DE102005048454A1

DE102005048454A1 - Fassadenelement und Solarkollektor

Info

Publication number: DE102005048454A1
Application number: DE102005048454A
Authority: DE
Inventors: Alex Ruchti; Tahsin Kizilcelik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Es wird ein Solarkollektor vorgestellt, der eine Steinscheibe (3) aus Stein aufweist, so dass der Solarkollektor die gleiche Optik wie eine Naturstein- oder Kunststeinplatte hat. Dadurch ist es möglich, eine hochwertige Optik einer Gebäudefassade mit der Möglichkeit der Solarenergienutzung zu kombinieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit Mitteln zur Umwandlung von Solarstrahlung in elektrische oder thermische Energie.

Sowohl die mit photovoltaischen Solarmodulen arbeitenden als auch bei den mit einem von einem Wärmeträger durchströmten Absorbern arbeitenden Solarkollektoren ist auf der der Sonne zugewandten Seite eine Frontscheibe vorgesehen. Diese Frontscheibe wird in der Regel aus Glas hergestellt und dient dazu, Witterungseinflüsse von den Mitteln zur Umwandlung der Solarstrahlung in elektrische oder thermische Energie fernzuhalten. Bei Flachkollektoren mit Absorbern dient die Frontscheibe auch dazu, die Abstrahlungsverluste des Absorbers zu minimieren.

Der ästhetische Eindruck, den die Solarkollektoren vermitteln, wird vorwiegend von den hinter der Frontscheibe liegenden Solarmodulen beziehungsweise dem hinter der Frontscheibe liegenden Absorber geprägt. Unter anderem wegen dieser Optik werden Solarkollektoren bislang nahezu ausschließlich auf Gebäudedächern angeordnet, wo sie wenig auffallen. An den Fassaden von modernen Gebäuden finden sich nahezu nie Solarkollektoren. Wenn an den Fassaden von modernen Gebäuden doch Solarkollektoren angebracht werden, haben diese zwangsläufig die eigentümliche Optik der handelsüblichen Solarkollektoren.

Insbesondere bei hochwertigen modernen Bürogebäuden wird die Fassade oft mit abgehängten Natursteinplatten verkleidet. Dadurch ergibt sich eine sehr hochwertige Optik der Fassade, die sehr alterungsbeständig ist.

Nachteilig an diesen vorgehängten Natursteinplatten ist, dass sie aus Stabilitäts- und Sicherheitsgründen eine gewisse Mindestdicke nicht unterschreiten dürfen. Aus diesem Grund werden vorgehängte Natursteinplatten 4 cm dick ausgeführt. Dies führt in Verbindung mit dem relativ hohen spezifischen Gewicht der Natursteinplatten dazu, dass pro Quadratmeter Außenfassade die Natursteinplatten ein Gewicht von etwa 160 kg und mehr aufweisen, das von dem Gebäude getragen werden muss.

Dieses hohe Gewicht der vorgehängten Natursteinplatten muss bei der Bemessung der tragenden Wände und Stützen des Gebäudes berücksichtigt werden. Infolgedessen muss die gesamte Statik des Gebäudes der Belastung angepasst werden und insbesondere die tragenden Wände des Gebäudes und die Stützen dicker ausgeführt werden. Dadurch entstehen höhere Kosten und die nutzbare Bürofläche wird verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement zur Verkleidung einer Außenfassade bereitzustellen, das die hochwertige Optik einer Natursteinplatte bietet und gleichzeitig ein gegenüber Natursteinplatten deutlich reduziertes Gewicht aufweist. Zudem soll die Fassade neben einem gesteigerten optischen Eindruck auch eine zusätzliche Funktionalität aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass anstelle der Natursteinplatten Solarkollektoren vor die Gebäudefassade gehängt werden, wobei deren Frontscheiben zusätzlich zu den bei herkömmlichen Solarkollektoren üblichen Scheiben aus Glas eine dünne Steinplatte aufweisen.

Diese Steinplatten werden mit den aus dem Stand der Technik bekannten Scheiben aus Glas verbunden. Dabei hat sich Kleben als besonders geeignetes Fügeverfahren erwiesen. Durch die erfindungsgemäße mehrschichtige Frontscheibe werden die Eigenschaften einer Scheibe aus Glas, nämlich vor allem Beständigkeit gegen UV-Strahlen und andere Umwelteinflüsse, mit der Ästhetik einer Fassade aus Stein kombiniert.

Dadurch ist es möglich, einerseits die gewünschte Optik einer Natursteinfassade zu erreichen und andererseits die Statik des Gebäudes deutlich zu entlasten, weil die Frontscheibe nur wenige Millimeter dick und in Folge dessen sehr leicht ist.

Die erforderliche Festigkeit erhält die Frontscheibe dadurch, dass durch den mehrschichtigen Aufbau und die Klebstoffschicht zwischen der Scheibe aus Stein und der Scheibe aus Glas die Frontscheibe ähnliche mechanische Eigenschaften wie eine Verbundglas-Sicherheitsscheibe aufweist. Außerdem ist die erfindungsgemäße mehrschichtige Frontscheibe Teil eines eigenstabilen Solarkollektors. Dabei kann die erfindungsgemäße Frontscheibe bei Solarkollektoren eingesetzt werden, die Solarstrahlung in elektrische Energie mit Hilfe von photovoltaischen Solarmodulen umwandelt oder die Solarstrahlung mit Hilfe von Absorbern in thermische Energie umwandelt. Beiden an sich bekannten Bauarten von Solarkollektoren ist gemeinsam, dass sie eigenstabil und witterungsbeständig sind und somit als Fassadenelement geeignet sind.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird nicht nur die oben genannte Aufgabe gelöst, sondern es wird noch ein Zusatznutzen, nämlich die Gewinnung elektrischer oder thermischer Energie erreicht. Dadurch lässt sich mindestens ein Teil der Kosten für das Vorhängen der erfindungsgemäßen Solarkollektoren vor die Fassade eines Gebäudes im Laufe der Zeit wieder in Form von vermiedenen Energiekosten einsparen.

Gleichzeitig ist es auch möglich, wenn Solarkollektoren mit thermischen Absorbern eingesetzt werden, die eingestrahlte Solarenergie in dem Wärmeträger abzuführen, so dass vor allem in den heißen Sommermonaten sich die Außenwände des Gebäudes nicht oder nur in sehr geringem Umfang aufheizen und sich somit ein angenehmes Raumklima einstellt. Die Absorber übernehmen somit die Funktion einer Gebäudekühlung.

Wenn der Solarkollektor einen Absorber aufweist, der von einem Wärmeträger durchströmt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Absorber in einem Gehäuse angeordnet ist und die Frontscheibe fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch wird die notwendige mechanische Belastbarkeit erreicht und es ist möglich, auf Bauarten und Baumuster, die von herkömmlichen Solarkollektoren mit Absorbern und Frontscheiben aus Glas bekannt sind, zurückzugreifen.

Bei beiden Arten von Solarkollektoren ist es vorteilhaft, wenn die Frontscheibe mit den Photovoltaischen Solarmodulen oder dem Gehäuse verklebt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass die Frontscheibe mit der oder den Solarmodulen oder dem Gehäuse durch einen umlaufenden Rahmen oder durch mehrere Clipelemente verbunden ist. Welcher der genannten Ausführungsformen im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Umständen des Einzelfalls ab.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Frontscheibe eine Dicke zwischen 2 mm und 8 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm, aufweist. Innerhalb dieser Bereiche ist die Lichtdurchlässigkeit der Frontscheibe noch ausreichend hoch, so dass die Leistungseinbuße gegenüber der Photovoltaischen Solarmodule bzw. des Absorbers gegenüber herkömmlichen Solarkollektoren mit Frontscheiben aus Glas verhältnismäßig gering ist.

Eine besonders hochwertige Optik der erfindungsgemäßen Solarkollektoren ergibt sich, wenn die Frontscheibe aus Naturstein, insbesondere aus Marmor besteht.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Frontscheibe aus Kunststein, Feinstein, Granit, Quarzit, oder anderen vergleichbaren Materialien besteht, wobei das Material transluzent sein muss.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarkollektors ist vorgesehen, dass der Solarkollektor eines oder mehrere Befestigungsmittel aufweist, die beispielsweise als Gewindehülse, Stehbolzen oder als Befestigungshülse ausgebildet sein können. Dadurch ist es möglich, den erfindungsgemäßen Solarkollektor an einer Außenwand eines Gebäudes in herkömmlicher Weise zu befestigen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsmittel mit bereits etablierten Befestigungssystemen für vorgehängte Fassadenelemente kompatibel sind.

Durch Einfärben der Steinplatte kann ein optisch ansprechendes Aussehen (Colorierung) erreicht werden, ohne dass die Lichtdurchlässigkeit und die Beständigkeit gegenüber Sonneneinstrahlung und Witterungseinflüssen abnimmt. Dadurch können vor allem die von Natur aus optisch neutralen Marmor- und Granitgesteine optisch interessanter gemacht werden und es können Solarkollektoren in nahezu allen gewünschten Farben hergestellt werden. Die Colorierung kann mittels Spezialchemikalien, die ebenfalls transparent sind, erreicht werden.

Alternativ können die Steinplatten auch mit Spezialchemikalien behandelt werden, die ihre Farbe in Abhängigkeit der Temperatur und/oder einer angelegten elektrischen Spannung ändern. Dadurch kann die Farb- und Außenwirkung der Fassade quasi auf Wunsch bestimmt werden. Wenn die Farbe durch Anlegen einer elektrischen Spannung gesteuert wird, erzeugt das erfindungsgemäße Fassadenelement die erforderliche elektrische Energie selbst.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung:
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors;
2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors und
3 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors perspektivisch dargestellt. Der Solarkollektor 1 besteht aus einer Steinscheibe 3 und einem oder mehreren mit der Steinscheibe 3 verklebten photovoltaischen Solarmodulen 5. Die Fuge zwischen der Steinscheibe und dem oder den Photovoltaischen Solarmodulen 5 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.
Auf der den Photovoltaischen Solarmodulen 5 abgewandten Seite der Steinscheibe 3 ist eine Glasscheibe 8 vorgesehen. Die Glasscheibe 8 schützt die Steinscheibe 3 vor Witterungseinflüssen und stabilisiert die Steinscheibe 3. Zu diesem Zweck werden die Steinscheibe 3, die Glasscheibe 8 und/oder die Photovoltaischen Solarmodule 5 flächig miteinander verklebt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarkollektors 1 ergibt sich, wenn rücklings an den Solarkollektor 1 eine Befestigungsscheibe 10 aus Glas, Metall, insbesondere Aluminium, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material angefügt wird.
Prinzipiell kann jeder mit photovoltaischen Solarmodulen 5 arbeitende Solarkollektor in einen erfindungsgemäßen Solarkollektor 1 umgerüstet werden, indem die üblicherweise aus Glas bestehende Frontscheibe durch eine erfindungsgemäße mehrschichtige Frontscheibe mit einer Schicht 3 aus Stein und einer Schicht aus Glas 8 ersetzt wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dicke der Steinscheibe 3 zwischen 2 mm und 8 mm liegt, besonders bevorzugt jedoch zwischen 4 mm und 6 mm liegt. Innerhalb dieser Dickenbereiche ist die Beeinträchtigung der Leistung der photovoltaischen Solarmodule 5 durch die reduzierte Transmissivität einer Steinscheibe 3 aus Stein im Vergleich zu einer Frontscheibe aus Glas noch relativ gering.
Außerdem ist die gewünschte Gewichtseinsparung im Vergleich zu einer als Fassadenelement eingesetzten massiven Steinplatte mit einer Dicke von beispielsweise 40 mm sehr groß.
Auch der gesamte erfindungsgemäße Solarkollektor 1 mit der mehrschichtigen Frontscheibe und den dahinter angeordneten photovoltaischen Solarmodulen 5 ist noch sehr viel leichter als eine massive Natursteinplatte mit einer Dicke von beispielsweise von 40 mm.
Dadurch, dass ein Teil der auf das Gebäude eingestrahlten Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt und auf diesem Wege abgeführt werden kann, heizen sich die mit den erfindungsgemäßen Solarkollektoren 1 ausgerüsteten Gebäude im Hochsommer weniger stark auf, so dass sich ein angenehmeres Raumklima in den mit erfindungsgemäßen Solarkollektoren ausgerüsteten Gebäuden einstellt.
Ein ähnlicher Effekt wird auch erreicht, wenn anstelle der photovoltaischen Solarmodule 5 der Solarkollektor mit einem Absorber 9 ausgerüstet wird, der von einem Wärmeträger, wie beispielsweise Wasser, durchströmt wird. Ein Querschnitt durch ein solches zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors 11 ist in 2 dargestellt.
Bei diesem Solarkollektor 11 ist die Frontscheibe auch mehrschichtig aufgebaut. Die Frontscheibe besteht aus einer Steinscheibe 3 und einer vorgelagerten Glasscheibe 17, die bevorzugt miteinander verklebt sind.
Hinter der mehrschichtigen Frontscheibe ist ein Gehäuse 13 vorgesehen, welches den Absorber 9 aufnimmt. Das Gehäuse 13 ist wärmegedämmt, was durch die Schraffur in 2 angedeutet ist.
Der Absorber 9 besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Röhren 15, durch die ein nicht dargestellter Wärmeträger, wie beispielsweise Wasser, strömt. Der Absorber 9 hat die Aufgabe, die durch die Frontscheibe in den Solarkollektor 11 einfallende Solarstrahlung (nicht dargestellt) zu absorbieren und in thermische Energie umzuwandeln. Diese thermische Energie wird von dem in den Röhren 15 strömenden Wärmeträger aufgenommen und abgeführt. Dadurch wird das Aufheizen des Gebäudeinneren wirksam unterbunden und gleichzeitig kann die abgeführte thermische Energie beispielsweise zur Warmwasserbereitung genutzt werden.
Da auch das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors 11 sehr viel leichter ist als eine massive Natursteinplatte gleicher Abmessung, wird die tragende Struktur des Gebäudes durch den Einsatz dieses erfindungsgemäßen Solarkollektors 11 ebenfalls stark entlastet. Außerdem ergibt sich, wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, eine optisch ansprechende Oberfläche, die der einer massiven Natursteinplatte zum Verwechseln ähnlich sieht.
Weil die Steinscheibe 3 des erfindungsgemäßen Fassadenelements aus einer so dünnen Steinplatte besteht, dass sie noch lichtdurchlässig ist, wäre es auch möglich, die erfindungsgemäßen Frontscheiben von hinten zu beleuchten. Diese Beleuchtung kann beispielsweise durch eine oder mehrere im Inneren des Gehäuses 13 angebrachte Leuchtdioden oder andere Leuchtmittel realisiert werden. Damit ist es möglich, die Fassade bei Nacht zu illuminieren. Auch dadurch ergibt sich ein optisch sehr ansprechendes Bild, welches dem mit einem erfindungsgemäßen Solarkollektor 1, 11 ausgerüsteten Gebäude eine Alleinstellung gewährt. Auch dieser Aspekt kann insbesondere bei der Erstellung hochwertiger Bürogebäude von erheblicher Bedeutung sein.
In 3 ist das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 perspektivisch dargestellt.
Bei beiden anhand der 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele sind die erforderlichen elektrischen Anschlüsse bzw. die Rohrleitungen, mit denen das Wärmeträgermedium zu- und abgeführt wird, ebenso wie die Befestigungsmittel nicht dargestellt. Diese Bauelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt und bedürfen deshalb im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung keiner näheren Erläuterung.

Claims

Solarkollektor mit Mitteln zur Umwandlung von Solarstrahlung in elektrische oder thermische Energie und mit einer Frontscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe mehrschichtig aufgebaut ist, und dass eine Schicht (3) der Frontscheibe aus Stein besteht
Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht der Frontscheibe aus Glas (8) besteht.
Solarkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung als ein oder mehrere photovoltaische Solarmodule (5) ausgebildet sind.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (3) fest mit der oder den Solarmodulen (5) verbunden ist.
Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung als Absorber (9) ausgebildet sind, und dass der Absorber (9) von einem Wärmeträger durchströmt wird.
Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (9) in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, und dass die Frontscheibe (3) fest mit dem Gehäuse (13) verbunden ist.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (3, ) mit der oder den Solarmodulen (5) oder dem Gehäuse (13) verklebt ist.
Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (3) mit der oder den Solarmodulen (5) oder dem Gehäuse (13) durch einen umlaufenden Rahmen verbunden ist.
Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (3) mit der oder den Solarmodulen (5) oder dem Gehäuse (13) durch mehrere Clipelemente verbunden ist.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinscheibe (3) eine Dicke zwischen 2 mm und 8 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm, aufweist.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinscheibe (3) aus Naturstein besteht.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinscheibe (3) aus Marmor, Granit, Feinstein, Quarzit und/oder anderen Natursteinen und/oder natursteinähnlichen Materialien besteht, die transluzent sind.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinscheibe (3) aus Kunststein besteht.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1, 11) eines oder mehrere Befestigungsmittel aufweist.
Solarkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Befestigungsmittel als Befestigungsscheibe (11), Gewindehülse, Stehbolzen oder als Befestigungsöse ausgebildet ist.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinscheibe (3) eingefärbt ist.
Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Farbe der Steinscheibe (3) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder einer an die Steinscheibe angelegten elektrischen Spannung ändert.