CN110352322A - 具有长度可变的连接元件的太阳能屋顶瓦片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从太阳辐射产生电能和热能的太阳能屋顶瓦片(20)。其形状基本上对应于常规屋顶瓦片的形状，具有用于将太阳能屋顶瓦片(20)安装到屋顶上的基底瓦片(22)，并且还包括布置在顶部的光伏模块(90)，该光伏模块(90)被连接到第一电力线(96)和第二电力线(98)，以及具有由介质通过的入口管线(34)和出口管线(36)的吸收器(26)，其中入口管线(34)在其自由端处包括第一连接元件(38)，出口管线(36)在其自由端处具有第二连接元件(40)，两条管线(34，36)中的至少一者被设计成在基础状态中是长度可变的，两个连接元件(38，40)都被布置在太阳能屋顶瓦片(20)的外部尺寸内，两个连接元件(38，40)中的至少一者在组装状态中可扩展到超过太阳能屋顶瓦片(20)的外部尺寸，并且在传导介质时能够连接到毗邻太阳能屋顶瓦片(20)的相应连接元件(38，40)，以及导电性的长度可变的管线(34,36)包括两条电力线(96，98)中的一条。

Description

具有长度可变的连接元件的太阳能屋顶瓦片

本发明涉及用于从太阳能产生电能和热能的太阳能屋顶瓦片，其中该太阳能屋顶瓦片基本上具有传统屋顶瓦片的形状。

太阳能热学(特别是提供热水)是利用太阳辐射最普遍的技术，其中太阳能收集器被用于加热流体。与此同时，太阳能辐射进入收集器的吸收器表面以加热它。所生成的热量将被传递到流通介质，通常是流体或甚至空气。由太阳辐射加热的介质通常通过循环泵传递到热水存储罐，其中所生成的热量从经加热的介质(例如，载流体)经由热交换器传递到热水存储罐中的工业用水或饮用水。在这样做时，介质冷却下来并将随后循环回到收集器。

如果将流体用作介质，则经混合的防冻液和水是特别合适的。替换地，加热循环水本身可被泵入到收集器中并可在其中被加热。同样在此情况下，饮用水可经由热交换器进行加热。

光伏也是一种用于利用太阳辐射的普遍技术。太阳辐射进入具有太阳能电池的光伏模块。所述太阳能电池将太阳光的能量转换成可用的电能。将太阳能转换为可用的电能是众所周知的，并且将不再进一步详细描述。

利用屋顶表面来固定太阳能收集器是非常适合的。另外，商业上可用的太阳能收集器主要应用于已经完工的屋顶。通常需要将紧固元件穿过屋顶板材安装到屋顶支撑结构上，其中紧固需要是防风雨的并优选地还需要是防腐蚀的。当对传统屋顶板材进行穿孔时，将不可避免地出现密封和随后的严密性问题。另外，发生屋顶载荷的增加，这经常导致在屋顶桁架中进行必要的加固。此外，此类太阳能收集器不利地影响屋顶的光学外观。

替换地，已知太阳能热或光伏屋顶瓦片被用于代替通常使用的屋顶瓦片或屋顶石制品。太阳能屋顶瓦片还包括用于接收太阳能的吸收器，并且介质、优选地相应加热的流体通过这些太阳能屋顶瓦片。顶部(即，面向太阳)处的光伏屋顶瓦片包括用于接收和转换太阳能的光伏模块或太阳能电池。以这种方式，将在很大程度上避免经组装的太阳能收集器的上述缺点，但是，与具有商业上可获得的屋顶瓦片的传统屋顶覆盖相比，这种太阳能屋顶瓦片的安装是费力的，并且是相对困难的。主要问题尤其是在用于建立个体太阳能热屋顶瓦片的流体通信的巨大安装工作。流通介质需要从一个太阳能热屋顶瓦片传递到下一个太阳能热屋顶瓦片，这需要适当的紧密连接。因此，时间和组装工作方面的支出明显更高。类似地，对于光伏屋顶瓦片的电连接而言，由于连接程序，装配作业和时间的支出明显高于大面积太阳能集热器。

例如，在DE 10 2011 055 904 A1和DE 20 2013 002 407U1中描述了此类利用太阳能的屋顶瓦片及其组装件。如本文所描述的，屋顶瓦片的组装是复杂且困难的，尤其是因为需要附加组件以及对支撑结构进行修改变得必需。

本发明的目的是提供一种太阳能屋顶瓦片，其制造、组装和维护尽可能地简单和便宜。在此上下文中，安装过程必须尽可能少地与通常屋顶瓦片的屋顶覆盖过程相差异。然后，期望利用根据本发明的太阳能屋顶瓦片的整个能量转换系统以永久和可靠的方式来操作。

该目的将通过具有权利要求1以及独立的方法权利要求的特征的太阳能屋顶瓦片来解决。因此，根据本发明的太阳能屋顶瓦片包括被布置在顶侧并且被介质流过的吸收器，该吸收器具有入口管线和出口管线，该吸收器被布置在基底瓦片上。基底瓦片用于将太阳能热屋顶瓦片固定在屋顶上。此外，提供了光伏模块，其也被布置在顶部，即面向太阳。

根据本发明的太阳能屋顶瓦片的形状基本上对应于传统屋顶瓦片，从而通过使用太阳能屋顶瓦片将几乎不改变屋顶或房屋的外观。本文中，屋顶瓦片的含义被理解为与屋顶覆盖元件(诸如屋顶瓦片、屋顶石或屋顶板)同义，并且不意味着将本发明限制于屋顶瓦片。

用于产生热能的吸收器包括入口管线和出口管线，光伏模块分别包括第一电力线和第二电力线。吸收器和光伏模块两者能通过它们的管线连接到毗邻的太阳能屋顶瓦片。

在下文中，考虑将流体用作介质，其中也可构想诸如空气之类的气态介质。入口管线在其自由端处具有第一连接元件，出口管线在其自由端处具有第二连接元件，该第一连接元件和第二连接元件可以传导介质的方式彼此连接。重要的是，其中一条管线形成为具有长度变化。以此方式，在第一初始状态中，两个连接元件都可被布置在太阳能屋顶瓦片的外部尺寸内，在组装状态中，连接元件可由于其长度可变的管线而扩展，使得其突出超过太阳能屋顶瓦片的外部尺寸。在此上下文中，外部尺寸或整体尺寸的含义分别指的是太阳能屋顶瓦片在平面或水平延伸中的整体尺寸，其在共同的矩形太阳能屋顶瓦片中由两个纵向侧面和两个横向侧面确定。在此上下文中，水平和垂直的含义指的是抵靠水平平面的太阳能屋顶瓦片，使得其主延伸在水平平面中。这意味着根据本发明的太阳能屋顶瓦片在其初始状态中具有与不利用太阳能热学材料的商业上可用的屋顶瓦片相同的尺寸。然而，在组装状态中，第二连接元件可被扩展超过太阳能屋顶瓦片的外部尺寸，并且可被连接到毗邻太阳能屋顶瓦片的第一连接元件。随后，两个被连接的太阳能屋顶瓦片可朝向彼此移动，其中出口管线再次收缩，直至在一些区域中该两个太阳能屋顶瓦片彼此堆叠地布置，以使得这两个连接元件被布置在上部太阳能热屋顶瓦片的下方，即，它们被布置成不再可见。

基本上，根据本发明，入口管线或出口管线或甚至两条管线都可被形成为是长度可变的，在一特别有利的实施例中，根据本发明，出口管线被形成为是长度可变的。在下文中，因此将针对该实施例举例说明本发明，但这仅是各种可能性中的一种。

与出口管线连接的第二连接元件优选地在基底瓦片中在沿延伸方向延伸的纵向凹槽中被引导。另一方面，入口管线和第一连接元件被固定在太阳能屋顶瓦片的外部尺寸内。长度可变的入口管线显著地促成屋顶上的组装，因为在铺设屋顶期间毗邻太阳能屋顶瓦片之间的距离偏差可快速且简单地得到补偿。屋顶瓦片的可变重叠是由不同的屋顶板条间隙产生的，由于屋顶瓦片是整数的，这进而在将实现不同的屋顶长度(从檐板到嵴)时出现。

入口管线的长度可变的含义应理解为使得所述入口管线相对于第二连接元件的延伸方向改变其长度。在特别优选的实施例中，出口管线因此可被形成为所谓的喇叭管，其中彼此密封的不同直径的两个管状部分可以相互滑入。替换地，也可使用绝对长度保持恒定的出口管线，但由于几何设置的变化，其能够在延伸方向上增加长度。例如，这适用于螺旋缠绕的弹性出口管线，根据本发明该出口管线也可被使用。最后，本发明操作中重要的一点在于，出口管线允许第二连接元件被拉出。

在一特别有利的实施例中，两个连接元件被形成为卡扣连接或接合连接。例如，第一连接元件可包括容纳开口，第二连接元件可插入该容纳开口并以形状配合的方式可释放地保持。在此上下文中，形状适配可通过在容纳开口中的凹槽来实现，第二连接元件的保持边缘抵靠在该凹槽处。

为了实现安全但仍可释放的连接，可提供接合到相应保持区域中的弹性接合装置。在特别简单的实施例中，第二连接元件可包括开口或凹口，第一连接元件的弹性和/或弹簧载荷的销接合到该开口或凹口中。在连接规程期间，销首先被第二连接元件移位，直到它们可返回到相应的凹口或开口中。

在接合状态中，两个连接元件被固定地连接，其中该连接尤其通过至少一个、优选两个弹簧载荷的销来实现。在此上下文中，接合开口以及销的自由端的尺寸被设计成使得销仅部分地并且不完全地插入开口中。出于此目的，销在其自由端处可被形成为锥形。这因此将实现在垂直方向(即，横向于销的插入方向)上的连接被锁定，在另一方面，在销的纵向方向上作用的弹簧力将两个连接元件朝向彼此压缩，从而确保紧密连接。将理解，确保两个连接元件的足够可靠的连接的其他接合连接也可被使用。因此，用于流体流动的连接必须是紧密的。

有利地，可通过相对于弹簧力压缩销来释放连接(借助于适当成形的工具)，并且第二连接元件将被从第一连接元件中拉出。出于此目的，例如合适的工具可被使用，其使销和接合开口脱离。

旋转滑块(带凹槽的可旋转圆盘)可以是连接的替换解决方案，该旋转滑块在两个屋顶瓦片的组装状态中沿位于屋顶较高处的屋顶瓦片的方向布置在两个连接元件前面。在本实施例变型中，第二连接元件轴向地从第一连接元件中移除是可能的。因此，两个连接元件的分离不是通过朝顶部移除而是通过轴向移除来完成。旋转滑块经由位于屋顶瓦片前端的轴、借助于工具(例如用于螺钉和螺母的六边形组装工具)来操作。旋转滑块仅在“闭合”位置阻挡第一连接元件的轴向移动，第二连接元件仅在此位置可接合并保持在第一连接元件中，如上所述。在“打开”位置，旋转滑块被转动到其中旋转滑块的表面中的凹槽暴露开口的位置，第二连接元件可通过该开口移除到第一连接元件以外。

有利地，旋转滑块代替保持环，屋顶瓦片原本将经由该保持环接合到屋顶板条中。在已安装状态中，保持环接合在屋顶板条后面。在该实施例中，该功能现在由旋转滑块来执行。

为了使屋顶瓦片本身并且不仅是连接元件被暴露，旋转滑块优选地具有用于屋顶板条的另一个凹槽。因此，旋转滑块在“闭合”状态中将屋顶瓦片保持在屋顶板条处。旋转滑块相对于屋顶瓦片的宽度中心地布置在屋顶板条的上边缘处(在已安装状态中)。为了能够移除屋顶瓦片，例如用于修理，旋转滑块只需要被转动到“打开”位置，以便它不再接合在屋顶板条后面。基本上，充当保持环的旋转滑块的保持部分将被转开。第二连接元件以及屋顶瓦片保持器将被释放，并且屋顶瓦片可以朝前面从覆盖瓦片的屋顶表面拉出。

当安装另一屋顶瓦片以用于替换移除的屋顶瓦片时，旋转滑块将首先转到“半闭合”位置。在该位置，用于第二连接元件的凹槽不再位于其前面。因此，第二连接元件可以结合并接合到第一连接元件中。屋顶瓦片必须被放置在屋顶表面中的间隙的前面，以便能够接触连接元件。旋转滑块防止第二连接元件的轴向位移，但不会分别在屋顶或屋顶板条的方向上突出超过屋顶瓦片。以此方式，屋顶瓦片可针对剩余的距离被插入屋顶表面中，并且旋转滑块随后可以转到“闭合”位置。因此，用于屋顶板条的凹槽将被转动，旋转滑块接合在屋顶板条后面，并且因此保持屋顶瓦片就位。第一和第二连接元件的连接的特别有利的实施例是滑座，当第一和第二连接元件将被插入其连接位置时，该滑座将入口管线和电流触头滑动到第二连接元件中。因此，电导线也延伸通过滑座。第二连接元件在其最终连接位置中推动杠杆向下，这释放滑座，以便它随后借助于弹簧力插入出口管线和电流触头。第二连接元件将被推动几毫米，优选约4毫米以紧靠旋转滑块，该旋转滑块在底切处以其前缘向上锁定。

当替换太阳能屋顶瓦片时(例如，在损坏的情况下)，在移除太阳能屋顶瓦片之后，该滑座将通过被推回到其初始位置而重新偏置并将重新与杠杆接合。

太阳能屋顶瓦片优选地以夹层方式构建，其中，在包括用于安装在屋顶支撑结构上的元件的基底瓦片与透明覆盖元件之间，布置了具有相应连接元件的吸收器以及光伏模块。

吸收器可由上部的不包含介质的吸收器元件和下部的包含介质的吸收器元件组成。上部的吸收器元件被设计成使得其最大程度地加热，特别是分别通过深色或黑色着色的方式。优选地，两个吸收器元件由金属制成并彼此锻接或焊接。为了使生产特别简单和成本有效，滚焊工艺已被证明是一种优选的连接工艺。上部的吸收器元件本身和基底瓦片两者都可通过深拉工艺来制造。分别布置在基底瓦片和吸收器或覆盖元件之间的周向框架元件一方面用于将各个体元件彼此固定，另一方面增加了太阳能屋顶瓦片的严密性。

另外，为了便于组装，第二连接元件优选地在吸收器或基底瓦片处被引导。引导可例如通过基底瓦片中的纵向凹槽来实现，第二连接元件的保持区域突出并保持到该纵向凹槽中。由此确保第二连接元件可仅沿纵向凹槽移位并且尤其可不被扭转。

在特别有利的实施例中，容纳开口以T形方式形成在第一连接元件内并被形成为朝向顶部开口。相应地，第二连接元件也以T形方式形成并可从顶部插入到容纳开口中。借助于T形，自动创建在基本水平的拉动方向上的锁定。为了使垂直方向上的连接可以不被释放，布置在第一连接元件中的弹簧载荷的销被接合到第二连接元件的开口中，该开口优选地布置在横向于第二电力线的纵向扩展形成的T形的两个短区域中。

因此，根据本发明的太阳能屋顶瓦片可快速且容易地被安装到屋顶支撑结构之上。它们可以通过插入的第二连接元件(如商业上可获得的普通屋顶瓦片那样)被运送到屋顶并且可在其上进行处理。为此，仅需要将第二连接元件从太阳能屋顶瓦片中拉出并且经由接合连接将其耦合到毗邻的第一连接元件。

第一电力线优选地从光伏模块的电缆连接沿着出口管线延伸到第二连接元件，并且例如附接到其外部或者螺旋地围绕它。在特别有利的实施例变型中，它还可以集成在出口管线中，例如以在出口管线的内部延伸。在该情形中，电力线必须适合于被安装在流体中。替换地，可以使出口管线包括空腔，优选地在其壁中包括纵向通道，电力线在该纵向通道中延伸。以此方式，电力线不与出口管线内的流体接触。最终，在特别有利的实施例变型中，出口管线本身至少在某些区域中由导电材料制成。例如，出口管线的各区域可由导电材料制成，这些区域不能与流体接触。

根据本发明，连接元件的电连接通过接触表面来达成，这些接触表面被布置在相应的连接元件处。在连接元件的组装状态中，所述连接元件彼此接触，从而可以传导电功率。替换地，接触表面也可被布置在太阳能屋顶瓦片的另一位置处，即它可以独立于连接元件来提供。

优选地，容纳部和卡扣元件至少在某些区域中可以由导电材料形成，并且可以形成用于传导电功率的接触表面。具体地，销本身以及在组装状态中与销接触的容纳部的边缘可以形成接触表面。

用于利用热能的整个系统包括上文所描述的太阳能热屋顶瓦片，另外其中，提供了优选地在所谓的脊瓦排下方的歧管和优选地替代所谓的檐板的供应管线。为此，与脊瓦排毗邻的最上面一排的太阳能屋顶瓦片将经由收集供应管线被连接到收集管线，该收集供应管线尤其可以弹性地形成。收集供应管线也可被形成为是长度可变的，但是通常，相对柔软和柔性的管子也将是足够的。它取代了出口管线，即它没有连接到吸收器，而是具有一个可插入收集管线的自由端。

与檐板相邻的太阳能屋顶瓦片具有供应馈送管线而不是入口管线。供应馈送管线也可被形成为是长度可变的，但是通常，柔性的管子将是足够的。供应馈送管线被连接到第一连接元件，但没有与吸收器的连接，而是可将其自由端连接到馈送管线。收集管线和馈送管线各自被连接到房屋中的加热系统，优选地是热交换器。适当的连接管线、朝向馈送管线的冷水管线和朝向收集管线的热水管线可被安装在房屋的内部或外部。已经证明在房屋内布置的落水管内的安装是特别有利的。所述落水管用于排放雨水，但另一方面，连接管线可被容纳在其内部。在一特别优选的实施例中，所述连接管线可通过分隔壁与落水管的雨水传导区域分开。因此，出于此目的，落水管被分成两个腔室。

另外，提供了主电力线，其将光伏模块与房屋中的电源馈送站点连接。所述主电力线也可通过落水管延伸。

此外，已经证明有利的是，除了用于所获得的能量的电线之外，还可以经由连接元件来馈送导频电流。所谓的CAN总线尤其需要所述导频电流。

本发明的主要优点在于，吸收器或通过太阳能屋顶瓦片的流体可分别用于冷却光伏模块。以此方式，光伏模块的效率显著提高，并且所释放的热量可另外被太阳能热系统利用。因此，在太阳能屋顶瓦片内布置吸收器和/或入口和出口管道，从而确保从光伏模块到吸收器和/或到入口和出口管线的最佳热传递。不同的元件可以彼此直接接触或者使用具有高导热率的材料的连接元件。所描述的具有根据本发明的连接元件的连接配置的重要优势是在平移和旋转方向上的连接自由度。附加地，这可以例如通过两个连接元件的橡胶支承件来辅助。

本发明的太阳能屋顶瓦片特别适用于风吸力保护，这也是新颖的且有利的。在一些地理区域内，风吸力保护已经成为是强制性的。防止因风暴(风吸)导致的屋顶掀翻在此是预期的。这通常通过将线或夹子附接于屋顶瓦片来实现，其将屋顶瓦片锚固于屋顶板条中。锚固过程相对耗时，并且取决于现场情况，有时需要比用屋顶瓦片的屋顶铺设过程更多的时间。此外，在屋顶网络结构(完全加瓦的屋顶)中更换这样的屋顶瓦片(例如，如果其被损坏)是非常困难的。

本发明的吸风保护减少了这些问题。当将屋顶瓦片交叠在另一屋顶瓦片上时卡扣式耳状物被激活，它将被弹簧力推到屋顶瓦片背面并且由此勾住背面。为了在需要修理的情况下释放此连接机构，有利地在前部区域中的屋顶瓦片的底侧设置具有包括拉杆眼的拉杆的返回机构。当略微抬起前部的屋顶瓦片时，钩子接合到拉杆眼中并将卡扣式耳状物拉回到其接合位置是可能的。此接合位置是交付默认状态，并且将在铺设屋顶规程期间改变，即在屋顶瓦片将被铺设在屋顶板条上的正确位置处时。更换传统的屋顶瓦片一直相对困难(即使没有附加的风吸力保护)。这是由于需要将待更换的屋顶瓦片从屋顶板条上移除的事实，即使两个相邻的屋顶瓦片(在顶部并且通常在其左手边)加载在其上亦是如此。但是，如果需要释放另外两个连接，则不使用附加的辅助工具几乎是不可能的。具有卡扣式耳状物的风吸力保护通过提供用于升高屋顶瓦片的附加机制解决了该问题。为此，在前端的屋顶瓦片下方拉动包括拉杆眼的拉杆，该拉杆进而在屋顶瓦片和屋顶板条之间致动拉伸键以升高屋顶瓦片。根据本发明的另一改进或替代方案分别在于，在屋顶瓦片的前端致动具有拉杆眼的另一拉杆以通过致动弹射器(从母体中弹出父体)来释放屋顶瓦片之间的连接。以此方式，升高工具变成是非必要的。

所述三个拉杆眼都位于下端的屋顶瓦片下方。拉杆眼是垂直定向的，并且一旦屋顶瓦片在前面被抬起，拉杆眼就将从屋顶瓦片的底侧“弹开”。然后，眼有利地布置成略微偏离屋顶瓦片的中心(前侧的中心)并且释放连接。此位置是有利的，因为连接被布置为精确地位于屋顶瓦片的中心。根据本发明，在偏移中心几厘米处(例如向左约3厘米)，定位用于风吸力保护的卡入式耳状物的拉杆眼。该位置是有利的，因为典型的风吸力保护总是设置在左边的屋顶瓦片侧。另一方面，在中心右边几厘米处(优选地还在中心右边3厘米处)，优选地布置用于拉伸键的拉杆眼，其被用于升高屋顶瓦片。

根据本发明，可以构想用于卡扣式耳状物和屋顶瓦片升高器的拉杆眼的组合。顺序将是使得在拉出路径的前半部分，卡扣式插销将被缩回，并且在拉出距离的后半部分中，将致动用于升高瓦片的拉伸键。优选的是，设置弹簧元件，经由该弹簧元件将保持施加在卡扣式耳状物上的拉力，从而所述卡扣式耳状物在升高时不会回弹。

替换地，也可以通过沿屋顶瓦片和跨屋顶瓦片的螺栓来进行吸风保护，该螺栓横向拧入屋顶板条的下三分之一。该螺栓大致被布置在屋顶瓦片的中心。当使用旋转滑块时，它与旋转滑块正好相对地定位。螺栓的旋转是在屋顶瓦片的前侧进行的。对于旋转滑块而言，它被布置在屋顶瓦片的中央立面的左下侧，并且用于吸风保护的螺栓被布置在其右下侧。考虑到它们形成为具有黑色表面(与屋顶瓦片的外观匹配)的事实，这具有它们在光学上几乎不吸引注意力的优点。

本发明将通过以下附图被详细地解释，所述附图示出了本发明的优选实施例，然而，其并非旨在将本发明限制于所示的特征，其中

图1示出了根据本发明的太阳能屋顶瓦片的俯视图；

图2示出了根据本发明的覆盖有太阳能屋顶瓦片的屋顶的一部分；

图3示出了一排经组装的太阳能屋顶瓦片的横截面；

图4示出了图3的分段放大；

图5示出了太阳能屋顶瓦片的含水单元的纵截面；

图6示出了根据本发明的太阳能屋顶瓦片的纵截面，其中连接元件被扩展；

图7示出了根据本发明的太阳能屋顶瓦片的俯视图；

图8：示出了处于组装状态的两个太阳能屋顶瓦片的两个连接元件；

图9示出了图8的连接在工具的帮助下的释放操作；

图10示出了根据本发明的用于获得热能和电能的系统的极度简化表示；

图11示出了将太阳能屋顶瓦片耦合至馈送线；

图12示出了将太阳能屋顶瓦片耦合至歧管；

图13示出了包括连接管线的落水管的横截面；

图14在示意图中示出了由旋转滑块实现的替换连接方式；

图15示出了图14的具有附加滑座的替换连接方式；

图16示出了滑座的透视表示。

图1示出了根据本发明的太阳能屋顶瓦片20的优选实施例的分解图。基本上，太阳能屋顶瓦片20以夹层型构造模式来配置。从基底瓦片22开始(该基底瓦片22形成太阳能屋顶瓦片20的底侧并且被放置在屋顶支撑结构24的顶部上(还参见图3))，接着是吸收器26以及优选地透明盖或半透明盖28。可以看出，吸收器26由上吸收器元件30和下吸收器元件32形成。在所示出的示例性实施例中，在盖28与上吸收器元件30之间彼此毗邻地布置有两个光伏模块90。光伏模块90邻接在上吸收器元件30上，以确保最佳的热传递。光伏模块90和上吸收器元件30优选地用导热粘合剂彼此粘接。

还可以考虑组合元件，该组合元件将上吸收器元件30和光伏模块90形成在一起，优选地彼此毗邻。盖28大致具有与上吸收器元件30相同的形状，因此完全覆盖了所述吸收器元件。下吸收器元件32将由未示出的流体流过。因此，它耦合到入口管线34和出口管线36。第一连接元件38连接到入口管线34，而第二连接元件40连接到出口管线。两个连接元件38、40各自可被连接到毗邻太阳能屋顶瓦片20的对应连接元件38、40。

此外示出了框架42，其大致具有基底瓦片22的尺寸并且用于容纳吸收器26。此外，在所示的工作示例中，盖28被支撑在框架42上并与其连接。

第二连接元件40在基底瓦片22的纵向凹槽44中引导。这借助于特别地拉出第二连接元件40来显著地促成太阳能屋顶瓦片20的组装。此外，纵向凹槽44避免了第二连接元件40的扭转。

最后重要的是，布置在下吸收器元件32和第二连接元件40之间的出口管线36在长度上是可变的。在所示的实施例中，出口管线被形成为喇叭管，其由具有不同直径的可相互滑入彼此的两个管状部分形成。光伏模块90包括电缆连接94。此外，示出了第一电力线96，其在吸收器26的出口管线36周围螺旋延伸并与第二连接元件40连接。第二电力线98连接至第一连接元件38。第一电力线96、第二电力线98和电缆连接94彼此连接，优选地经由未示出的插入元件，使得多个太阳能屋顶瓦片20以平行上升的方式互连。在本文中未示出的特别有利的实施例变型中，第一电力线96被布置在出口管线36内。它也可以在出口管线36的内部延伸，但是出口管线36也可以包括空腔，优选在其壁上的纵向通道，其中第一电力线96在该纵向通道中延伸。这具有优点，即电力线96不能与流体接触。在所示出的实施例变型中，两个连接元件38、40各自具有电接触表面，该电接触表面进而导电地连接到相关联的电力线96、98，其中在两个连接元件38、40的组装状态中，这些接触表面彼此接触，从而导致电连接。

从图2至图4，根据本发明的分别安装在屋顶或屋顶支撑结构24上的太阳能屋顶瓦片20变得清楚。图2示出了屋顶区域的俯视图，图3示出了一排太阳能屋顶瓦片20的纵向截面，而图4示出了来自图3的区域B的放大图。

将看出，彼此连接的太阳能屋顶瓦片20在一些区域中交叠，类似于具有常规屋顶瓦片的常规屋顶。它们用其底侧(即，基底瓦片22的底侧)抵靠屋顶支撑结构24。特别在图4中，示出了相应的毗邻太阳能屋顶瓦片20被彼此堆叠地布置，并且经由连接元件38，40来彼此连接。因此，流过的流体从太阳能屋顶瓦片20分别通过入口管线34、两个连接元件38、40、吸收器26和出口管线36，或者电力通过电缆连接94、两条电力线96、98和光伏模块90传递到下一个太阳能屋顶瓦片20。

如图4中特别示出的，太阳能屋顶瓦20通过保持环100被安装到屋顶支撑结构24、特别是屋顶板条中。保持环接合在屋顶支撑结构24后面。图5解说了根据本发明的太阳能屋顶瓦片20的设计。可以看出，入口管线34连接到第一连接元件38并且通向下吸收器元件32。在流体流过下吸收器元件32并且已经适当地加热之后，流体通过出口管线36传递到第二连接元件40。

这对于安装太阳能热屋顶瓦片20也是有利的，因为吸收器26(尤其是上吸收器元件30以及盖子28)不完全覆盖第一连接元件38，使得在为屋顶加瓦期间很容易接触到它。第一连接元件38最终将首先被经安装的毗邻太阳能屋顶瓦片20覆盖，从而在安装状态中不再可见。

图6示出了具有经延伸的第二连接元件40的太阳能屋顶瓦片20的纵向截面。在所示的工作示例中形成为喇叭管的出口管线36是长度可变的，使得第二连接元件40可被拉出超过太阳能屋顶瓦片20的整体尺寸。随后，第二连接元件相对于太阳能屋顶瓦片20的相应边缘或侧面突出，并且可平滑地连接到毗邻的第一连接元件38。

图7借助于太阳能屋顶瓦片20的俯视图解释了在初始状态中没有元件突出于太阳能屋顶瓦片20的整体尺寸。该整体尺寸由两个横向侧面80和两个纵向侧面82指定。还可以看出，第一连接元件38的容纳开口46在初始状态中未被吸收器26或盖28覆盖，而是朝向顶部(即朝向远离基底瓦片22的方向)开口。容纳开口46基本上被形成为T形。

图8和9举例说明了两个太阳能屋顶瓦片20经由两个连接元件38、40的有利连接。两个连接元件38、40以纵向截面图被示出，其中出口管线36未被绘制。可以看到的是容纳开口46(或容纳凹部)，第二连接元件40可插入该容纳开口46中。T形使得连接被紧固在基本水平的方向上(即，在第二连接元件40的延伸方向上)，并且两个连接元件38、40可以不彼此脱离。

另外，弹簧载荷的销48被视为卡扣元件。在所示实施例中，设置了两个销48，这两个销中的每个销都紧邻出口管线36平行地定向。

弹簧元件50朝向容纳部52推动相应的销48，容纳部52被布置在第二连接元件40中。由此将产生卡扣或卡合连接，其也基本上在垂直方向(即横向于第二连接元件40的延伸方向)上紧固。每个销48都具有圆锥形的自由端，其直径的尺寸使得销48将不会完全插入相应的容纳部52中。以此方式，将实现弹簧元件50的弹簧力作用在相应的容纳部52的适当边缘上，并因此将第二连接元件40压靠在入口管线34的相对开口上。出口管线36和入口管线34的开口在其中相对于彼此邻接。弹簧元件50的压力导致两个连接元件38、40之间的紧密连接和接触表面之间的电连接得以确保。

在示例性实施例中，容纳部52的边缘和销48的外表面充当用于两个连接元件38、40的电连接的接触表面。

此外，图9示出了在两个连接元件38、40的组装状态中，得到用于工具56的进入开口54。角形工具56可被插入此进入开口54中，通过该工具，两个销48可克服弹簧元件50的弹簧力被推回，从而允许两个连接元件38、40彼此释放。

从图10中将看出系统是如何被设计的，其利用了根据本发明的太阳能屋顶瓦片20。相对冷的流体经由冷水管线58供应到太阳能屋顶瓦片20。当流过彼此连接的太阳能屋顶瓦片20时，所述流体将被加热，并且将经由热水管线60再循环回到热交换器62，或替换地再循环回去以直接利用。两条连接管线(即冷水管线58和热水管线60)将太阳能屋顶瓦片20耦合到利用设施，例如房屋的供水系统。主电力线92平行于冷水管线58和热水管线60延伸(参见图13)。主电力线92可被分段地被布置在屋顶的檐板的区域中。

图11解说了经由馈送管线64向太阳能屋顶瓦片20输送相对冷的流体。馈送管线64优选地被布置在屋顶的檐板的区域中。根据本发明的被布置在太阳能屋顶瓦片20的区域的边缘区域(优选地是下排的屋顶)中的一排太阳能屋顶瓦片20经由供应馈送管线66被耦合到馈送管线64。供应馈送管线66将馈送管线64连接到太阳能屋顶瓦片20的每一个第一连接元件38。

图12示出了最上排的太阳能屋顶瓦片20与收集管线68的附连。收集供应管线70从第二连接元件38延伸到收集管线68中，从而向其馈送经加热的流体。

图13解说了在落水管72内的一些位置处连接管线(即冷水管线58和热水管线60以及主电力线92)的有利安装。在此情况下，落水管72优选地通过分隔壁74分成两个腔室，其中第一腔室76用于排出雨水，而第二腔室78用于容纳两个连接管线58、60以及主电力线92。在一方面，此安装模式是成本有效地且快速可行的，另一方面，房屋的外观不会受到不利影响。

图14和15在示意图中示出了通过旋转滑块102进行连接的另一种模式。旋转滑块102取代保持环100，并且因此大致布置在该区域中。根据本发明的太阳能屋顶瓦片通过旋转滑块102接合到屋顶支撑结构24中。

旋转滑块102具有自由空间104，屋顶支撑结构24可经由该自由空间104被释放，使得太阳能屋顶瓦片20可以在轴向上移动。为了拉出或插入太阳能屋顶瓦片20，需要将旋转滑块102转动到适当的位置，以使其不再接合在屋顶支撑结构24后面。为此，旋转滑块102包括旋转轴106(参见图15)。

旋转滑块102同时是第二连接元件40的支座，否则第二连接元件40可能进一步向轴向位移。这尤其从图16可见。第二连接元件40在容纳部108中被引导，并且具有台阶设计，该台阶设计具有下部基体110和上部基体112，其中下部基体110在与太阳能屋顶瓦片20的纵向轴线的横向方向上形成得比上部基体112更宽。

容纳部108包括开口114，由于上部基体112的宽度较低，因此上部基体112可以轴向通过该开口114，而下部基体110不能通过。此外，在开口114的范围内设置有底切116，下部基体110从底部抵靠在开口114上，并且因此不能被引导出容纳部108并到达顶部。

图16示出了另一有利实施例变型，其中毗邻旋转滑块102，附加提供滑座122，其促成并确保连接。滑座122经由压缩弹簧118被弹簧加载并偏置在其基部位置。杠杆120通过接触支座将滑座116保持在其偏置位置。如果第二连接元件40从顶部插入到第一连接元件38中，则杠杆120被向下推，并且变为从支座脱离，从而释放弹簧力。滑座116朝着旋转滑块102移动以接触它。同时，其下部基体110位于两个底切116下方。因此，第二连接元件40由旋转滑块102保持在轴向方向上，并且由底切116保持在垂直方向上。滑座122的前进也使得作为入口管线34的一部分的线路部分126被推入第二连接元件40的出口管线36中。此外，电触头被闭合以传递电能(未示出)。

此外，图15示出了锁紧螺栓124，太阳能屋顶瓦片20能经由该锁紧螺栓124连接到屋顶支撑结构24，例如作为吸风保护。

本发明不限于所示和所呈现的实施例，但还包括其他可能的实施例。特别地，除了出口管线36之外，入口管线34或甚至两条管线34，36均可形成为是长度可变的。取代基底瓦片22，还可构想吸收器26用于直接安装到屋顶结构24，即，因此可省略基底瓦片22。

Claims (15)

1.一种用于从太阳辐射产生电能和热能的太阳能屋顶瓦片(20)，所述太阳能屋顶瓦片(20)的形状基本上对应于常规屋顶瓦片的形状，所述太阳能屋顶瓦片(20)具有用于将所述太阳能屋顶瓦片(20)安装到屋顶上的基底瓦片(22)并且还包括布置在顶部的光伏模块(90)，所述光伏模块连接至第一电力线(96)和第二电力线(98)，并且所述太阳能屋顶瓦片(20)还包括具有由介质通过的入口管线(34)和出口管线(36)的吸收器(26)，其中所述入口管线(34)在其自由端处包括第一连接元件(38)，所述出口管线(36)在其自由端处包括第二连接元件(40)，所述管线(34，36)中的至少一者被设计成在基础状态中是长度可变的，所述两个连接元件(38，40)在组装状态中都被布置在所述太阳能屋顶瓦片(20)的外部尺寸内，所述两个连接元件(38，40)中的至少一者可扩展到超过所述太阳能屋顶瓦片(20)的外部尺寸，并且在传导介质时能够连接到毗邻太阳能屋顶瓦片(20)的相应连接元件(38，40)，以及导电性的长度可变的管线(34,36)包括所述两条电力线(96，98)中的一条。

2.如权利要求1所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述第一电力线(96)沿所述出口管线(37)延伸。

3.如权利要求1或权利要求2所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述第一电力线(96)被集成到所述出口管线(38)中。

4.如权利要求2或权利要求3所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述两个连接元件(38，40)各自包括电接触表面，所述电接触表面以导电方式经由相关联的电力线(96，98)连接到所述光伏模块(90)，其中在两个连接元件(38，40)的所述组装状态中，所述接触表面彼此接触，由此提供电连接。

5.如权利要求1到4之一所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述出口管线(34)被配置成长度可变，并且所述第一连接元件(38)和所述入口管线(34)被固定布置在所述太阳能屋顶瓦片(20)内。

6.如权利要求1到5之一所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述两个连接元件(38，40)被形成为使得它们形成卡扣连接。

7.如权利要求1到6之一所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述第一连接元件(38)包括朝向顶部开口并且在水平平面上呈T形的容纳开口(46)，所述容纳开口(46)用于容纳所述第二连接元件(40)，所述第二连接元件(40)也被形成为T形。

8.如权利要求7所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述第二连接元件(40)包括至少一个容纳部(52)，卡扣元件能够接合到所述容纳部中，所述卡扣元件被布置在所述第一连接元件(38)中。

9.如权利要求8所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述卡扣元件被配置成弹簧载荷的销(48)，其中所述容纳部(52)和所述销(48)基本上布置在水平方向上。

10.如权利要求9所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述容纳部(52)和所述卡扣元件至少在某些区域中由导电材料形成，并且形成导电接触表面。

11.如权利要求10所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，所述销(48)的自由端是锥形配置的，使得所述销接触限制所述容纳部(52)的边缘。

12.如权利要求9到11之一所述的太阳能屋顶瓦片(20)，其特征在于，在所述两个连接元件(38，40)的所述组装状态中，所述两个连接元件(38，40)形成用于工具(56)的进入开口(54)，借助于所述工具，所述销(48)可被向后推动，从而允许所述两个连接元件(38，40)彼此释放。

13.一种用于从太阳辐射产生热能的太阳能热系统，包括彼此连接的如权利要求1到12之一所述的太阳能屋顶瓦片(20)，所述太阳能屋顶瓦片经由冷水管线(58)和热水管线(60)以及主电力线(92)被耦合到利用设施。

14.如权利要求13所述的太阳能系统，其特征在于，在如本发明所述的太阳能屋顶瓦片(20)的表面的边缘区域中的太阳能屋顶瓦片经由馈送供应管线(66)附连至相应的馈送管线(64)，所述馈送管线被连接至所述冷水管线(58)，其中在所述表面的相对的边缘区域中的太阳能屋顶瓦片(20)经由歧管供应管线(70)被附连至相应的歧管(68)，所述歧管被连接至所述热水管线(60)。

15.如权利要求13或权利要求14所述的太阳能系统，其特征在于，所述冷水管线(58)、所述热水管线(60)、以及所述主电力线(92)被部分地布置在落水管(72)中。