DE102008028489A1

DE102008028489A1 - Hybridkollektor mit Dachbefestigung

Info

Publication number: DE102008028489A1
Application number: DE102008028489A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Fiedler
Original assignee: F FIEDLER BAUGESELLSCHAFT MBH; FIEDLER BAUGMBH F
Current assignee: F FIEDLER BAUGESELLSCHAFT MBH; FIEDLER BAUGMBH F
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybridkollektor mit Dachbefestigung für eine gekoppelte Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybridkollektor anzubieten, mit dem es möglich ist, die beim Betreiben einer Fotovoltaikanlage anfallende Wärme mittels eines Wärmetauschers möglichst vollständig einer Nutzung zuzuführen und gleichzeitig eine Konstruktion anzubieten, mit der dieser Hybridkollektor auf einem Dach sicher und einfach zu befestigen ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Hybridkollektor mit Dachbefestigung für eine gekoppelte Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, umfassend ein Fotovoltaiklaminat und ein Wärmetauscherpaneel, gekennzeichnet durch eine auf dem Fotovoltaiklaminat angeordnete transparente Vakuumplatte, das mit einer Kunststoffverkapselung versehene unterhalb des Fotovoltaiklaminats angeordnete Wärmetauscherpaneel, eine darunter angeordnete Dämmplatte und eine Dachbefestigungskonstruktion, die einen an der Dachlattung befestigbaren Eindeckrahmen und Kollektorrahmen umfasst, wobei der Eindeckrahmen einen umlaufenden Steg aufweist, der passgenau in eine umlaufende Schlitzführung des Kollektorrahmens aufsteckbar ist. Darüber hinaus wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Betreiben eines Hybridkollektors gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kreislauf des Wärmetauscherpaneels mit einer Wärmepumpe betrieben wird, die in den Kreislauf ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybridkollektor mit Dachbefestigung für eine gekoppelte Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie.
Hybridkollektoren zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie sind bekannt. So wird in der DE 42 22 806 eine Solarkollektoranordnung mit Solarzellen beschrieben, bei der unterhalb der Solarzellen und in Stützverbindung mit diesen ein Plattenwärmeaustauscher angeordnet ist. Zwischen den Solarzellen und dem Plattenwärmetauscher ist zur Verbindung dieser beiden Teile eine Schrumpffolie vorgesehen. Ein Plattenwärmetauscher unterhalb der Solarzelle soll die in der Solarzelle entstehende Wärme abführen. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass keine weiteren zusätzlichen dämmenden Maßnahmen zur gezielten Abführung der entstehenden Wärme vorgesehen sind, so dass ein Teil der bei der Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen entstehende Wärme nicht einer gezielten Nutzung zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die beschriebene Solarkollektoranordnung nicht geeignet ist, um auf Dächern auf einfache Weise befestigt zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybridkollektor anzubieten, mit dem es möglich ist, die beim Betreiben einer Fotovoltaikanlage anfallende Wärme mittels eines Wärmetauschers möglichst vollständig einer Nutzung zuzuführen und gleichzeitig eine Konstruktion anzubieten, mit der dieser Hybridkollektor auf einem Dach sicher und einfach zu befestigen ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Hybridkollektor mit Dachbefestigung für eine gekoppelte Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, umfassend ein Fotovoltaiklaminat und ein Wärmetauscherpaneel, gekennzeichnet durch einen auf dem Fotovoltaiklaminat angeordneten transparenten Dämmkörper, das mit einer Kunststoffverkapselung versehene unterhalb des Fotovoltaiklaminats angeordnete Wärmetauscherpaneel, eine darunter angeordnete Dämmschicht und eine Dachbefestigungskonstruktion, die einen an der Dachlattung befestigbaren Eindeckrahmen und Kollektorrahmen umfasst, wobei der Eindeckrahmen einen umlaufenden Steg aufweist, der passgenau in eine umlaufende Schlitzführung des Kollektorrahmens aufsteckbar ist.
Darüber hinaus wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Betreiben eines Hybridkollektors gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kreislauf des Wärmetauscherpaneels mit einer Wärmepumpe betrieben wird, die in den Kreislauf einer Erdwärmenutzungsanlage eingebunden ist, um überschüssige Wärme in den Erdboden ableiten zu können.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
So ist der Hybridkollektor in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass der Eindeckrahmen an der Dachdeckungsseite einen Außenrahmen mit einem umlaufenden weiteren Anschlusssteg aufweist und zwischen zwei angeordneten Hybridkollektoren einen Zwischenrahmen aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Hybridkollektor dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmepaneel ein in einer Ebene angeordnetes Kapillarrohrsystem aufweist, das mit Sammelrohren verbunden ist, über die mittels fließfähiger Wärmeträger der Wärmetransport erfolgt.
In einer Weiterbildung ist der Hybridkollektor dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kunststoffverkapselung des Wärmepaneels und des Fotovoltaiklaminats eine Schicht aus Thermoleitpaste angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Kunststoffverkapselung wärmeleitende Füllstoffe.
Eine Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung ein Material bestehend aus PUR-Hartschaum und Graphit ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Dämmkörper des Hybridkollektors einen Hohlraum aufweist, der ein Vakuum oder Gase insbesondere Edelgase, vorzugsweise Xenon, enthält, wobei die Dicke des mit Gas gefüllten Hohlraumes kleiner als 40 mm ist.
Der erfindungsgemäße Hybridkollektor ist sandwichartig aufgebaut und besteht aus einem Fotovoltaikmodul, das thermisch mittels einer Wärmeleitpaste mit dem thermischen Kollektorteil verbunden ist. Auf der dachzugewandten Seite weist diese Konstruktion eine Dämmschicht auf. Der thermische Kollektor besteht beispielsweise aus einem wärmeleitenen PUR-Schaum, der Kapillarrohre umhüllt, die von einem wärmetragenden Medium durchströmt werden. Wärmeverluste werden durch die darunterliegende Dämmschicht verhindert. Dieser als Sandwich-Kollektor ausgeführte erfindungsgemäße Hybridkollektor wird durch Metall- oder Kunststoffwinkelprofile eingerahmt, dessen konstruktiver Aufbau eine leichte Montage auf einer Rahmenkonstruktion ermöglicht. Die Rahmenkonstruktion sichert einen dichten Dachabschluss und ermöglicht, dass beliebig mehrere Hybridkollektoren in Reihe oder übereinander auf einem Dach montiert werden können.
Die Rahmenkonstruktion nimmt die Verbindungsschläuche des thermischen Kollektors und die Kabel des Fotovoltaikmoduls auf. Die Rahmenkonstruktion ermöglicht vorteilhafterweise die Anpassung an jede handelsübliche Dachdeckung bzw. Ziegelform.
Der erfindungsgemäße Hybridkollektor dient nicht nur der Erzeugung von Solarwärme, sondern er erhöht gleichzeitig den Wirkungsgrad der mit ihm thermisch verbundenen Fotovoltaiklaminate. Die Kühlung dieser Solarzellen durch Abführung der Wärme durch das Wärmetauscherpaneel erhöht die Ausbeute an elektrischer Energie während gleichzeitig die Wärme nutzbringend verwertet werden kann. Ein großer Vorteil besteht darin, dass das Wärmetauscherpaneel in den Kreislauf einer Erdwärmenutzungsanlage eingebunden werden kann, um überschüssige Wärme in den Erdboden ableiten zu können.
Der erfindungsgemäße Hybridkollektor weist vorteilhafterweise eine Dachbefestigungskonstruktion auf. Hierbei ist der Kollektor auf einem Eindeckrahmen aufgesetzt, der mit einem am Kollektor angebrachten Kollektorrahmen eine dichte Verbindung bildet. Der Eindeckrahmen bildet einen gegen Wasser und Wind geschützten Dachanschluss und nimmt die flexiblen Verbindungsschläuche für den Vor- und den Rücklauf sowohl des Wärmetauscherpaneels als auch die Kabelverbindung des Fotovoltaiklaminats auf. Der Kollektorrahmen hat umlaufend eine Schlitzführung, die einen Steg des Eindeckrahmens aufnimmt. Mittels zweier Arretierungsschrauben wird der Hybridkollektor auf dem Eindeckrahmen gegen Abhebung in Folge von Windlast zusätzlich gesichert. Der Eindeckrahmen wird auf der Dachlattung befestigt und sichert durch seine konstruktive Ausführung den Anschluss aller handelsüblichen Dachdeckungen und sichere Ableitung anfallenden Regenwassers.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Hybridkollektor in einer Dacheindeckung in Draufsicht,
2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Hybridkollektors mit Dachbefestigung,
2.1 in Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines Zwischenrahmens und
3 eine Anordnung eines Hybridkollektors auf einer schrägen Dachfläche in Schnittdarstellung.
In 1 ist ein Hybridkollektor in Draufsicht dargestellt, der in einer Dachdeckung 10.1 angeordnet ist. Innerhalb eines Kollektorrahmens 8 ist ein Fotovoltaiklaminat 1 gehaltert. Ein Außenrahmen 7.1 in Verbindung mit einem Eindeckrahmen 7 mit Steckverbindung ist fest mit einer Dachkonstruktion 10 verbunden. Ein Zwischenrahmen 7.2, der ebenfalls mit der Dachkonstruktion 10 verbunden ist, macht den Anschluss eines weiteren hier nicht näher dargestellten Hybridkollektors möglich.
Eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Hybridkollektors mit einer Dachbefestigung 3 ist in 2 dargestellt. In einem Kollektorrahmen 8 sind die Einzelteile des Hybridkollektors angeordnet und fixiert. Ein transparenter Dämmkörper 4 bildet den oberen Abschluss des Hybridkollektors.
Darunter ist ein Fotovoltaiklaminat 1 für die Stromerzeugung angeordnet, das mittels einer Wärmeleitpaste 1.1 (2.1) mit einem Wärmetauscherpaneel 2 verbunden ist. Das Wärmetauscherpaneel 2 enthält ein Kapillarrohrsystem 2.1 und Sammelrohre 2.2 für die Bewegung eines fluiden Wärmeträgers. Unterhalb des Wärmetauscherpaneels 2 ist eine Dämmschicht 6 angeordnet. Anschlussstutzen 9 unterhalb der Dämmschicht 6 angeordnet, die mit den Sammelrohren 2.2 in Verbindung stehen, sind für den Anschluss von Schläuchen bzw. Rohrleitungen für den Transport des Wärmeträgers vorgesehen. Der Zwischenrahmen 7.2, der zwischen zwei Hybridkollektoren angeordnet ist und der Außenrahmen 7.1 sind an einem Dachsparren 10.2 befestigt. Eine Stegverbindung 7.3 und ein Dachanschlusssteg 7.4 ermöglichen das Aufstecken und Befestigen des Kollektorrahmens 8 innerhalb der Schlitzführung 8.1.
In 2 ist in einer Detaildarstellung der Zwischenrahmen 7.2 mit den in der Schlitzführung 8.1 aufgesteckten Kollektorrahmen dargestellt. Der Anschluss an eine Dachdeckung 10.1 wird über die besondere Ausführung des Außenrahmens 7.1 erreicht. Ein Dachanschlusssteg 7.4 des Außenrahmens 7.1 vermittelt die Verbindung zur Dachdeckung 10.1. Der Eindeckrahmen 7 mit der Stegverbindung 7.3 hat dachseitig (Außenrahmen 7.1) demzufolge eine andere Ausbildung als hybridkollektorseitig (Zwischenrahmen 7.2).
3 zeigt eine Anordnung des erfindungsgemäßen Hybridkollektors auf einer schrägen Dachfläche. Hier ist zu erkennen, dass vorteilhafterweise der Hybridkollektor nicht auf die Dachdeckung 10.1 aufgebracht ist, sondern in die Dachdeckung 10.1 als Teil der Dachkonstruktion 10 angeordnet ist.

1: Fotovoltaiklaminat
1.1: Wärmeleitpaste
2: Wärmetauscherpaneel
2.1: Kapillarrohrsystem
2.2: Sammelrohr
3: Dachbefestigung
4: Dämmkörper
4.1: Hohlraum
5: Kunststoffverkapselung
6: Dämmschicht
7: Eindeckrahmen mit Steckverbindung
7.1: Außenrahmen
7.2: Zwischenrahmen
7.3: Stegverbindung
7.4: Dachanschlusssteg
8: Kollektorrahmen
8.1: Schlitzführung
9: Anschlussstutzen für Verbindungsmittel
10: Dachkonstruktion
10.1: Dachdeckung
10.2: Dachsparren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4222806 [0002]

Claims

Hybridkollektor mit Dachbefestigung für eine gekoppelte Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, umfassend ein Fotovoltaiklaminat (1) und ein Wärmetauscherpaneel (2), gekennzeichnet durch einen auf dem Fotovoltaiklaminat (1) angeordneten transparenten Dämmkörper (4), das mit einer Kunststoffverkapselung (5) versehene unterhalb des Fotovoltaiklaminats (1) angeordnete Wärmetauscherpaneel (2), eine darunter angeordnete Dämmschicht (6) und eine Dachbefestigungskonstruktion (3), die einen an der Dachlattung befestigbaren Eindeckrahmen (7, 7.1, 7.2) und Kollektorrahmen (8) umfasst, wobei der Eindeckrahmen (7, 7.1, 7.2) einen umlaufenden Steg (7.3) aufweist, der passgenau in eine umlaufende Schlitzführung (8.1) des Kollektorrahmens (8) einsteckbar ist.
Hybridkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindeckrahmen (7) an der Dachdeckungsseite einen Außenrahmen (7.1) mit einem umlaufenden weiteren Dachanschlusssteg (7.4) aufweist und zwischen zwei angeordneten Hybridkollektoren einen Zwischenrahmen (7.2) aufweist.
Hybridkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherpaneel (2) ein in einer Ebene angeordnetes Kapillarrohrsystem (2.1) aufweist, das mit Sammelrohren (2.2) verbunden ist, über die mittels fließfähiger Wärmeträger der Wärmetransport erfolgt.
Hybridkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kunststoffverkapselung (5) des Wärmepaneels (2) und des Fotovoltaiklaminats (1) eine Schicht aus Thermoleitpaste angeordnet ist.
Hybridkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung (5) wärmeleitende Füllstoffe enthält.
Hybridkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung (5) ein Material bestehend aus PUR-Hartschaum und Graphit ist.
Hybridkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmkörper (4) einen Hohlraum (4.1) aufweist, der ein Vakuum oder Gase insbesondere Edelgase, vorzugsweise Xenon, enthält, wobei die Dicke des mit Gas gefüllten Hohlraumes kleiner als 40 mm ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridkollektors gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des Wärmetauscherpaneels (2) mit einer Wärmepumpe betrieben wird, die in den Kreislauf einer Erdwärmenutzungsanlage eingebunden ist, um überschüssige Wärme in den Erdboden ableiten zu können.