DE10048032C1

DE10048032C1 - Solar-Dacheindeckungselement

Info

Publication number: DE10048032C1
Application number: DE10048032A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kalberlah
Original assignee: ZENIT ENERGIETECHNIK GmbH
Current assignee: PVFLEX SOLAR GMBH, 15517 FUERSTENWALDE, DE
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: EP1191606A3; EP1191606A2

Abstract

Solar-Dacheindeckungselemente sind unter der Bezeichnung "BIPV-Dachelemente" bekannt. Dabei werden glas- und rahmenlose, flexible sogenannte "Solar-Laminate" auf oberflächenvergütetes oder lackiertes Stahlblech unter Verwendung einer EVA-Schmelzklebefolie auf einem Heiztisch bei etwa 130 DEG C "aufvulkanisiert" (Bonding). DOLLAR A Werden die Solarlaminate (1) mittels zweier Klebstoffschichten (3) und einer zwischen diese eingelegten Metallfolie (4), letztere aus dem gleichen Material wie das Substrat der Solar-Laminate (1) bestehend, mit dem Blech (2) verklebt, so sind die Solar-Laminate auch für die Verlegung auf NE-Metall-Blechen, die den Großteil von Blech-Dacheindeckungen ausmachen, geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solar-Dacheindeckungselement, bestehend aus flexiblen Solar-Laminaten, die mit einer Dacheindeckung aus Blech mittels zweier Klebstoffschichten und einer zwischen diese eingelegten Folie verklebt sind, wobei die Solar-Laminate aus einer Einbettung von Solarzellen, hergestellt nach einer Dünnschicht-Technologie durch Abscheiden auf einem flexiblen Substrat, bestehen.

Derartige Dacheindeckungselemente sind unter der Bezeichnung "BIPV-Dachlemente" bekannt. Dabei werden glas- und rahmenlose, flexible sogenannte "Solar-Laminate" auf oberflächenvergütetes oder lackiertes Stahlblech unter Verwendung einer EVA-Schmelzklebefolie auf einem Heiztisch bei etwa 130°C "aufvulkanisiert" (Bonding). Das Verfahren gewährleistet eine mindestens. 20-jährige Haltbarkeit der Verklebung, ohne dass die äußerst empfindlichen solarstromerzeugenden Halbleiterschichten im Inneren des Solar-Laminates beispielsweise durch Feuchtigkeit, die im Gebrauch als Dacheindeckung witterungsbedingt durch entstehende Mikrorisse in das Solar-Laminat eindringen könnte, in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.

Aus der EP 0 884 432 A2 ist beispielsweise ein Solar- Dacheindeckungselement bekannt, bei dem ein Solar-Laminat unter Zwischenlegen einer Glasfaserschicht mittels zweier Klebstoffschichten mit zwischengelegter Isolierfolie mit einem Stahlblech verklebt ist. Die Klebstoffschichten (filler) dienen gleichzeitig als mechanische Polsterschichten, die z. B. durch Hagelfall verursachte Kräfte aufnehmen. Die Isolierfolie dient als Sperrschicht gegen rückwärtig eindringende Feuchtigkeit.

Als Material für die Dachscharen kann aus dem folgenden Grund nur Stahlblech Verwendung finden: Die vom Laminathersteller benutzte EVA-Schmelzklebefolie ist ein Duromer, d. h. es entseht durch den "bonding"-Prozeß beim Verkleben eine unelastische Verbindung zwischen dem flexiblen Laminat und dem Dachblech. Laminat und Dachblech müssen deshalb den gleichen Ausdehnungkoeffizienten aufweisen. Der Ausdehnungskoeffizient des Laminats wird bestimmt durch das verwendete Substrat, auf das das Dünnschicht-Silizium aufge dampft ist, wobei derzeit allein Laminate angeboten werden, bei denen eine Edelstahlfolie als Substrat verwendet wird. In absehbarer Zeit denkbar ist jedoch auch die Verwendung von Kupferfolien oder anderen Werkstoffen. Ein unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizient könnte bei der üblichen Temperaturbe anspruchung von Dächern mit dunkler Oberfläche (minus 20 bis plus 85°C) zur Beschädigung des starr verbundenen Laminats führen, beispielsweise durch die Bildung der oben bereits erwähnten Mikrorisse.

Eine Verklebung dieser Solar-Laminate auf Dacheindeckungen aus NE-Metallen, z. B. Zink, Kupfer oder Aluminium nach dem selben Klebeverfahren verbietet sich somit, weil der Ausdeh nungskoeffizient derartiger Dacheindeckungsmaterialien von dem der Solar-Laminate deutlich verschieden ist.

Über 80% der Dacheindeckungen, soweit diese metallische Bleche verwenden, bestehen jedoch nicht aus Stahl, sondern aus Zink bzw. Titan-Zink, Kupfer oder Aluminium. Es wäre deshalb wünschenswert, auch derartige Untergrundmaterialien mit flexiblen Solar-Laminaten beschichten zu können.

Ein weiteres Problem der bekannten BIPV-Dachelemente besteht darin, dass diese Strom erzeugen, sobald sie dem Tageslicht ausgesetzt sind. Ihre Montage erfordert also, ebenso wie die normaler Solarmodule, zumindest bei der üblichen Reihen schaltung von Modulen auf höhere Spannungen entsprechend den gültigen Vorschriften eine Lizenz als Elektrofachbetrieb bzw. entsprechende Fachkenntnisse. In verschiedenen Publika tionen über die Montage von Solarstrommodulen wird vorge schlagen, die Module während der Montage aus diesem Grund mit Decken gegen die Tageshelligkeit abzuschirmen und so an der Erzeugung potentiell gefährlicher Spannungen und Ströme zu hindern. Dass eine solche Vorgehensweise für den normalen Dachdecker, der üblicherweise nicht dem Elektrohandwerk an gehört, bei der Eindeckung von Gebäuden mit Blech und neuerdings nun eben mit solaren Dachblech-Elementen schlechter dings unmöglich ist, liegt auf der Hand.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Aufbau der Verklebung anzugeben, der auch für NE-Metalle geeignet ist. Zugleich soll eine gute Wärmeableitung aus dem Solar- Laminat in das Blech-Trägermaterial hinein erreicht werden. Die Erfindung hat sich zugleich auch noch das Ziel gesetzt, die Stromerzeugung bis zur Fertigstellung des Daches und dem Eintreffen des Elektrikers praktikabel zu unterbinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltun gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach sind die Solar-Laminate mittels zweier Klebstoff schichten, vorzugsweise mittels Schmelzklebstoffschichten und einer zwischen diese eingelegten Metallfolie mit dem Blech verklebt. Zweckmäßig liegen die Schmelzklebstoff schichten in Form von Schmelzklebefolien vor, die mit der Metallfolie heißverklebt werden. Die Metallfolie besteht aus dem gleichen Material wie das metallische Substratmaterial des Laminats. Als "Blech" kann auch eine Unterlage aus einem Netzgittergeflecht oder Streckmetall benutzt werden. Bei Verwendung von letzteren können die Schmelzklebeschichten gegebenenfalls durch eine einzige Klebefolie hergestellt werden, da der erwärmte Schmelzkleber sich durch die Gitter löcher hindurchdrückt.

Bei der Bestrahlung der Dachlaminate an einem warmen und hellen Sommertag werden auch in Mitteleuropa durchaus Tempe raturen von bis zu 85°C erreicht, was die Stromausbeute der Solarzellen vermindert. Die Wärme wird nach einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung jedoch zur Küh lung/Leistungserhöhung nicht nur über das Dachblech abge führt, sondern wird auch noch durch Kollektorröhren, die rückseitig an den Dachelementen wärmeleitend anliegen, abgeleitet und als solare Wärmeenergie dem Gesamtenergiebedarf des betreffenden Gebäudes zugeführt. Die Erfindung verzich tet daher auf eine Verklebung mit dauerelastischen Materia lien, da diese in aller Regel nicht wärmeleitend sind und zwar das Problem des unterschiedlichen Ausdehnungskoeffi zienten, nicht aber die Frage der Wärmeableitung lösen wür den.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann die Unter seite des Bleches bereits werksseitig mit einer Wärmeisolie rung versehen werden.

Die Verhinderung ungewollter Stromerzeugung wird erreicht, indem sonnenseitig die fertigen, verklebten Dachelemente mit einer lichtundurchlässigen Schutzfolie, die später rückstandslos abgezogen werden kann, abgeklebt wird. Diese spezielle Schutzfolie erfüllt zugleich die üblichen Forde rungen eines mechanischen Schutzes gegen Beschädigung der empfindlichen Solar-Laminate beim Transport und der Montage, wie auch die Aufgabe, eine unerwünschte Stromerzeugung zu verhindern.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnun gen zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Verklebung eines Laminates mit einer Dachschare,

Fig. 2 die bekannte Heißverklebung von Laminaten,

Fig. 3 eine Variante der erfindungsgemäßen Dachschare mit zusätzlicher Gewinnung von Warmwasser und

Fig. 4 eine Variante der Dachschare gemäß Fig. 3.

Fig. 2 zeigt die übliche Heißverklebung von Laminaten auf Stahlblech. Das Solar-Laminat 1 besteht aus den beim Hersteller zwischen einer Teflon- und einer PE-Folie eingebet teten flexiblen Solarzellen aus dünnem Edelstahl mit aufge dampftem Solar-Silizium. Die sog. "Dachschare" 2 ist ein bis zu 8 m langes Stahlblechprofil mit 40-50 cm Breite. Die Lackierung oder ein eventueller, zusätzlicher Oberflächen schutz sind im vorliegenden Beispiel nicht eingezeichnet. Zwischen dem Solar-Laminat 1 und der Dachschare 2 wird eine Schmelzklebefolie 3 eingebracht.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Verklebung, ebenfalls im Herstellerwerk der Dacheindeckung bei ca. 130°C auf einem Heiztisch unter Verwendung von zwei Schmelzklebefolien 3 aus EVA mit einer zwischengelegten Edelstahlfolie 4 von beispielsweise 0,4 mm Dicke in derselben Größe wie das Solar-Laminat 1. Es kann sich hierbei auch um ein Netzgittergeflecht aus Edelstahl oder sog. "Streckmetall" handeln. Edelstahl ist aus Gründen des Korrosionsschutzes vorzuziehen. Eine mögliche Oberflächenvergütung des eigentlichen Dachbleches aus NE-Metall, das heißt der Dachschare 2 ist wiederum nicht eingezeichnet. Die Oberfläche des Solar-Laminats 1 ist mit einer abziehbaren Lichtschutzfolie 6 beklebt, die rückstandsfrei abgezogen werden kann. Somit kann mit den Laminaten gefahrlos hantiert werden, solange sie noch nicht verschaltet sind.

Fig. 3 zeigt die Kombination zwischen einer Dachschare 2 aus NE-Metall einer oberseitigen, wärmeleitenden Verklebung ge mäß Fig. 2 und die unterseitige Anbringung von Röhren 7 zur Ableitung von solar erwärmten Wasser. Die wärmeleitende Ver bindung zwischen den Röhren 7 und der Dachschare 2 kann im Fall von Kupferblech und Kupfer für die Röhren 7 konventio nell durch Löten erfolgen, jedoch kommen auch wärmeleitende Klebstoffe oder mechanische Anpress-Techniken infrage. Auch ist die Verwendung von Kunststoff-Rohren (z. B. PE wie für Fußbodenheizungen) nicht ausgeschlossen, weil ein rascher Wärmeeintrag nicht erforderlich ist.

Eine weitere Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt die Integra tion eines weiteren Konstruktionselements von Dächern: lt. Wärmeschutzverordnung ist unter, der eigentlichen Dachhaut eine Isolation, beispielsweise aus PV-Schaum oder Steinwol le, anzuordnen. Diese Isolation 7 ist nach dieser Ausfüh rungsform unterseitig auf die Dachschare 2 bereits werkssei tig aufgebracht. Somit wird erreicht, dass vier bisher ge trennte "Gewerke"

- Solarstrommodule
- Dacheindeckung
- Solarthermische Kollektoren
- Dachisolation

werkseitig in einem einzigen Bauelement zusammengefasst und in einem einzigen Arbeitsgang am Bau montiert werden. Die ggf. zusammen mit der Isolation

7

eingebrachte Dampfsperre ist in der Zeichnung nicht gezeigt. Ebenfalls zeichnerisch nicht erfasst sind die Steckverbindungen, mit welchen die kompletten Dachelemente elektrisch und hydraulisch zusammen gefügt werden. Für diesen Zweck stehen Stecker- und Kupp lungssysteme für Elektrizität und Warmwasser am Markt in ge eigneter Form zur Verfügung.

Bezugszeichenliste

1

Solar-Laminat

2

Dachschare

3

Schmelzklebefolie

4

Edelstahlfolie

5

Röhren

6

Schutzfolie

7

Isolation

Claims

1. Solar-Dacheindeckungselement, bestehend aus flexiblen Solar-Laminaten (1), die mit einer Dacheindeckung aus Blech (2) mittels zweier Klebstoffschichten (3) und einer zwischen diese eingelegten Folie verklebt sind, wobei die Solar- Laminate (1) aus einer Einbettung von Solarzellen, hergestellt nach einer Dünnschicht-Technologie durch Abscheiden auf einem flexiblen Substrat, bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Metallfolie (4) ist, die aus dem gleichen Material wie das Substrat der Solar-Laminate (1) besteht.

2. Solar-Dacheindeckungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschichten aus einem Schmelzklebstoff bestehen.

3. Solar-Dacheindeckungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (4) eine Edelstahlfolie ist.

4. Solar-Dacheindeckungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzklebstoffschichten (3) EVA-Schmelzklebefolien sind.

5. Solar-Dacheindeckungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (2) aus einem Netzgittergeflecht besteht.

6. Solar-Dacheindeckungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (2) eine Streckmetalltafel ist.

7. Solar-Dacheindeckungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Bleches (2) wasserdurchströmte Röhren (5) zur Aufnahme von Wärmeenergie angebracht sind.

8. Solar-Dacheindeckungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Unterseite des Bleches (2) wärmeisolierendes Materi al aufgebracht ist.

9. Solar-Laminat nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindliche Außenseite der Solar-Laminate (1) mit einer lichtundurchlässigen, nach der mechanischen und elekt rischen Montage abziehbaren Schutzfolie (6) versehen ist.