DE102013004022A1

DE102013004022A1 - Verfahren zur Herstellung eines mit Solarzellen bestückten Rohres

Info

Publication number: DE102013004022A1
Application number: DE201310004022
Authority: DE
Inventors: Jörn Winkels; Hans-Jürgen Kocks
Original assignee: Salzgitter Mannesmann Line Pipe GmbH
Current assignee: Salzgitter Mannesmann Line Pipe GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-04
Also published as: DE202014001656U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit Solarzellen bestückten Rohres, bei dem mittels der Solarzellen Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei auf der Außenoberfläche des Rohres aus Solarzellen bestehende einzelne Module fixiert werden. Dabei werden in einem ersten Schritt die Module auf der Rohroberfläche fixiert und in einem zweiten Schritt wird das Rohr und die darauf befestigten Solarmodule mit einer lichtdurchlässigen, das Rohr und die Solarmodule fest umschließende und wasserundurchlässigen Umhüllung versehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit Solarzellen bestückten Rohres gemäß Patentanspruch 1.
Angesichts der sich abzeichnenden Ressourcenverknappung und Klimaproblematik in Zusammenhang mit der Verbrennung fossiler Energieträger besteht ein hohes Interesse an regenerativer Energiegewinnung. Ein wichtiges Feld stellt in diesem Zusammenhang die Nutzung der Solarenergie da. Für die direkte Umsetzung von Solarenergie in elektrische Energie ist der Einsatz von Solarmodulen als großformatige, rechteckige ebene Flächenelemente beispielsweise aus der DE 10 2005 061 524 A1 bekannt.
In diesen Solaranlagen werden die einzelnen aus vielen Solarzellen bestehenden Module als ebene Flächenelemente möglichst in Südrichtung in einem Winkel von 45° ausgerichtet, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Üblicherweise liegt der Wirkungsgrad von Solarzellen auf Siliziumbasis jedoch nur bei etwa 15 bis 20%.
Bekannt ist danach auch, die Solarmodule dem Sonnenstand folgend mittels einer Mechanik in der optimalen Position zur größten Strahlungsintensität hin auszurichten.
Solche Anlagen sind wegen der vergleichsweisen hohen Leistung jedoch teuer in der Anschaffung und erfordern über die gesamte Laufzeit der Anlage eine regelmäßige aufwändige und kostenintensive Wartung.
Werden nur geringere Leistungen der Solarmodule verlangt, beispielsweise zur Energieversorgung von Schilderbeleuchtungen, Straßenlampen, Werbetürmen und Verkehrsleitsystemen werden neben ebenen Solarmodulen auch Rohre als Träger von solaraktiven Elementen angewandt. Bekannt sind solarzellenbestückte Rohre z. B. aus der DE 43 39 547 A1 . Hierbei werden metallische Rohre über den Außenumfang mit Solarzellen bzw. aus Solarzellen bestehende Modulen bestückt. Gegenüber rechteckigen, ebenen Solarmodulen besteht der Vorteil darin, dass solarzellenbestückte Rohre nicht dem Sonnenstand nachgeführt werden müssen, da immer zum Sonnenstand optimal positionierte Solarzellen auf dem Rohrumfang vorhanden sind. Derartige Rohre können einen Durchmesser von beispielsweise 100 mm bis zu 500 mm oder mehr aufweisen.
Bei der Fertigung solarzellenbestückter Rohre werden die einzelnen, aus vielen Solarzellen bestehenden, dem jeweiligen Durchmesser des Rohres angepassten Module üblicherweise mittels eines Klebers oder mechanisch auf der Rohraußenoberfläche befestigt. Nachteilig ist hierbei, dass bei Klebeverbindungen durch im Laufe der Zeit eindringende Feuchtigkeit die Haftung nachlassen kann und die Gefahr einer Ablösung der Solarmodule besteht. Zudem kann die Rohroberfläche durch die eindringende Feuchtigkeit in die Verbindungsebene korrodieren und damit die Lebensdauer des Rohres verringern.
Bei mechanisch auf der Rohroberfläche befestigten Solarmodulen besteht ebenfalls durch möglicherweise in den Bereich zwischen Rohr und Solarmodul eindringende Feuchtigkeit oder Wasser eine erhöhte Korrosionsgefahr.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Solarzellen bestückten Rohres anzugeben, welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet. Insbesondere sollen die Solarzellen bzw. die Solarmodule so auf dem Rohrkörper fixiert werden, dass Korrosion durch eindringende Feuchtigkeit oder Wasser in den Bereich zwischen Solarmodul und Rohr wirksam vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem ersten Schritt die Module auf der Rohraußenoberfläche fixiert werden und in einem zweiten Schritt das Rohr und die darauf befestigten Solarmodule mit einer lichtdurchlässigen, das Rohr und die Solarmodule fest umschließenden und wasserundurchlässigen Umhüllung versehen wird.
Die Fixierung der Solarmodule auf dem Rohr kann zum Beispiel mechanisch durch Klemmen oder vorteilhaft durch Kleben erfolgen.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die erfindungsgemäße Herstellung solarzellenbestückter Rohre, eine etwaige Korrosion durch Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zwischen Solarmodul und Rohr wirksam verhindert wird und damit die Lebensdauer des Rohres und der Solarzellen erheblich steigt.
Die lichtdurchlässige und wasserundurchlässige Umhüllung besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform aus einer Folie, die auf das zuvor mit den Solarzellen bestückte Rohr extrudiert wird. Das Aufbringen der Folie auf das Rohr kann je nach Durchmesser des Rohres zum Beispiel durch Schlauch- oder Wickelextrusion erfolgen. Die Folie überdeckt dabei den gesamten Rohrkörper und umschließt damit die Solarmodule vollständig, so dass das Eindringen von Feuchtigkeit oder Nässe zwischen Modulen und Rohr wirksam verhindert wird. Um ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser ausgehend von den Rohrenden zu verhindern, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rohrenden verschlossen werden, beispielsweise durch Verschweißen oder mit einer Schutzkappe.
Die Folie selbst sollte eine besonders hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen, um einen hohen Wirkungsgrad der Solarzellen zu gewährleisten.
Obgleich der Werkstoff des Rohres frei wählbar ist (z. B. Metall, Kunststoff oder Beton), wird bei höheren statischen Anforderungen in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein metallisches Rohr aus Stahl für die Bestückung mit Solarzellen verwendet. Ein Stahlrohr hat den Vorteil, bei geringem Gewicht eine hohe statische Tragfähigkeit gegenüber den anderen genannten Rohrwerkstoffen realisieren zu können.
Bei Verwendung von Stahlrohren wird dieses vor dem Fixieren der Solarmodule zunächst vorteilhaft gereinigt und anschließend mechanisch bearbeitet, um eine metallisch blanke Oberfläche zu erzielen, die eine hervorragende Haftung des Klebers und der Folie auf dem Rohr bewirkt. Die mechanische Bearbeitung kann zum Beispiel aus Strahlen oder Bürsten der Rohroberfläche bestehen.
Falls es notwendig erscheint, kann zur Steigerung der Haftung der Folie auf dem Rohr, die Rohroberfläche vor dem Extrudieren noch zusätzlich mit einem Kleber versehen werden.
Die Solarmodule selbst bestehen in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer Vielzahl an flächig miteinander elektrisch verbundenen dünnen, beispielsweise nur wenige Millimeter (z. B. 5 mm) dicken Solarzellen. Die Solarzellen sind in ein flexibles transparentes Material aus Kunststoff eingebettet, so dass das Solarmodul als flexible Folie ausgebildet ist, wodurch eine Anpassung an beliebige Rohrdurchmesser ermöglicht wird. Dies vereinfacht die Herstellung solarzellenbestückter Rohre ganz erheblich. Alternativ sind die Solarzellen selbst flexibel ausgebildet, was die Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser zusätzlich erleichtert.
Die Rohroberfläche kann in Längs- und/oder Umfangsrichtung des Rohres nur teilweise, abschnittweise oder vollständig mit Solarmodulen bestückt sein, um je nach Anforderungen die wirtschaftlichste Lösung realisieren können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1: schematische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellte mit Solarzellen bestücktes Rohres im Längsschnitt,
2: wie 1, jedoch im Querschnitt
In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäß hergestelltes, mit Solarzellen bestücktes Rohr im Längsschnitt dargestellt, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend noch einmal beschrieben wird.
Zunächst wird dabei das in diesem Beispiel aus Stahl bestehende Rohr 1 gereinigt und anschließend durch Strahlen metallisch blank bearbeitet. Anschließend werden die Solarmodule 2 mittels eines Klebers (hier nicht dargestellt) auf der Rohroberfläche fixiert, bevor eine transparente, wasserundurchlässige Folie als Umhüllung 3 auf das Rohr 1 aufextrudiert wird. Die Folie weist dabei die Eigenschaft auf, dass sie mit dem Abkühlen nach der Extrusion schrumpft und dadurch die Solarmodule 2 dauerhaft auf dem Rohr fixiert und diese hermetisch gegen eindringende Feuchtigkeit schützt.
Für einen guten Wirkungsgrad der Solarmodule 2 im späteren Betrieb ist es wichtig, dass die Folie eine möglichst hohe Transparenz bzw. Lichtdurchlässigkeit aufweist.
2 zeigt noch einmal den gleichen schematischen Aufbau des solarzellenbestückten Rohres wie in 1, jedoch in einer Querschnittsdarstellung.
In diesem Beispiel ist das Rohr 1 kostengünstig nur über den halben Umfang des Rohres mit Solarmodulen 2 bestückt, da nur diese Fläche im späteren Einsatz hauptsächlich von der Sonne beschienen wird. Klar ersichtlich ist, dass die Umhüllung 3 sowohl die Solarmodule 2, als auch das Rohr 1 vollständig umhüllt und damit vor eindringender Feuchtigkeit und etwaigem Korrosionsangriff sicher schützt. Bezugszeichenliste

Nr. Bezeichnung

1 Rohr

2 Solarzellen

3 lichtdurchlässige Umhüllung
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 102005061524 A1 [0002]
DE 4339547 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mit Solarzellen bestückten Rohres, bei dem mittels der Solarzellen Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei auf der Außenoberfläche des Rohres aus Solarzellen bestehende einzelne Module fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Module auf der Rohroberfläche fixiert werden und in einem zweiten Schritt das Rohr und die darauf befestigten Solarmodule mit einer lichtdurchlässigen, das Rohr und die Solarmodule fest umschließende und wasserundurchlässigen Umhüllung versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aus Metall, insbesondere Stahl besteht, wobei vor der Fixierung der einzelnen Solarmodule das Rohr eine metallisch blanke Oberfläche erhält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch blanke Oberfläche durch mechanische Bearbeitung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung ein Strahlen oder Bürsten ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Solarmodule auf der Rohroberfläche mechanisch oder mittels eines Klebers erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umhüllen des Rohres mittels Extrudieren einer Folie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudieren mittels Schlauch- oder Wickelextrusion erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre mit flexiblen, dem jeweiligen Durchmesser des Rohres anpassbaren Solarmodulen versehen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre je nach Anforderung in Längs- und/oder Umfangsrichtung des Rohres nur teilweise, abschnittweise oder vollständig mit Solarmodulen bestückt werden.