thermoplast- oder Harzlaminat aufweisen, wie als frontseitige Materiallage verwendet.
[0028] Anstelle von Fasern können auch andere Materialien verwendet werden.
[0029] In einer weiteren Ausführungsform können die verwendeten front- und rückseitigen Sandwichmateriallagen in der Sandwich-Struktur voneinander unterschiedlich sein.
[0030] In einer weiteren Ausführungsform kann das Solarmodul lediglich ein vorderseitiges Glas aufweisen, und deshalb kann die Sandwich-Struktur direkt auf die Rückseite des rückseitig glasfreien Moduls auflaminiert werden. Es ist offensichtlich, dass bei einer solchen Konfiguration das Modul selber die vorerwähnten elektrischen und chemischen Isolationsparameter erfüllen muss.
[0031] Wie bereits erwähnt, kann die frontseitige Sandwich-Materiallagen-Struktur in grossem Ausmass das Solarmodul selber umfassen. In diesem Fall kann das schaumartige Material in verschiedener Weise an das Solarmodul gebunden sein, wie bspw. durch Kleben. Dies geht auch dann, wenn das Solarmodul lediglich ein vorderseitiges Glas und nicht eine Doppelglasstruktur aufweist. Im jedem Fall kann der Schaum durch Kleben direkt an die Rückelektrode oder an den Rückreflektor eines pv-Moduls aufgebracht werden oder an die Rückseite eines thermischen Kollektors. Es ist offensichtlich, dass in einer solchen Konfiguration das Solarmodul selber auch die elektrischen und chemischen Isolationsanforderungen erfüllen soll.
[0032] Unterschiedliche Materialien können in der Sandwichstruktur eingebaut sein. In der folgenden Tabelle sind einige wenige Beispiele zusammengestellt, welche beispielhaft und nicht limitierend bezüglich des Schutzbereiches vorliegender Erfindung und seiner Ansprüche sind. <tb>Vorderseitige Sandwichmat. Schichtung<sep>Kernmaterial Sandwich Kernmaterial<sep>Rückseitige Sandwichmat. Schichtung <tb>Verstärkung<sep>Matrix<sep><sep>Verstärkung<sep>Matrix <tb>Glasfaser<sep>Polypropylen<sep>Polypropylenschaum<sep>Glasfaser<sep>Polypropylen <tb>Glasfaser Epoxyharz<sep>PMI-Schaum<sep>Glasfaser<sep>Epoxyharz <tb>Glasfaser<sep>Polyesterharz<sep>PUR-Schaum<sep>Glasfaser<sep>Polyesterharz <tb><sep><sep>Phenolisches Papier<sep><sep> <tb>Glasfaser<sep>Vinylestherharz<sep>Wabenmuster<sep>Glasfaser<sep>Vinylestherharz <tb><sep><sep>Polypropylen<sep><sep> <tb>–<sep>Polypropylen<sep>Wabenmuster<sep>–<sep>Polypropylen <tb>–<sep>Aluminiumfolie<sep>Copolymerschäume<sep>–<sep>Aluminiumfolie <tb>Basaltfaser<sep>phenolisches Harz<sep>Isolierender Kohlenstoffschaum<sep>Glasfaser<sep>phenolischer Harz <tb>Hanffaser<sep>Epoxyharz<sep>3D-Gewebe<sep>Hanffaser<sep>Epoxyharz <tb>Aramidfaser<sep>Epoxyharz<sep>PEEK-Schaum<sep>Aramidfaser<sep>Epoxyharz <tb>pv-Modul<sep><sep>Glasschaum<sep>Basaltfaser<sep>phenolisches Harz <tb>–<sep>Glasplatte<sep>Verstärkte Schäume<sep>Glasfaser<sep>venolisches Harz <tb><sep><sep>Styren-basierte Schäume<sep><sep>
[0033] Das Kernmaterial kann ein zwischen 10 MPa und 10 000 MPa variierendes E-Modul haben (z.B. ein bevorzugtes PUR mehr als 66 MPa und einen bevorzugten Glasschaum von mindestens 50 MPa aufweisen; die höhere Grenze von 10 GPa ist gegeben durch die generelle obere Grössenlimite des E-Moduls polymer-basierter Materialien oder anderer isolierender Kernmaterialien).
[0034] Zusätzlich kann der Wärmeleitkoeffizient weniger als 0.1 W/mK und mehr als 0.001 W/mK betragen (PUR hat 0.03 W/mK und Glasschaum ungefähr 0.04 W/mK). Eine bevorzugte Kombination wäre Glasfasern in einem Epoxy-Harz für beides, die Vorderseite und die Rückseite des Sandwichs sowie PUR-Schaum. Somit sind, wie aus der Tabelle ersichtlich, unterschiedliche Kombinationen möglich. Wichtig ist die Tatsache, dass jedes Verstärkungs-, Matrix- und Kernmaterial in jeder Reihenfolge kombinierbar sind. Lediglich im Fall, dass das Solarmodul die Hauptkomponente der vorderseitigen Sandwichmateriallage ist, kann das Solarmodul als solches verwendet werden; in diesem Fall wird die vorderseitige Sandwichmateriallage weniger dick als die rückseitige Sandwichmateriallage, weil das Vorhandensein des Solarmoduls für bessere mechanische Eigenschaften des ganzen SISBE sorgt.
[0035] Sofern das Sandwich nicht als Ganzes von einem Hersteller erworben werden kann, können die verschiedenen Komponenten z.B. miteinander verklebt werden, wobei die meist verwendeten Kleber Epoxy- oder Acryl- basierte Klebstoffe sind. Im Falle benötigter zusätzlicher Isolationseigenschaften kann zusätzliches Kernmaterial ausserhalb des Sandwichs vorgesehen werden, wie bspw. eine weitere Lage kommerziell erhältlichen Styren-basierten Schaums. Diese Beispiele, die verschiedenen Sandwichkomponenten zu vereinen, schliessen andere chemische oder physikalische Möglichkeiten nicht aus, um eine geeignete Verbindung zu erwirken.
[0036] Im Falle von in eine polymerische Matrix eingebetteten Fasern ist es von undiskutablem Vorteil, wenn die Fasern vorimprägniert werden. Auf diese Art und Weise wird die Fertigung mindestens eines Teiles des Sandwichs mit dem pv-Modul schnell und ökonomisch, obwohl nicht zwingend notwendig, um die Erfindung zu nutzen.
[0037] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Schichtungsprozess durch eine Beschichtungsvorrichtung oder eine Presse erfolgen, bspw. direkt, während das Modul beschichtet wird.
[0038] In anderen Ausführungsformen werden durch den Fachmann Mittel hinzugefügt oder dem SISBE gemäss vorliegender Erfindung integriert, zur Verbesserung bezüglich Wettereinflüssen, zum Erstellen von Wasserbeständigkeitseigeschaften am Ziegel selber oder an der ganzen Bedachungsstruktur oder zum Abführen und/oder Verteilen der erzeugten thermischen Energie, wie auch zum Speichern, Netz-Einspeisen oder Transformieren der thermischen Energie und der erzeugten Elektrizität, zur Verbesserung von Flammhemmungseigenschaften, zur Erzeugung mindestens von Teiltransparenz, zur Verbesserung der Bedachungsästhetik und Integration, wie dies anhand von Beispielen gezeigt werden wird.
[0039] Selbstverständlich kann eine solche Struktur auch eine Verbesserung akustischer Isolation bewirken mit Bezug im Handel erhältlicher Solarmodule.
7. Kurzdarstellung der Figuren
[0040] Beispiel 1, dargestellt in Fig. 1: ein SISBE, welches ein photovoltaisches Modul umfasst, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
[0041] Beispiel 2, dargestellt in Fig. 2: ein photovoltaisches Modul entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher das SISBE das pv-Modul als Sandwichelement umfasst.
[0042] Beispiel 3, dargestellt in Fig. 3: zwei in einem SISBE-basierten Dach vorgesehene erfindungsgemässe SISBEs einschliesslich einer wasserundurchlässigen Folie, auch als Dampfsperre wirkend, und entsprechend zwischen einem der SISBE und dem nächsten angeordnet und zwischen den SISBEs sowie der mechanischen Bedachungsstützstruktur wie, als Beispiel, einer Dachsparre.
[0043] Beispiel 4, dargestellt in Fig. 4: eine SISBE-basierte Bedachung einschliesslich Junction-Box zum Zusammenführen der Elektrizität, die durch die pv-Module der SISBEs erzeugt wird.
[0044] Beispiel 5, dargestellt in Fig. 5: ein pv-Modul umfassendes SISBE gemäss mindestens einem der vorerwähnten Beispiele, zusätzlich umfassend einen thermischen Kollektor, womit ein hybrides SISBE geschaffen ist.
[0045] Beispiel 6, wie in Fig. 6dargestellt: ein SISBE, umfassend einen thermischen Kollektor, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
[0046] Beispiel 7, dargestellt in Fig. 7: verschiedene mögliche SISBE-Formen und entsprechende Anwendungen an einer Bedachung.
[0047] Beispiel 8, dargestellt in Fig. 8: das SISBE wird nun als Strukturteil anderer Bauwerkkomponenten eingesetzt.
8. Beschreibung der Figuren
[0048] In Beispiel 1 umfasst ein SISBE 29 ein pv-Modul 1, vorgesehen unmittelbar an einer Sandwichstruktur 30. Die Sandwichstruktur 30 umfasst Materialien entsprechend Tabelle 1, wobei die Sandwichstruktur 30 eine vorderseitige Sandwichmateriallage 4 (fss), eine Kern-Materiallage 10 (Kernmaterial) und eine rückseitige Sandwichmateriallage 20 (bss) umfasst. Bevorzugterweise umfasst das Sandwich eine glasfaserverstärkte fss-Lage 4, Kernmaterial 10 aus Polyurethanschaum (PUR) und eine glasfaserverstärkte bss-Lage 20. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sandwichstruktur 30 Hanffasern als Verstärkungskomponenten in der fss 4 und/oder der bss-Schicht 20. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sandwichstruktur 30 Basaltfasern als Verstärkungskomponenten in der fss 4 und/oder bss 20. In einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial die fss 4 und/oder die bss 20 ein Epoxyharz als Matrixmaterial (z.B. Huntsman Tactix 123). In einer weiteren anderen Ausführungsform umfasst die fss 4 und/oder bss 20 ein Thermoplast als Matrixmaterial (z.B. Polypropylen).
[0049] Die Dicke der fss und der bss ist in der Grössenordnung von 5 mm. Die Dicke des Schaummaterials beträgt 5 cm. Im Falle des Einsatzes anderer Materialien, wie bspw. in Tabelle 1 aufgelistet, oder im Falle einer Baukonstruktion für mehr oder weniger mechanische Stabilität, entsprechend der Art des Einsatzes des erfindungsgemässen SISBEs, variieren die Dickenbereiche gemäss Tabelle 2: <tb>Dickenbereiche<sep>Vorderseitiger Sandwichträger 1<sep>Kernmaterial Sandwich<sep>Rückseitiger Sandwichträger 2 <tb>Bereiche gem. Erfindung<sep>100 µm–1 cm<sep>20 mm–100 cm<sep>100 µm–1 cm <tb>Bevorzugte Bereiche<sep>0.25 mm–5 mm<sep>30 mm–50 cm<sep>0.25 mm–5 mm <tb>Besonders bevorzugte Bereiche<sep>0.5 mm–2.5 mm<sep>50 mm–30 cm<sep>0.5 mm–2.5 mm
[0050] Die in Tabelle 2 angegebenen Bereiche können auf verschiedene Art und Weise kombiniert werden, entsprechend verschiedenen Arten der Anwendungen. Zum Beispiel wenn die mechanische Stabilität ein Muss ist, wie im Fall einer Bedachung oder eines Stadtplatzes, wo Fussgänger darauf gehen oder gar Fahrzeuge darüberfahren, können die fss und die bss Dicken aufweisen, entsprechend den grösseren Bereichen der Erfindung, das heisst, bis zu 1 cm, während das Kern-Sandwichmaterial eine Dicke entsprechend dem bevorzugten oder gar meist bevorzugten Dickenbereich aufweisen kann, gemäss einer Lagendicke um 10 cm. Gegenteiliges kann dann der Fall sein, wenn leichtere und weniger biegefeste Strukturen erforderlich sind, in welchen fss und/oder bss Dicken im Bereich von Millimetern oder tiefer aufweisen können.
[0051] Diese Kombination von bevorzugten und nicht bevorzugten Dicken ist auch einsetzbar für Strukturen mit unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeitsverhalten. Beispielsweise wenn in einem Privathaus das Dachgeschoss Wohnzimmer ist, Schlafzimmer oder gar Büro und dass deshalb darin über das Jahr eine bequeme Temperatur herrschen sollte, kann die Dicke des Kernmaterialsandwichs wesentlich über 10 cm liegen, während die Dicken der fss und bss weiterhin in den meist bevorzugten Bereichen um wenige mm liegen können. Im Falle von Häusern in kalten Klimata, bspw. in Berggegenden oder im Norden, sollte die Dicke des isolierenden Kernmaterials höher gewählt werden. Das Gegenteilige kann selbstverständlich auch funktionieren, nämlich im Falle besser wärmeleitender Strukturen, während fss und/oder bss Dicken aufweisen können im Bereich einiger weniger mm oder darunter.
[0052] Im Fall sehr heisser Klimata kann ein zusätzliches Mittel zur Kühlung eingesetzt werden: durch Vorsehen kleiner Kanäle zwischen der Rückseite des pv-Moduls 1 und dem Sandwich 30 oder direkt innerhalb des Kernmaterials 10.
[0053] Anderseits können, anstelle lediglich, mindestens teilweise, die Wärmetransmission auf der Rückseite des SISBE 29 mittels des Sandwichs 30 abzublocken, Mittel eingesetzt werden, um kumulierte Wärme abzuführen und/oder auszunutzen. Bspw. können die erwähnten kleinen Kanäle im Sandwich 30, im Speziellen im Kernmaterial 10, mit einem fliessenden Fluid gefüllt sein, verbunden mit Wärmenutzungsmitteln, wie sie dem Fachmann bekannt sind, um den erwähnten Zweck zu erfüllen; andere Mittel, wie beispielsweise Kühlserpentinen verbunden mit Reservoirs oder Wärmepumpen, pyroelektrischen und thermoelektrischen Materialien, wie Peltier oder Seebeckelementen, Vakuumpumpen verbunden mit Stirling-Motoren oder ähnliche kühlungs- und wärmenutzende Mittel, wie sie dem Fachmann bekannt sind, können geeignet sein, die erwähnte Aufgabe zu erfüllen. Solche Mittel können mindestens teilweise zwischen Lagen und/oder in Lagen des SISBEs 30 eingebaut sein.
[0054] In einem pv-Modul 1a wird üblicherweise ein vorderseitiges Glas 1b mit 2–3 mm Dicke eingesetzt, da bis heute dies das einzige Material ist mit den geforderten Parametern insbesondere bezüglich mechanischer, elektrischer und chemischer Stabilität wie auch bezüglich Wirkung als chemische Sperrschicht. Obwohl die rückseitige Sandwichstruktur 30 dem SISBE 29 eine wesentliche strukturelle Biegefestigkeit verleihen kann, einschliesslich des pv-Moduls 1, kann es bevorzugend sein, eine solche Dicke des vorderseitigen Glases 1b beizubehalten, um das Bruchrisiko nicht anzuheben, auch wenn dünnere Glase, wie für Anzeigen eingesetzt, geeignet sein könnten.
[0055] Im Weiteren kann das rückseitige Abdeckmaterial 1c des pv-Moduls 1 kein rückseitiges Glas umfassen, an dessen statt geeignete Folien, welche die geforderten Parameter, insbesondere bezüglich elektrischer und chemischer Stabilität, erfüllen, ebenso bezüglich Wirkung als chemische Sperrschicht. Solche Folien sind Verbundfolien, welche auf dem Markt bestens bekannt sind, wie bspw. von den Polymer-basierten Produkten der Marktführer Tedlar und Icosolar. Solche Produkte werden üblicherweise für die Rückseite von Bulk-Silizium-pv-Zellen 1a eingesetzt. Allerdings sind neuerdings Polymer-basierte rückseitige Folienblätter auch für Dünnfilmanwendungen, ökonomisch, erhältlich. Im Falle eines solchen pv-Moduls 1 ohne rückseitiges Glas, aber mit einer Polymer-basierten Folie, wird die Sandwichstruktur 30 direkt auf das die Rückseite des pv-Moduls 1 abdeckende Material 1c aufgeklebt, welches ein Polymer-basiertes Rückseitenoberflächenmaterial bildet, oder es kann an solche Folie als fss 4 wirken, wenn die erwähnte Folie selber interessante mechanische Eigenschaften hat, und wird dann direkt, gemeinsam mit anderen Komponenten des Sandwichs 30, auf die Rückseite der pv-Zelle 1a laminiert, wobei dies nur in Reinraumatmosphäre erfolgen sollte, um eine schädliche Kontamination der pv-Zelle 1a zu verhindern. Ein anderes Vorgehen kann sein, direkt die Sandwichstruktur 30 vorzubereiten mit dem rückseitigen Blattmaterial 1c und dann direkt die resultierende Hybridstruktur 40 mit der Rückseite der pv-Zelle 1a zu verbinden.
[0056] Gemäss vorgesehenem Beispiel 2, dargestellt in Fig. 2, ist ein SISBE 31, das ein photovoltaisches Modul umfasst, gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall umfasst das SISBE 31 ein pv-Modul 1 direkt als fss-Element. Bss 20 und das Kernmaterial 10 bleiben dieselben wie in Beispiel 1 und können zusätzlich zu den bevorzugten Materialien von Beispiel 1 jegliche Materialien oder jegliche Materialkombinationen umfassen, welche, nicht beschränkend, in Tabelle 1 beschrieben sind. Dies auch dann in welcher das rückseitige Abdeckmaterial 1c kein Glas umfasst, sondern eine Polymer-basierte Folie. Die Möglichkeit, bss 20 und das Kernmaterial 10 mit dem rückseitigen Abdeckmaterial 1c vorzulaminieren, auch wie in Beispiel 1 beschrieben, erfolgen: in diesem Fall wird eine solche Hybridstruktur 41 direkt an die Rückseite der pv-Zelle 1a appliziert. Was die Dicken anbelangt, sind diejenigen bezüglich bss 20 und des Kernmaterials 10 exakt gleich wie in Tabelle 2 von Beispiel 1, während die der fss, welche in diesem Fall im Wesentlichen durch das pv-Modul 1 gebildet ist, von der Art der pv-Modultechnologie abhängt (Dünnfilm oder Bulk-Silizium) sowie von der Art des Aufbaus des pv-Moduls 1, insbesondere mit Blick auf die Zusammensetzung seines rückseitig abdeckenden Materials 1c (mit rückseitigem Glas oder mit Polymer-basierter Folie). Alle weiteren Merkmale, beschrieben im Zusammenhang mit Beispiel 1, sind auch hier anwendbar.
[0057] Beispiel 3, in Fig. 3dargestellt, zeigt erfindungsgemässe SISBE 28 und 29, worauf im Wesentlichen eine SISBE-basierte Bedachung 70 basiert, mit einer wasserundurchlässigen Folie 50a und 50, auch als Dampfsperre wirkend, entsprechend zwischen einem SISBE 29 und dem nächsten 28 angeordnet und einen mechanisch haltenden Bedachungsstruktur, z.B. Dachsparren (61 und/oder 62). Die Seiten des SISBEs 28 und 29, welches in diesem Beispiel die äussere Begrenzung der SISBE basierten Bedachung 70 bilden und die sich nicht gegenüberliegen und nicht durch die wasserundurchlässige Folie 50a voneinander getrennt sind, weisen ebenfalls eine wasserundurchlässige Folie auf, ähnlich der mittigen 50a. Die stützende Bedachungsstruktur kann jegliche mechanisch geeigneten Platten, Balken oder Stäbe 61 und/oder 62 umfassen, aus Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, wie zum Beispiel aus Holz, Stein, armiertem Beton, Metallen, wie beispielsweise aus Aluminium oder Stahl und/oder aus Kompositmaterialien der bekanntesten eingesetzten Arten. Die wasserundurchlässigen Folien 50 und 50a können Polysiloxan (Silikon) Butyl, Metall/Aluminiumfolien, Polyethylen-basierte Folien, EVA und/oder PVB umfassen; solche Lagen 50 und 50a können auch weit mehr als eine einzige Lage umfassen, dabei eine laminierte wasserundurchlässige Folie bildend. In gewissen speziellen Situationen, wie bspw. bei gewissen Spitzdächern, ist es wünschbar, halbdurchlässige Membranen vorzusehen, welche zulassen, dass kumulierter Dampf bzw. Feuchtigkeit das Bauwerk verlässt; in diesem Fall können entweder zusätzliche Mittel, wie Kanäle oder Durchlässe in der Bedachungsabstützung geeignet sein oder es kann die Mittelfolie 50a und mindestens teilweise die Folie 50, permeabel bezüglich Dampf/Feuchtigkeit in eine Richtung ausgebildet, undurchlässig bezüglich Wasser, Dampf/Feuchtigkeit in der anderen Richtung.
[0058] In diesem spezifischen Beispiel zeigt die Querschnittsdarstellung von Fig. 3 zwei Balken 61 und 62, weil der Fachmann weiss, dass unterhalb des Moduls und abgesetzt von dessen Kanten auf Letzteres ausgeübter Druck besser in die abstützende Struktur verteilt werden kann als im Falle, dass SISBE 28 oder 29 durch Balken 61 und 62 gebildet werden. Wegen der hohen intrinsischen, mechanischen Festigkeit von SISBE 29 gemäss vorliegender Erfindung kann das SISBE gerade auf einem Auflagepunkt oder einem Auflagebereich in dessen Mitte oder entlang einer Linie in dessen Mitte abgestützt sein. Auch eine Platte kann diesen Zweck erfüllen.
[0059] Im Falle, dass das Modul 1 oder die entsprechenden SISBE 28 oder 29, bereits gerahmt oder laminiert sind, in qualitativ, hochstehender Weise, kann möglicherweise auf die wasserundurchlässige Folie 50a verzichtet werden. In einem solchen Fall werden die Zwischenräume zwischen einem der SISBEs 28 und dem nächsten 29 genutzt um Wasser von der SISBE 28, 29-basierten Bedachung 70 abzuführen. Ein solcher Kanal, der bei Weglass der wasserundurchlässigen Folie 50a resultiert, kann Wasser in die Sandwichstruktur 30 leiten und/oder falls die SISBE-28,29-basierte Bedachung in einer Gegend steht, wo heftige Regenfälle vorkommen, womit sie mindestens teilweise mit einer wasserundurchlässigen Folie 50a und/oder mit einer zusätzlichen, Wasserabstossenden Substanz oder isolierenden Lage versehen werden können; eine weitere Lösung kann sein, einen Schaum mit geschlossenen Poren zu verwenden. Auch in diesem Fall, wird der Kanal weiterhin beibehalten, um Wasser von der SISBE-basierten Bedachung 70 abzuführen.
[0060] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von Beispiel 3 gilt, dass wenn das Modul 1 oder das entsprechende SISBE 28 oder 29 bereits gerahmt oder beschichtet ist, in qualitativ hochstehender Weise, an der rückseitigen Fläche des SISBE 28 oder 29 keine wasserundurchlässigen Folien 50 und 50a benötigt werden. Falls weitere SISBE 28 bzw. 29 bereits lediglich an ihrer rückseitigen Fläche gerahmt oder laminiert sind, in qualitativ hochstehender Weise, wird die wasserundurchlässige Folie 50 nicht benötigt, während die wasserundurchlässige Folie 50a mindestens teilweise, wie vorgängig erwähnt, notwendig sein kann.
[0061] In einer weiteren Ausführungsform von Beispiel 3 kann die wasserundurchlässige Folie 50 zwischen mindestens einer der Lagen, die das SISBE bilden, vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform wird die wasserundurchlässige Folie 50 zwischen Solarmodul 1 und SISBE 28 bzw. 29 vorgesehen.
[0062] In einer weiteren Ausführungsform von Beispiel 3 kann die wasserundurchlässige Folie auf dem SISBE, damit der Sonne ausgesetzt, vorgesehen werden, unter kumulierten Bedingungen, dass sie mindestens teilweise transparent ist, wasserundurchlässig und sowohl wetter- wie auch UV-Strahlungs-resistent.
[0063] All die erwähnten Möglichkeiten können auch eingesetzt werden für Folien, die mindestens in Richtung ihrer Dicken-Ausdehnung semipermeabel sind.
[0064] Die erwähnten Konfigurationen, welche alle unter Beispiel 3 fallen, können mit allen möglichen SISBE-Lösungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, so zum Beispiel mit denjenigen, die in Beispiel 1 aufgezählt werden (30 und 40), ebenso wie mit denjenigen, die in Zusammenhang mit Beispiel 2 (31 und 41) aufgezählt wurden.
[0065] SISBE 28 und 29 können exakt gleich sein oder mindestens teilweise unterschiedlich.
[0066] Beispiel 4, in Fig. 4dargestellt, zeigt die SISBE-basierte Bedachung 70 einschliesslich Junction-Box 80 und 81 zum Zusammenziehen der von den pv-Modulen 1 der SISBE-erzeugten Elektrizität. Im SISBE 28 ist die Junction-Box 80 in der Mitte der rückseitigen Oberfläche von Modul 1 angeordnet, wie dies üblich ist: In diesem Fall, können die anschliessenden Sandwichstrukturen 30 die Junction-Box 80 aufnehmen, indem lediglich der notwendige Platz dafür in deren Struktur selber vorgesehen wird. Im Falle sehr dünner Sandwichstrukturen 30 kann die Junction-Box 80 gar dicker sein als das Sandwich 30, sodass das Sandwich 30 eine Durchtrittsöffnung in seiner Oberfläche aufweist, dort wo eine Junction-Box vorzusehen ist. Im Falle des SISBEs 29 ist die Junction-Box 81 am Rande des Moduls 1 angeordnet.
[0067] In diesem Fall ist der Raum zum Anordnen der Junction-Box 81 am Rande des Sandwichs 30 vorgesehen.
[0068] An diesem Punkt kann die Elektrizität, die an der Junction-Box 80 und 81 anfällt, an einen Inverter angeschlossen werden oder an eine Batterie, mittels Kabeln, wie dem Fachmann bekannt. Die Kabel können durch das Sandwich 30 verlaufen, bevorzugterweise durch die Kernmateriallage 10 oder zwischen zwei unterschiedlichen Lagen des SISBEs 28 bzw. 29, entweder durch Pressen der Kabel ins Sandwich 30 oder durch Offenhaltung eines nicht laminierten Kanals im Sandwich 30.
[0069] Diese Konfigurationen, die alle unter das Beispiel 4 fallen, gelten auch für alle möglichen SISBE-Lösungen gemäss vorliegender Erfindung, so bspw. für diejenigen, die im Zusammenhang mit Beispiel 1 (30 und 40) und auch für diejenigen die im Zusammenhang mit Beispiel 2 (31 und 41) aufgezählt wurden.
[0070] Beispiel 5 ist in Fig. 5dargestellt. Ein SISBE 29, das ein pv-Modul umfasst, gemäss mindestens einem der vorerwähnten Beispiele, umfasst weiter einen thermischen Kollektor und bildet mithin ein hybrides Modul. Einer der grössten Nachteile solcher hybrider Module, die nicht in einem SISBE integriert sind, ist, dass sobald sich der Wärmekollektor beginnt über ca. 100 °C zu erwärmen, der Wirkungsgrad der darüber angeordneten pv-Zelle drastisch absinkt. Deshalb benötigt ein Hybridsystem zusätzliche Kühlmittel, über Standard thermische Kollektorsysteme hinausgehend, um Wärme aus der näheren Umgebung der pv-Zellen wegzuführen; dies wird üblicherweise durch ökonomisch und energetisch höchst ungeeignete Thermopumpen und entsprechende Speicher bewerkstelligt, wohin erhitztes Wasser geführt wird oder mittels Ventilatoren und/oder ähnlicher wärmewegführender Mittel. Heute verhindern solche Mittel das richtige Funktionieren des pv-Moduls, weil, sobald die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die gleiche Temperatur unterhalb der Bedachung wie im Speicher hat, die Pumpen angehalten werden; in diesem Zustand, nämlich in der Stagnation, kann die Temperatur 140 °C unterhalb des Hybridmoduls erreichen. Moderne Technologien stellen manche Lösungen bereit, um solch enorme Wärmemengen wegzuführen und/oder zu nutzen. Dies erfolgt durch Verwendung von Schwimmbecken oder sehr grosser Wasserspeicher im Allgemeinen, optimierte Wärmepumpen und/oder andere geothermische Lösungen, wie im Untergrund von Bauwerken vorgesehene Serpentinen, Grundwasserspeicherung oder gar Untergrundtanks, pyroelektrische Materialien, wie Peltier oder Seebeckelemente, Vakuumpumpen, verbunden mit Stirling-Motoren, oder jegliche anderer Kälte oder Wärme ausnützende Mittel, wie sie dem Fachmann bekannt und geeignet sind, die genannte Aufgabe zu erfüllen. Solche Mittel können mindestens teilweise zwischen Lagen und/oder in Lagen des SISBE 30 vorgesehen sein. Wichtig ist lediglich der Faktor, dass solche Wärme-wegführende Systeme nicht mehr Energie verbrauchen, als sie zur Erzeugung beitragen.
[0071] Im Speziellen zeigt Fig. 5ein SISBE 29, welches ein Hybridmodul 7 umfasst mit einem pv-Modul 7a und einen Sonnenkollektor 7b. Auf der Rückseite und entsprechend Beispiel 1 ist ein Sandwich 30 vorgesehen und umfasst dasselbe fss 4, Kernmaterial 10 und bss 20.
[0072] Selbstverständlich sind die Laminiertechniken dieselben wie in Beispiel 1. Im Weiteren und wie in Beispiel 1, kann die rückseitige Standardlaminierung von Modul 7 weggelassen werden und kann direkt durch Sandwich 30 ersetzt sein. Ebenfalls gleich wie in Beispiel 2 kann das SISBE 29 ein Hybridmodul 7 umfassen, direkt als fss; in diesem Fall umfasst das SISBE lediglich das Hybridmodul 7, Kernmaterial 10 und bss 20. Beispiel 5 ist im Weiteren auf beide Beispiele 3 und 4 applizierbar.
[0073] Durch das Anpassen der Dicken des Sandwichs 30 entsprechend Beispiel 1 kann die thermische Isolation gestellt werden. Die Dicken können mithin angehoben werden, um den höheren Temperaturen angepasst zu sein während der erwähnten Stagnation. Mithin können die erwähnten Dicken verdoppelt oder gar verdreifacht werden müssen, bei gleichen Umgebungsverhältnisse wie und mit Bezug auf die Dickenangaben, wie sie im Zusammenhang mit Beispiel 1 gegeben wurden.
[0074] Im Falle sehr heisser Klimata, kann ein zusätzliches Kühlmittel eingesetzt werden: Durch Vorsehen kleiner Kanäle zwischen der Rückseite des pv-Moduls 1 und dem Sandwich 30 oder direkt in der Kernmateriallage 10.
[0075] Anderseits kann man anstelle des mindestens teilweise Blockierens des Wärmeflusses an der Rückseite des SISBE 29 mittels des Sandwichs 30, Mittel vorsehen zum Wegführen und/oder Ausnützen der zusätzlich kumulierten Wärme. Beispielsweise können die erwähnten kleinen Kanäle im Sandwich 30, insbesondere im Kernmaterial 10, mit einem fliessenden Fluid gefüllt sein, verbunden mit Wärmenutzungsmitteln, wie sie dem Fachmann bekannt sind, und die geeignet sind, die erwähnte Aufgabe zu erfüllen; andere Mittel, wie bspw. Kühlserpentinen verbunden mit Reservoirs oder Wärmepumpen, pyoroelektrische und thermoelektrische Materialien, wie Peltier- oder Seebeck-Elemente, Vakuumpumpen verbunden mit Stirling-Motoren oder jegliche anderen Kühl- und Wärmenutzungsmittel, die dem Fachmann bekannt sind, können geeignet sein, die erwähnte Aufgabe zu erfüllen. Solche Mittel können mindestens teilweise zwischen Lagen und/oder in den Lagen des SISBE 30 vorgesehen werden.
[0076] In Beispiel 6, dargestellt in Fig. 6, ist ein SISBE 33 vorgesehen, das einen Solarwärmekollektor 8 umfasst. Der flächige Wärmekollektor 8 umfasst ein vorderseitiges Glas 8b für maximalen Lichteintritt und minimalen Wärmeverlust, eine absorbierende Lage mit Leitungen 8a und rückseitigem Isoliermaterial 8c. Das Sandwich 30 ist dasselbe wie in Beispiel 1 und umfasst eine fss 4, ein Kernmaterial 10 und eine bss 20. Wie im Zusammenhang mit Beispiel 5 erwähnt, sind aufgrund der höheren Temperaturen, welche durch Sonnenkollektoren erreicht werden, die Dicken der verschiedenen Sandwichlagen zu verdoppeln oder gar zu verdreifachen. Falls das Sandwich selber den sehr hohen Temperaturen widerstehen kann, welche rückseitig des Solarkollektors 8a entstehen, kann das rückseitige Isolationsmaterial 8c, welches üblicherweise Glaswolle ist, weggelassen werden. Ferner kann in Analogie zu Beispiel 2 der Sonnenkollektor 8, ob mit oder ohne rückseitigem Isolationsmaterial 8c, selber als ffs 4 wirken.
[0077] Falls das Isolationsmaterial 8c entsprechend interessante mechanische Eigenschaften aufweist sowie thermische Isolationseigenschaften, ähnlich denjenigen des ffs-4-Materials wie in Tabelle 1 aufgelistet, dann kann das Isolationsmaterial 8c mindestens zum Teil ffs 4 des Sandwichs 30 ersetzen.
[0078] Ein anderes Vorgehen, das SISBE 33 zu fertigen, kann sein, Sandwich 30 direkt mit dem rückseitigen Lagenmaterial 8c vorzulaminieren und dann die resultierende Hybridstruktur 43 direkt mit der Rückseite des Sonnenkollektors 8a zu verbinden.
[0079] In Beispiel 3 ist eine Bedachung 70, mit zwei SISBEs 28, 29, pv-Module 1 umfassend, dargestellt; eine solche Bedachungskonstruktion ist auch möglich mit Einsatz eines SISBEs 33 mit einem thermischen Kollektor 8. Eine Bedachung 70, wie in Beispiel 3, kann das SISBE, pv-hybride und/oder thermische Module umfassen. In Beispiel 4 ist die Platzierung von Junction-Box im Zusammenhang mit einem pv-Modul dargestellt. Im Falle eines thermischen Kollektors, gemäss Beispiel 6, können ähnliche Mittel verwendet werden, um die Rohre für strömendes Wasser und dem thermischen Kollektor 8 vorzusehen. Im Falle evakuierter Rohre umfasst der solarthermische Kollektor 8 lediglich eine Kollektorlage 8a, die die Rohre und ein rückseitiges Isolationsmaterial 8c umfasst, wogegen das Frontglas 8b nicht mehr nötig ist.
[0080] Im Falle sehr heisser Klimata können zusätzliche Kühlmittel eingesetzt werden: Durch Vorsehen kleiner Kanäle zwischen der Rückseite des pv-Moduls 1 und dem Sandwich 30 oder direkt in der Kernmateriallage 10.
[0081] Anderseits und anstelle lediglich mindestens teilweise Wärme an der Rückseite des SISBE 29 zu blockieren, mittels des Sandwichs 30, können Mittel vorgesehen sein, um die zusätzlich kumulierte Wärme wegzuführen und/oder zu nutzen. Beispielsweise können besagte kleine Kanäle im Sandwich 30, können im Kernmaterial 10, mit einem fliessenden Fluid gefüllt sein, verbunden mit wärmeausnützenden Mitteln, wie sie dem Fachmann bekannt sind, und um die erwähnte Aufgabe zu erfüllen; andere Mittel, wie bspw. Kühlserpentinen verbunden mit Reservoirs oder Wärmepumpen, pyroelektrische und thermoelektrische Materialien, wie Peltier- oder Seebeck-Elemente, Vakuumpumpen verbunden mit Stirling-Motoren oder jegliche andere kühlenden und wärmenutzenden Mittel, wie dem Fachmann bekannt, können geeignet sein, die obgenannte Aufgabe zu erfüllen. Solche Mittel können mindestens teilweise zwischen Lagen und/oder in Lagen des SISBE 30 vorgesehen sein.
[0082] Beispiel 7 ist in Fig. 7dargestellt und zeigt eine Seitenansicht einer Hausbedachung 11, worin anschliessend an die drei Standard SISBE 31 zwei nicht quadratische SISBEs 90 angeordnet sind. Im Falle von SISBEs 90 mit thermischen Kollektoren oder Kristallin-Bulkzellen können die vorerwähnten Beispiele alle eingesetzt werden. Im Falle von Dünnfilmmodulen bestehen wichtige Unterschiede; die Dünnfilmmodule, enthalten in dem SISBEs 90, haben entweder keine photovoltaische Funktion, als Blindelemente, lediglich ästhetische Funktion oder in einer anderen Möglichkeit, in welcher pv-Funktionalität gegeben ist, werden Dünnfilmmodule so verbunden, dass die Flächen jeder einzelnen seriell verbundenen Zelle mehr oder weniger gleich sind, sodass bezüglich der Energieerzeugung in den einzelnen Zellen des Moduls Flaschenhälse («Bottlenecks») vermieden werden können.
[0083] In einer weiteren Ausführungsform dieses Beispiels kann zwischen dem SISBE 31 ein Velux oder ein nicht strukturelles, semitransparentes Modul eingeführt werden, anstelle eines weiteren SISBE 31, insbesondere für Anwendungen in Penthouse oder bei all anderen Bedürfnissen nach Belichtung des Bodens unmittelbar unterhalb der Bedachung.
[0084] Schliesslich zeigt dieses Beispiel ein Beispiel eines Satteldaches typisch für ein Privathaus. Dies schliesst alle anderen Bauwerkbedachungsstrukturen nicht aus wie bspw. Flachdächer oder Sägezahndächer.
[0085] Beispiel 8 ist in Fig. 8dargestellt, worin das SISBE 31 nun als struktureller Teil für andere Komponenten 105 eines Bauwerks 12 eingesetzt ist. Im Falle, dass SISBE 31 in anderen Teilen des Bauwerks 12 als in einer Bedachung 11 eingesetzt ist, wie z.B. als Wandelement 105, kann eine räumlich abgesetzte Platte 100 eingesetzt werden, entweder zur Verbesserung der Isolation, mit oder ohne zusätzliches Isolationsmaterial, wie bspw. von Glaswolle und/oder um Raum zu schaffen oder Durchlässe für Leitungen oder für Verbindungen am Bauwerk. In einem weiteren Fall und falls das Wandelement 105 strukturell das Bauwerk 12 bildet, können weitere Verstärkungen eingesetzt werden wie bspw. armierter Beton, Metallstrukturen und/oder dickere Sandwichstrukturen als die im Zusammenhang mit Beispiel 1 aufgelistet.
[0086] Das Paneel 100 kann z.B. aus Gipsplatten bestehen.
Folgerung
[0087] Durch Verwendung des Konstruktionselementes gemäss vorliegender Erfindung, z.B. ein SISBE, wird eine durchschlagende und ökonomische Kombination zwischen Baukonstruktion und Solarsysteminstallation ermöglicht.
[0088] Die vorliegende Erfindung betrifft somit: A1 Im Wesentlichen zwei-dimensionales Konstruktionselement für Bauwerke, umfassend einen Sonnenenergiewandlerabschnitt, der sich entlang einer Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und für Solarenergiewandlung sorgt; einen Bauwerkkonstruktionsabschnitt, der sich entlang der zweiten Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und bauwerkseitige Anforderungen erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dassmindestens ein Teil des Sonnenenergiewandlerabschnittes mit mindestens einem Teil des Bauwerkkonstruktionsabschnittes integral ist, und dass der integrale Teil sowohl der Sonnenenergiewandlung wie auch zur Erfüllung bauwerkseitiger Anforderungen beiträgt.
[0089] A2 Konstruktionselement nach A1, worin die bauwerkseitigen Anforderungen Bauwerk-Anforderungen umfassen, einschliesslich mindestens teilweise thermischer Isolation und mechanische Beständigkeit und/oder Biegesteifheit.
[0090] A3 Konstruktionselement nach A1 oder A2, worin das Konstruktionselement an der sonnenzugewandten Fläche als Solar-Energie-Wandler ein Solarmodul umfasst, mindestens teilweise integral mit einer Sandwich-Struktur als Bauwerkkonstruktionsabschnitt auf der anderen Seite.
[0091] A4 Konstruktionselement nach A3, worin besagte Sandwich-Struktur mindestens drei Lagen umfasst, nämlich eine vorderseitige Sandwichmateriallage, eine Kernmateriallage und eine rückseitige Sandwichmateriallage.
[0092] A5 Konstruktionselement nach A3, worin das Solarmodul das vorderseitige Sandwichmaterial bildet.
[0093] A6 Konstruktionselement nach A3, worin die Sandwichstrukturlagen chemisch verbunden sind.
[0094] A7 Konstruktionselement nach A6, worin die Sandwichstrukturlagen verklebt sind.
[0095] A8 Konstruktionselement nach A7, worin der Klebstoff ein acrylischer oder epoxy-basierter Klebstoff ist, oder eine Kombination davon.
[0096] A9 Konstruktionselement nach A3, worin das Solar-Modul photovoltaische Zellen umfasst.
[0097] A10 Konstruktionselement nach A9, worin die photovoltaischen Zellen Dünnfilm-photovoltaische Zellen umfassen.
[0098] A11 Konstruktionselement nach A9, worin die photovoltaischen Zellen Bulkmaterial-photovoltaische Zellen umfassen.
[0099] A12 Konstruktionselement nach A9, worin die photovoltaischen Zellen photovoltaische Zellen organischen Materials umfassen.
[0100] A13 Konstruktionselement nach A3, worin das Solarmodul thermische Kollektoren umfasst.
[0101] A14 Konstruktionselement nach A3, worin das Solarmodul Peltier-Elemente umfasst.
[0102] A15 Konstruktionselement nach A3, worin das Solarmodul Dünnfilm-photovoltaische Zellen, Solarthermik-Kollektoren und/oder Peltier-Elemente umfasst.
[0103] A16 Konstruktionselement nach A4, worin das Kernmaterial mindestens einen Schaum umfasst.
[0104] A17 Konstruktionselement nach A16, worin der Schaum Glasschaum, Polypropylenschaum, verstärkte Schäume, PMI-Schaum, PUR-Schaum, PEEK-Schaum, Co-Polymerschäume oder Styren-basierten Schaum oder eine Kombination davon umfasst.
[0105] A18 Konstruktionselement nach A4, worin das Kernmaterial mindestens ein Wabenmuster umfasst.
[0106] A19 Konstruktionselement nach A18, worin das Wabenmuster mindestens ein Wabenmuster phenolischen Papiers oder ein Polypropylen-Wabenmuster oder eine Kombination davon umfasst.
[0107] A20 Konstruktionselement nach A4, worin das Kernmaterial ein 3D-Gewebe oder Glaswolle oder eine Kombination davon umfasst.
[0108] A21 Konstruktionselement nach A4, worin das Kernmaterial eine Kombination mindestens zweier von folgenden umfasst: einem Schaum, einem Wabenmuster, einem Gewebe und/oder einer Glaswolle.
[0109] A22 Konstruktionselement nach A4, worin mindestens eine der vorderseitigen Sandwichmateriallage und der rückseitigen Sandwichmateriallage ein Kompositmaterial umfassen.
[0110] A23 Konstruktionselement nach A22, worin das Kompositmaterial als Verstärkungs-Komponente mindestens eines der Elemente Glasfaser, Hanffaser oder Basaltfaser oder eine Kombination davon verwendet.
[0111] A24 Konstruktionselement nach A22, worin das Kompositmaterial als Matrix-Komponente mindestens eines von Polypropylen, Epoxy-Harz, Polyester-Harz, Vinylesther-Harz, phenolisches Harz oder eine Kombination davon verwendet.
[0112] A25 Konstruktionselement nach A4, worin mindestens eine der vorderseitigen Sandwichmateriallage und der rückseitigen Sandwichmateriallage Aluminium und/oder eine Glasplatte umfasst.
[0113] A26 Konstruktionselement nach A4, worin die rückseitige Sandwichmateriallage eine Dicke zwischen 100 µm und 1 cm aufweist, vorzugsweise zwischen 0.25 mm und 5 mm, vor allem bevorzugt zwischen 0.5 mm und 2.5 mm.
[0114] A27 Konstruktionselement nach A4, worin die Kernmateriallage eine Dicke zwischen 20 mm und 100 cm aufweist, vorzugsweise zwischen 30 mm und 50 cm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 30 cm.
[0115] A28 Konstruktionselement nach A4, worin die vorderseitige Sandwichmateriallage eine Dicke zwischen 100 µm und 1 cm aufweist, bevorzugt zwischen 0.25 mm und 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 0.5 mm und 2.5 mm.
[0116] A29 Konstruktionselement nach A4, worin die vorderseitigen Sandwichmateriallagen und die rückseitigen Sandwichmateriallagen das gleiche Material umfassen.
[0117] A30 Konstruktionselement nach A4, worin die Sandwichlagen mittels Wärme und/oder Druck zusammenlaminiert sind.
[0118] A31 Konstruktionselement nach A1, worin die Oberfläche des Konstruktionselementes zwischen 10 cm<2> und 100 m<2>umfasst, vorzugsweise zwischen 2500 cm<2>und 10 m<2>, insbesondere bevorzugt zwischen 5000 cm<2> und 6 m<2>.
[0119] A32 Konstruktionselement nach einem der A9 bis A12 oder A14 bis A15, worin das Konstruktionselement Mittel zur Aufnahme einer Verbindungs-Box aufweist und verbundene Kabel, um die Elektrizität, erzeugt durch PV-Zellen, zu sammeln.
[0120] A33 Konstruktionselement nach einem der A9 bis A15, worin das Konstruktionselement Mittel umfasst, um Rohre aufzunehmen, welche ein Fluid enthalten, um akkumulierte Wärme wegzuführen in den Bauwerkkonstruktionsabschnitt und sie dort zu nutzen.
[0121] A34 Konstruktionselement nach einem der A32 und A33, worin die Junction-Box und verbundene Kabel und die Rohre mit dem Fluid mindestens teilweise im Kernmaterial, insbesondere bevorzugt einem Schaum-basierten Kernmaterial, vorgesehen sind.
[0122] A35 Bauwerk-Aussenseite-Element, umfassend: eine Platte aus Schaummaterial, welche einen E-Moduls zwischen 10 MPa und 10 GPa hat eine Kompositmateriallage verbunden mit einer Oberfläche der Platte ein Solarwandler-Panel verbunden mit der zweiten Oberfläche besagter Platte der ersten Oberfläche gegenüberliegend.
[0123] A36 Bauwerk-Element nach A35, worin die Dicke der Platte auf Schaummaterial zwischen 20 mm und 100 cm liegt, vorzugsweise zwischen 30 mm und 50 cm, insbesondere bevorzugt zwischen 50 mm und 30 cm.
[0124] A37 Bauwerk-Element nach A35 oder A36, worin der thermische Leitfähigkeits-Koeffizient zwischen 0.001 W/mK und 0.1 W/mK beträgt.
[0125] A38 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A37, worin die maximale Ausdehnung in einer Richtung der Oberfläche der Platte mindestens 70 cm beträgt.
[0126] A39 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A38, worin das Bauwerk-Element eine zusätzliche Kompositmateriallage umfasst.
[0127] A40 Bauwerk-Element nach A39, worin die zusätzliche Kompositmateriallage zwischen der Platte und dem Solarwandler-Panel angeordnet ist.
[0128] A41 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A40, worin das Bauwerk-Element als Solarwandler-Panel ein Dünnfilm-basiertes pv-Modul, ein Bulkmaterial-basiertes pv-Modul, ein organisches pv-Modul, einen thermischen Solarwandler, ein hybrides Modul, Peltier-Elemente, oder eine Kombination davon umfasst.
[0129] A42 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A41, worin das Bauwerk-Element als Schaumstoff entweder Glasschaum, Polypropylen-Schaum, verstärkende Schäume, PMI-Schaum, PUR-Schaum, PEEK-Schaum, Co-Polymer-Schäume, Styren-basierten Schaum oder eine Kombination davon umfasst.
[0130] A43 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A41, worin des Bauwerk-Elements Schaumplatte, pv-Modul und Kompositmateriallage chemisch verbunden sind, insbesondere durch Kleben und/oder Aufschmelzen.
[0131] A44 Bauwerk-Element nach A43, worin das Bauwerk-Element mit einem akrylischen oder Epoxy-basierten Klebstoff verklebt ist oder einer Kombination davon.
[0132] A45 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A44, worin das Kompositmaterial als Verstärkungs-Komponente mindestens eines von folgenden verwendet: Glasfaser, Hanffaser oder Basaltfaser, oder eine Kombination davon.
[0133] A46 Konstruktionselement nach einem der A35 bis A44, worin das Kompositmaterial als Matrix-Komponente mindestens eines von folgenden verwendet: Polypropylen, Epoxy-Harz, Polyester-Harz, Vinylesther-Harz oder phenolisches Harz oder eine Kombination davon.
[0134] A47 Bauwerk-Element nach einem der A35 bis A46, worin das Bauwerk-Element Kühlmittel umfasst, vorzugsweise mindestens teilweise in der Schaumplatte.
[0135] A48 Bauwerk-Element nach A47, worin die Kühlmittel Hohlräume sind im Bauwerk-Element, vorzugsweise mindestens teilweise in der Schaumplatte vorgesehen, und worin ein Fluid in die Hohlräume fliesst, um Wärme zu leiten.
[0136] A49 Eine Bauwerk-Fläche, mindestens ein Bauwerkelement umfassend gemäss mindestens einem der A1 bis A34, worin folgende Elemente vorgesehen sind: eine zweckentsprechende Stützstruktur Membrane, welche Wasser daran hindern, in das Innere der Konstruktion einzudringen und/oder zulassen, dass Dampf in die Umgebung der Konstruktion austritt Mittel, um das mindestens eine Konstruktionselement an der zweckentsprechenden Stützstruktur zu befestigen.
[0137] A50 Konstruktions-Oberflächen-Element nach A49, worin zusätzliche Isolationsmittel vorgesehen sind, beispielsweise Glaswolle.
[0138] A51 Konstruktions-Oberflächen-Element nach A49, worin mindestens zwei Konstruktionselemente vorgesehen sind und worin die Konstruktions-Oberfläche Mittel umfasst, um die Konstruktionselemente zu fixieren und/oder zu dichten und sie miteinander zu vereinen.
[0139] A52 Konstruktions-Oberflächen-Element nach A51, worin die Konstruktionselemente relativ zueinander so positioniert sind, dass Wasser über ihre Solar-Wandler definierte Oberfläche abfliesst, in die eine Kante eines Konstruktionselementes, welche über die Kante eines benachbarten Konstruktionselementes gelegt ist.
[0140] A53 Konstruktions-Oberflächen-Element nach A49, worin Blind-Konstruktionselemente oder Standard-Bedachungslösungen mit keiner Solarenergiewandlung entlang der Konstruktions-Oberfläche vorgesehen sind.
[0141] A54 Konstruktions-Oberflächen-Element nach einem der A49 bis A53, worin die wasserrückhaltenden Membrane oder die Fixierungs- und/oder Dichtungsmittel Polyethylen und/oder einen Polysiloxan-basierten Verbund umfassen.
[0142] A55 Ein Bauwerk mit einer Aussenfläche mit mindestens einem Bauwerk-Aussenflächen-Element, einer Konstruktions-Oberfläche oder einem Konstruktionselement nach einem der A1 bis A54.

Claims (28)

1. Im Wesentlichen zwei-dimensionales Konstruktionselement für Bauwerke, umfassend – einen Sonnenenergiewandlerabschnitt (1), der sich entlang einer Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und für Solarenergiewandlung sorgt; – einen Bauwerkkonstruktionsabschnitt (30), der sich entlang einer zweiten Oberfläche des Konstruktionselementes erstreckt, diese definiert und bauwerkseitige Anforderungen erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Sonnenenergiewandlerabschnittes (1) mit mindestens einem Teil des Bauwerkkonstruktionsabschnittes (30) integral ist, und dass der integrale Teil (30) sowohl zur Sonnenenergiewandlung wie auch zur Erfüllung bauwerkseitiger Anforderungen beiträgt.
2. Konstruktionselement nach Anspruch 1, worin die bauwerkseitigen Anforderungen Bauwerk-Anforderungen umfassen, einschliesslich, mindestens teilweise, thermischer Isolation und mechanischer Beständigkeit und/oder Biegesteifheit.
3. Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin das Konstruktionselement an der sonnenzugewandten Fläche als Sonnenenergiewandlerabschnitt ein Solarmodul umfasst, mindestens teilweise integral mit einer Sandwich-Struktur als Bauwerkkonstruktionsabschnitt auf der anderen Seite und, vorzugsweise worin das Solarmodul eine vorderseitige Sandwich-Strukturlage bildet.
4. Konstruktionselement nach Anspruch 3, worin besagte Sandwich-Struktur mindestens drei Lagen umfasst, nämlich eine vorderseitige Sandwichmateriallage, eine Kernmateriallage und eine rückseitige Sandwichmateriallage, wobei die rückseitige Sandwichmateriallage vorzugsweise eine Dicke zwischen 100 µm und 1 cm aufweist, vorzugsweise zwischen 0,25 mm und 5 mm, vor allem bevorzugt, zwischen 0,5 mm und 2,5 mm.
5. Konstruktionselement nach Anspruch 3, worin die Sandwichstruktur Lagen umfasst, die chemisch verbunden oder verklebt sind.
6. Konstruktionselement nach Anspruch 3, worin das Solar-Modul photovoltaische Zellen umfasst, die vorzugsweise Dünnfilm-photovoltaische Zellen umfassen und/oder Bulkmaterial-photovoltaische Zellen umfassen und/oder die vorzugsweise organisches Material umfassen.
7. Konstruktionselement nach Anspruch 3, worin das Solar-Modul thermische Kollektoren und/oder Peltier-Elemente umfasst.
8. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin das Kernmaterial mindestens einen Schaum umfasst.
9. Konstruktionselement nach Anspruch 8, worin der Schaum Glasschaum, Polypropylenschaum, verstärkte Schäume, PMI-Schaum, PUR-Schaum, PEEK-Schaum, Co-Polymerschäume oder Styren-basierten Schaum oder eine Kombination davon umfasst und/oder worin das Kernmaterial ein 3D-Gewebe oder Glaswolle oder eine Kombination davon umfasst.
10. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin Kernmaterial in Form mindestens eines Wabenmusters vorliegt.
11. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin mindestens eine der vorderseitigen Sandwichmateriallage und der rückseitigen Sandwichmateriallage ein Kompositmaterial umfassen.
12. Konstruktionselement nach Anspruch 11, worin das Kompositmaterial als Verstärkungs-Komponente mindestens eines der Elemente Glasfaser, Hanffaser oder Basaltfaser oder eine Kombination davon verwendet.
13. Konstruktionselement nach Anspruch 11, worin das Kompositmaterial als Matrix-Komponente mindestens eines von Polypropylen, Epoxy-Harz, Polyester-Harz, Vinylesther-Harz, phenolisches Harz oder eine Kombination davon umfasst.
14. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin mindestens eine der vorderseitigen Sandwichmateriallage und der rückseitigen Sandwichmateriallage Aluminium und/oder eine Glasplatte umfasst.
15. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin die Kernmateriallage eine Dicke zwischen 20 mm und 100 cm aufweist, vorzugsweise zwischen 30 mm und 50 cm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 30 cm und/oder worin die vorderseitige Sandwichmateriallage eine Dicke zwischen 100 µm und 1 cm aufweist, bevorzugt zwischen 0.25 mm und 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 0.5 mm und 2.5 mm.
16. Konstruktionselement nach Anspruch 4, worin die vorderseitige Sandwichmateriallage und die rückseitige Sandwichmateriallage das gleiche Material umfassen.
17. Konstruktionselement nach Anspruch 1, worin die Oberfläche des Konstruktionselementes zwischen 10 cm<2> und 100 m<2> beträgt, vorzugsweise zwischen 2500 cm<2>und 10 m<2>, insbesondere bevorzugt zwischen 5000 cm<2> und 6 m<2>.
18. Konstruktionselement nach Anspruch 6, worin das Konstruktionselement Mittel zur Aufnahme einer Junction-Box aufweist und verbundene Kabel, um die Elektrizität, erzeugt durch PV-Zellen, zu sammeln.
19. Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, worin das Konstruktionselement Mittel umfasst, um Rohre aufzunehmen, welche ein Fluid enthalten, um akkumulierte Wärme wegzuführen in den Bauwerkkonstruktionsabschnitt und sie dort zu nutzen.
20. Konstruktionselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernmateriallage einen E-Modul zwischen 10 MPa und 10 GPa hat und/oder einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten zwischen 0.001 W/mK und 0.1 W/mK.
21. Bauwerk-Aussenseiten-Element mit einem Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet dass – der Bauwerkkonstruktionsabschnitt eine Platte aus Schaummaterial, welche einen E-Modul zwischen 10 MPa und 10 GPa hat, umfasst sowie – eine Kompositmateriallage, verbunden mit einer Oberfläche der Platte, und der – Sonnenenergiewandlerabschnitt ein Solarwandler-Panel umfasst, verbunden mit der zweiten Oberfläche besagter Platte, der erstgenannten Oberfläche gegenüberliegend.
22. Bauwerk-Aussenseiten-Element nach Anspruch 21, worin die Dicke der Platte aus Schaummaterial zwischen 20 mm und 100 cm liegt, vorzugsweise zwischen 30 mm und 50 cm, insbesondere bevorzugt zwischen 50 mm und 30 cm.
23. Bauwerk-Aussenseiten-Element nach Anspruch 21 oder 22, dessen thermischer Leitfähigkeits-Koeffizient zwischen 0.001 W/mK und 0.1 W/mK beträgt und/oder dessen maximale Ausdehnung in einer Richtung der Oberfläche der Platte mindestens 70 cm beträgt.
24. Bauwerk-Aussenseiten-Element nach einem der Ansprüche 21 bis 23, worin eine zusätzliche Kompositmateriallage vorgesehen ist, und vorzugsweise die zusätzliche Kompositmateriallage zwischen der Platte und dem Solarwandler-Panel angeordnet ist.
25. Bauwerk-Fläche, mindestens ein Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20 umfassend, worin folgende Elemente vorgesehen sind: – eine zweckentsprechende Stützstruktur – Membrane, welche Wasser daran hindern, in das Innere der Konstruktion einzudringen und/oder zulassen, dass Dampf in die Umgebung der Konstruktion austritt – Mittel, um das mindestens eine Konstruktionselement an der zweckentsprechenden Stützstruktur zu befestigen.
26. Bauwerk-Fläche nach Anspruch 25, worin mindestens zwei Konstruktionselemente vorgesehen sind und worin die Bauwerk-Fläche Mittel umfasst, um die Konstruktionselemente zu fixieren und/oder zu dichten und sie miteinander zu vereinen, wobei vorzugsweise die Konstruktionselemente relativ zueinander so positioniert sind, dass Wasser über ihre Solar-Wandler definierte Oberfläche abfliesst, in die eine Kante eines Konstruktionselementes, welche über die Kante eines benachbarten Konstruktionselementes gelegt ist.
27. Bauwerk-Fläche nach Anspruch 26, worin Blind-Konstruktionselemente oder Standard-Bedachungslösungen ohne Solarenergiewandlung entlang der Konstruktions-Oberfläche vorgesehen sind.
28. Ein Bauwerk mit einer Aussenfläche mit mindestens einem Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und/oder einem Bauwerk-Aussenseiten-Element nach einem der Ansprüche 21 bis 24 und /oder einer Bauwerk-Fläche nach einem der Ansprüche 25 bis 27.
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