DE102006009194A1

DE102006009194A1 - Anordnung aus einer tragenden Gebäudestruktur und einem Solarzellenaufbau

Info

Publication number: DE102006009194A1
Application number: DE102006009194A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Gutfleisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Beschrieben ist eine Anordnung (10) aus einer tragenden Gebäudestruktur (11), wie Dach, Wand oder dergleichen, und einem aus mehreren Solarzellen bzw. Solarzellengruppen (22) zusammengeschalteten Solarzellenaufbau (12) für die Fotovoltaik. Um eine Anordnung zu schaffen, die in einfacherer Weise vorzusehen ist und damit zu einer deutlichen Kostenreduzierung führt, ist vorgesehen, dass die Anordnung (10) aus mehreren vormontierten Einheiten (13, 14, 15) besteht, bei denen der Solarzellenaufbau (12) mit dem jeweiligen Segment (21) der Gebäudestruktur (11) eine Montageeinheit bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung aus einer tragenden Gebäudestruktur, wie Dach, Wand oder dergleichen, und einem aus mehreren Solarzellen bzw. Solarzellengruppen zusammengeschalteten Solarzellenaufbau, vorzugsweise für die Fotovoltaik.

Derzeitiger Stand der Technik ist, dass nach Fertigstellung eines Gebäudes auf eine der Wände oder auf einen Bereich des Daches ein Solarzellenaufbau an- bzw. aufgebracht wird. Dies erfolgt mit Hilfe von bestimmten Haltevorrichtungen, die zwischen die Wand oder das Dach und den Solarzellenaufbau gebracht werden. Insbesondere bei mit Ziegeln bedeckten Dächern ist dies relativ schwierig und auch aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in einfacherer Weise vorgesehen sein kann und die damit zu einer deutlichen Kostenreduzierung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Anordnung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine weitest gehende Vormontage einer entsprechenden Wand oder eines entsprechenden Daches mit integriertem Solarzellenaufbau gegeben, so dass diese Anordnung insgesamt segmentartig am Gebäude montiert und zusammengebracht werden kann. Mit anderen Worten, es werden die tragende Gebäudestruktur und die Halterung als Funktion für den Solarzellenaufbau miteinander verschmolzen, was zu einer Vereinfachung und Kostenreduzierung einer derartigen Anordnung führt. Des weiteren ergeben sich optische und designerische Vorteile durch die Integration des Solarzellenaufbaus in die tragende Gebäudestruktur gegenüber der derzeit vollzogenen Nachrüstung.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 2 ist eine weitere Aufbauvereinfachung erreicht.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 3 ist bei der Fertigmontage am Gebäude ein unmittelbarer Schutz gegen Außeneinflüsse im Bereich aneinanderliegenden Segmenten erreicht. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Merkmalen nach Anspruch 4 oder 5.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung sind die Merkmale nach Anspruch 6 vorgesehen, was den Vorteil hat, dass eine Beschleunigung beim Abtauen von Schnee und Eis auf einem Dach erreicht ist. Wenn dabei außerdem die Merkmale nach Anspruch 7 vorgesehen sind, so kann dieses Abtauen durch Wärmeenergiezuführung durch die Hohlräume noch weiter beschleunigt werden, was zu einer Wirkungsgraderhöhung des Solarzellenaufbaus führt. Außerdem kann bei starker Sonneneinstrahlung den Hohlräumen zum Kühlen der Montagefläche und damit des Solarzellenaufbaus Wärmeenergie entzogen werden, so dass auch bei hohen Temperaturen der Wirkungsgrad des Solarzellenaufbaus erhöht werden kann. Zweckmäßigerweise sind dabei die Merkmale nach Anspruch 8 und/oder 9 vorgesehen, wobei im letzteren Falle eine kostengünstige Herstellung eines solchen Segmentes erreicht ist.

Vorteilhafte Anwendungsbereiche der Anordnung aus tragender Gebäudestruktur und Solarzellenaufbau ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 10 bzw. des Anspruchs 11. Bei einem Aufbau als Dachelement kann es gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 zweckmäßig sein, das Dachsegment insgesamt, also anwendungsfertig, d.h. auch mit Wärmeisolierung, Dampfsperrschicht und Abdeckplatte nach innen vorzusehen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Gebäudedach und eine Gebäudewand mit einer derartigen Anordnung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
1 einen Teilschnitt durch eine Anordnung austragender, dachartiger Gebäudestruktur und integriertem Solarzellenaufbau gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
2 einen abgebrochenen Schnitt längs der Linie II-II der 1,
3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt gemäß Kreis III der 2,
4 eine der 3 entsprechende Darstellung jedoch gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung und
5 eine Anordnung aus Gebäudestruktur und integriertem Solarzellenaufbau gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung 10 besteht aus einem integrierten Verbund aus einer tragenden Gebäudestruktur 11, hier einem Dach eines Gebäudes, und einem Solarzellenaufbau 12 für die Fotovoltaik, wobei der Solarzellenaufbau 12 aus nicht im einzelnen dargestellten mehreren Solarzellengruppen 22 aus mehreren Solarzellen zusammengeschaltet ist. Es versteht sich, dass die Anordnung 10 auch eine andere Gebäudestruktur, wie beispielsweise eine Wand eines Gebäudes beinhalten kann.
Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Anordnung 10 aus mehreren in Dachquerrichtung aneinandergereihten und miteinander verbundenen Einheiten 13, 14 und 15, von denen jede über die gesamte Länge des Daches 16 verläuft und am einen Ende auf einem Firstbalken 17 und am anderen auf einem Setzbalken 18 oder unmittelbar auf einer Wand 19 aufliegt und befestigt ist.
Jede der identisch ausgebildeten Einheiten 13, 14 und 15 besteht aus identischen Dachsegmenten 21 der Gebäudestruktur 11 und einem darauf befestigten Solarzellenaufbau 12 aus einer Vielzahl von Solarzellengruppen 22. Die Solarzellengruppen 22 einer Einheit 13, 14 und 15 sind untereinander im Rahmen der Vormontage elektrisch miteinander verschaltet. Hierdurch ist eine elektrische Funktionsprüfung der einzelnen vormontierten Einheiten möglich. Bei der Verbindung der vormontierten Einheiten 13, 14 und 15 erfolgt deren elektrische Verbindung untereinander in nicht dargestellter Weise über jeweils eine standardisierte Steckverbindung, was ebenfalls zu einer deutlichen Reduzierung der Kosten führt.
Das Dachsegment 21 besitzt gemäß den 2 und 3 eine Metallplatte oder metallbeschichtete Holz- oder Kunststoff- oder Verbundplatte 23, die an ihrem einen Längsrand ein Verbindungselement 24 in Form eines auf den Kopf stehenden U und an ihrer anderen Längsseite ein Verbindungselement 25 in Form eines aufrechten Steges aufweist. Diese Verbindungselemente 24 und 25 sind derart ausgestaltet, dass bei zwei benachbarten Dachsegmenten 21, die randseitig aneinander stoßen, das U-förmige Verbindungselement 24 das stegartige Verbindungselement 25 übergreift und somit eine überlappende gegen Umwelteinflüsse dichte Verbindung erreicht ist. Längs ihren Seitenrändern ist die Montagplatte 23 mit jeweils einer Dachsparre 26 bzw. 27 fest verbunden. Aufgrund der Breite der Montageplatte 23 ist beim Ausführungsbeispiel außerdem eine mittlere Dachsparre 28 angeordnet, mit der die Montageplatte 23 fest verbunden ist. In entsprechender Weise ist der am Gebäude außen liegenden Verbundplatte 23 abgewandt eine innere Verbundplatte 29 mit den Dachsparren 26, 27 und 28 verbunden. Dabei ist im Hohlraum 31 zwischen den beiden Platten 23 und 29 in nicht dargestellter Weise eine Wärmeisolierdämmschicht sowie eine Dampfsperrschicht vorgesehen. Eine Wärmeisolierung mit Dampfsperre kann alternativ oder zusätzlich auch in Richtung zum Gebäudeinneren an der inneren Verbundplatte 29 vorgesehen sein.
Die äußere Montageplatte 23 ist entweder selbst wärmeleitend oder mit einem wärmeleitenden Belag versehen, auf welchem die Solarzellengruppe 22 des Solarzellenaufbaus 12 mit Hilfe von Halteelementen 32 befestigt sind. Die Solarzellengruppe 22 erstrecken sich dabei im Wesentlichen längs der gesamten Länge des Dachsegmentes 21 und im Wesentlichen über die gesamte Breite des Dachelementes 21 zwischen den seitlichen Verbindungselementen 24 und 25.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Solarzellengruppen 22 zur Vormontage der Einheit 13, 14 bzw. 15 mit einem wärmeleitfähigen Kleber oder einem anderen wärmeleitfähigen Befestigungsverfahren auf der als Trägerelement dienenden Montageplatte 23' befestigt. Die Montageplatte 23' der Dachsegmente 21' benachbarter Einheiten 13, 14 bzw. 15 sind an ihren einander zugewandten Längsrändern mit Verbindungselementen 25' versehen, die nach Art einer geschwungenen S-Form abstehen und dabei in einander abgewandter Weise geneigt sind. Die Verbindungselemente 25' der Montageplatten 23' benachbarter Einheiten 13 und 14 bzw. 14 und 15 sind von einem dachförmigen federelastischen Verbindungselement 39 überdeckt. Dieses federelastische Verbindungselement 39 verläuft über die gesamte Längsseite der beiden Verbindungselemente 25' und dabei über die gesamte Verbindungslänge zweier benachbarter Einheiten 13, 14, 15 und ist derart ausgebildet, dass sich eine die benachbarten Einheiten zusammenhaltende federelastische Klipsverbindung ergibt. Hierzu ist das Verbindungselement 39 mit einem gewölbten mittigen Steg 41, zwei nach innen geschwungenen seitlichen Stegen 42 und 43, die gegen die Außenfläche der S-förmigen Verbindungselemente 25' drücken und seitlich nach außen weisenden Auflagestegen 44 und 45, die dicht auf der Oberfläche des Randbereichs der betreffenden Solarzellengruppen 22 aufliegen. Es versteht sich, dass das Verbindungselement 39 einstückig ist; außerdem kann zwischen den Auflagestegen 44, 45 und der Oberfläche der Solarzellen der betreffenden Solarzellengruppe 22 ein Dichtmaterial vorgesehen sein. Der sich innerhalb des federelastischen Verbindungselements 39 ergebende Hohlraum 40 kann der Aufnahme von Leitungen dienen.
In nicht im Einzelnen dargestellter Weise kann bei diesen Ausführungsbeispielen die Montageplatte 23 bzw. 23' entweder mit längsverlaufenden Bohrungen, die miteinander verbunden sind, für eine aktive Klimatisierung versehen sein oder an ihrer den Solarzellengruppen 22 abgewandten Rückfläche aktiv klimatisiert werden. Diese Klimatisierung kann im Winter durch Warmluftzufuhr erfolgen, um dem Entfernen bzw. Auftauen von Eis und Schnee auf der Solarzellengruppen 22 zu dienen, während bei hohen Temperaturen im Sommer die Zufuhr von kühlerer Luft in diesem Bereich zu einer Kühlung der Solarzellengruppen 22 und damit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Solarzellenaufbaus 12 führt.
In 5 sind zwei miteinander verbundene identische Montageplatten 23'' dargestellt, auf denen jeweils eine Solarzellengruppe 22'' befestigt ist. Die Montageplatten 23'' sind aus einem metallischen Strangpressprofil, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt, wobei sowohl Luftkanäle 36, 37 und 38 für die vorstehend erwähnte Klimatisierung als auch Verbindungselemente 24'' und 25'' vorgesehen sind. Es versteht sich, dass diese Montageplatten 23'' auch als Guß- oder Sinterprofile ausgebildet sein können. Die miteinander zu verbindenden Verbindungselemente 24'' und 25'' sind bei diesem Ausführungsbeispiel in Form von ineinandergreifenden jeweils zu den Seitenrändern hin offenen U-Profilen ausgebildet. Es können auch andere vergleichbare Strukturen, wie Wärme leitender Kunststoff, Klebe- oder Schweißkonstruktionen verwendet werden.
Es versteht sich, dass die einzelnen Segmente 21, die jeweils mit einem benachbarten Segment verbunden werden können auch durch Abschlusssegmente ergänzt werden können, die dann nur an einer Längsseite ein Verbindungselement 24 oder 25 bzw. 24' oder 25' besitzen können.

Claims

Anordnung (10) aus einer tragenden Gebäudestruktur (11), wie Dach, Wand oder dergleichen, und einem aus mehreren Solarzellen bzw. Solarzellengruppen (22) zusammengeschalteten Solarzellenaufbau (12), vorzugsweise für die Fotovoltaik, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) aus mindestens einer vormontierten Einheit (13, 14, 15) besteht, bei der der Solarzellenaufbau (12) mit dem jeweiligen Segment (21) der Gebäudestruktur (11) eine Montageeinheit bildet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) der Gebäudestruktur (11) gegen Außeneinflüsse geschützt ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr vormontierte Einheiten (13, 14, 15) vorgesehen sind und dass das jeweilige Segment (21) der Gebäudestruktur (11) plattenförmig ausgebildet und mit dem jeweils benachbarten (21) Segment längs- und/oder querrandseitig dichtend verbindbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (24, 25) benachbarter Segmente (21) einander überlappen bzw. ineinandergreifen.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hochstehenden Längsränder (25') benachbarter Segmente (21) von einem schienenartigen in Querrichtung federelastischen Verbindungselement (39) vorzugsweise klippend übergriffen sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) der Gebäudestruktur (11) eine gut wärmeleitende Montagefläche für den Solarzellenaufbau (12) besitzt.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) dem Solarzellenaufbau (12) abgewandt mit einem oder mehreren Hohlräumen (31; 36, 37, 38) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (31; 36, 37, 38) miteinander verbindbar sind.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) aus einem Wärme leitenden Profil, beispielsweise metallischen Strangpressprofil aufgebaut ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) der Gebäudestruktur (11) als vorgefertigtes Wandelement ggf. mit zwischengefügter Wärmeisolierung ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) als Dachelement mit zwei randseitig angeordneten Sparrenelementen (26, 27) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (21) mit auf den Sparrenelementen (26, 27) innenseitig aufgebrachter Deckplatte (29) und eingebrachter und/oder innenseitig aufgebrachter Wärmeisolierung sowie Dampfsperrschicht versehen ist.
Gebäudedach mit einer Anordnung (10) nach Anspruch 1 und ggf. mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9 und 11, 12.
Gebäudewand mit einer Anordnung (10) nach Anspruch 1 und ggf. mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10.