DE102016104096A1

DE102016104096A1 - Photovoltaikdachpfanne mit längenveränderlicher Stromleitung

Info

Publication number: DE102016104096A1
Application number: DE102016104096.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Hakenberg
Original assignee: Paxos Consulting and Engineering GmbH and Co KG
Current assignee: RHEINENERGIE AG, DE
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-07
Also published as: ZA201806507B; CN109154452A; AU2017230684A1; BR112018067917A2; EP3426988A1; WO2017153269A1; CA3014018A1; US20190089299A1; MX2018010544A; IL261587A; KR20180121901A; JP2019512622A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikdachpfanne (20) zur Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenstrahlung. Deren Form entspricht im Wesentlichen der Form einer herkömmlichen Dachpfanne, aufweisend ein oberseitiges Photovoltaikmodul (26) mit einer ersten Stromleitung (34) und einer zweiten Stromleitung (36), das auf einer Basispfanne (22), die der Befestigung der Photovoltaikdachpfanne (20) auf einem Dach dient, angeordnet ist, wobei – die erste Stromleitung (34) an ihrem freien Ende ein erstes Verbindungelement (38) aufweist, – die zweite Stromleitung (36) an ihrem freien Ende ein zweites Verbindungselement (40) aufweist, – zumindest eine der beiden Leitungen (34, 36) längenveränderlich ausgeführt ist, – die beiden Verbindungselemente (38, 40) miteinander verbindbar sind, – in einem Grundzustand beide Verbindungselemente (38, 40) innerhalb äußerer Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne (20) angeordnet sind, in einem Montagezustand zumindest eines der beiden Verbindungselement (38, 40) über die äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne (20) herausziehbar ist und mit einem korrespondierenden Verbindungselement (38, 40) einer benachbarten Photovoltaikdachpfanne (20) stromleitend verbindbar ist

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovoltaikdachpfanne zur Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenenergie, wobei die Photovoltaikdachpfanne im Wesentlichen die Form einer herkömmlichen Dachpfanne aufweist.
Photovoltaik ist eine weit verbreitete Technik zur Nutzung der Sonnenstrahlung. Die Sonnenstrahlung trifft dabei auf ein Photovoltaikmodul mit Solarzellen. Diese wandeln die Energie des Sonnenlichts in elektrisch nutzbare Energie um. Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrisch nutzbare Energie ist hinlänglich bekannt und wir nicht näher erläutert.
Die Nutzung von Dachflächen für die Anbringung von Solarkollektoren ist weit verbreitet. Handelsübliche Solarkollektoren werden dabei meist auf bereits fertiggestellte Dächer zusätzlich aufgebracht. Dabei müssen oftmals Befestigungselemente durch die Dachhaut auf die Dachtragekonstruktion montiert werden, wobei die Befestigung sturmfest und vorzugsweise auch korrosiongeschützt sein muss. Beim Durchstoßen der konventionellen Dachhaut werden zwangsläufig Abdichtungs- und anschließende Dichtigkeitsprobleme hervorgerufen. Hinzu kommt eine Erhöhung der Dachlast, was oftmals eine notwendige Verstärkung im Dachstuhl nach sich zieht. Hinzu kommt, dass derartige Sonnenkollektoren das optische Erscheinungsbild des Daches negativ beeinträchtigen.
Alternativ sind Photovoltaikdachpfannen bekannt, die anstelle der üblicherweise verwendeten Dachpfannen, Dachziegel oder Dachsteine verwendet werden. Photovoltaikdachpfannen beinhalten oberseitig, also der Sonne zugewandt, Photovoltaikmodule bzw. Solarzellen zur Aufnahme und Umwandlung der Sonnenenergie. Die oben genannten Nachteile der aufgeständerten Sonnenkollektoren werden dadurch weitgehend vermieden, allerdings ist die Installation von Photovoltaikdachpfannen aufwendig und im Verhältnis zur herkömmlichen Dacheindeckung mit handelsüblichen Dachziegeln relativ schwierig. Ein wesentliches Problem besteht dabei insbesondere in dem hohen Montageaufwand für die elektrische Verbindung der einzelnen Photovoltaikdachpfannen. Der elektrische Strom muss von einer Photovoltaikdachpfanne zur nächsten geleitet werden, weswegen der Montage- und Zeitaufwand aufgrund der Verbindungsarbeiten deutlich höher als bei großflächigen Solarkollektoren ist.
Beschrieben ist eine solche Photovoltaikdachpfanne und ihre Montage beispielsweise in der DE 10 2011 055 904 A1 und in der DE 20 2013 002 407 U1 . Die Installation der darin beschriebenen Dachziegel ist aufwendig und schwierig, insbesondere weil zusätzlich Bauteile benötigt werden und Änderungen an der Tragekonstruktion notwendig sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Photovoltaikdachpfanne bereitzustellen, deren Herstellung, Montage und Wartung möglichst einfach und kostengünstig ist. Wesentlich ist dabei, dass sich der Montagevorgang möglichst wenig von einer Dacheindeckung mit üblichen Dachziegeln unterscheidet.
Die Aufgabe wird durch eine Photovoltaikdachpfanne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
Eine erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne weist demnach ein oberseitig auf einer Basispfanne angeordnetes Photovoltaikmodul auf, das mit einer ersten Stromleitung und einer zweiten Stromleitung verbunden ist. Die Basispfanne dient der Befestigung der Photovoltaikdachpfanne auf einem Dach.
Die Photovoltaikdachpfanne ist vorzugsweise sandwichartig aufgebaut, wobei das Photovoltaikmodul zwischen der Basispfanne und einem durchsichtigen Abdeckelement angeordnet ist.
Die Basispfanne kann erfindungsgemäß Metall gefertigt, und insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellt sein.
Ein zwischen der Basispfanne und dem Photovoltaikmodul umlaufendes Rahmenelement dient zum einen der Befestigung der einzelnen Elemente miteinander, zum anderen wird die Dichtigkeit der Photovoltaikdachpfanne gegen eindringendes Wasser erhöht.
Die Form der erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfanne entspricht im Wesentlichen der Form einer herkömmlichen Dachpfanne, so dass die äußere Erscheinung eines Daches bzw. eines Hauses durch Verwendung der Photovoltaikdachpfanne kaum verändert wird. Der Begriff Dachpfanne ist dabei als Synonym für Dacheindeckungselemente wie Dachziegel, Dachsteine oder Dachschindeln zu verstehen und soll die Erfindung nicht auf Dachpfannen beschränken.
Die erste Stromleitung weist an ihrem freien Ende ein erstes Verbindungselement und die zweite Stromleitung an ihrem freien Ende ein zweites Verbindungselement auf, die elektrisch leitend miteinander verbindbar sind.
Wesentlich ist, dass eine der beiden Leitungen längenveränderlich ausgeführt ist. und in einem ersten Grundzustand beide Verbindungselemente innerhalb äußerer Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne angeordnet sein können. Im Montagezustand kann zumindest ein Verbindungselement aufgrund der längenveränderlichen Leitung herausgezogen werden, so dass es über die äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne übersteht. Der Begriff äußere Abmessungen oder Außenabmessungen bezieht sich dabei auf die Außenabmessungen der Photovoltaikdachpfanne in flächiger bzw. horizontaler Erstreckung, die bei einer üblichen rechteckigen Photovoltaikdachpfanne durch die beiden Längsseiten und die beiden Querseiten bestimmt sind. Die Begriffe horizontal und vertikal beziehen sich dabei auf eine auf einer horizontalen Ebene aufliegende Photovoltaikdachpfanne, so dass deren Haupterstreckung somit in horizontaler Ebene verläuft.
Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne in ihrem Grundzustand die gleichen Abmessungen aufweist, wie eine handelsübliche Dachpfanne ohne Photovoltaikmodul. Im Montagezustand kann aber das zweite Verbindungselement über die äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne herausgezogen und mit einem ersten Verbindungselement einer benachbarten Photovoltaikdachpfanne verbunden werden. Anschließend können die beiden verbundenen Photovoltaikdachpfannen aufeinander zubewegt werden, wobei sich die zweite Stromleitung wieder verkürzt, bis die beiden Photovoltaikdachpfannen bereichsweise derart übereinander angeordnet sind, dass die beiden Verbindungselemente unterhalb der oben liegenden Photovoltaikdachpfanne also nicht mehr sichtbar, angeordnet sind.
Grundsätzlich können erfindungsgemäß die erste Stromleitung oder die zweite Stromleitung oder auch beide Stromleitungen längenveränderlich ausgeführt sein, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist erfindungsgemäß nur die zweite Stromleitung längenveränderlich. Im Folgenden wird die Erfindung deshalb für diese Ausführungsvariante erläutert, die jedoch nur eine der verschiedenen Möglichkeiten darstellt.
Das mit der zweiten Stromleitung verbundene zweite Verbindungselement ist vorzugsweise in einer in Ausschubrichtung verlaufenden Längsnut in der Basispfanne geführt. Die erste Stromleitung und das erste Verbindungselement sind dagegen ortsfest innerhalb der äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne angeordnet.
Die längenveränderbare erste Stromleitung erleichtert die Montage auf dem Dach deutlich, da Abstandsabweichungen zwischen benachbarten Photovoltaikdachpfannen und unterschiedliche Überdeckungen der Photovoltaikdachpfannen während der Eindeckung schnell und einfach ausgeglichen werden können. Die unterschiedliche Überdeckung der Pfannen ergibt sich auf Grund unterschiedlicher Lattenabstände, die wiederum wegen der ganzzahligen Anzahl an Dachpfannen entstehen, wenn unterschiedliche Dachlängen (von der Traufbohle zur First) realisiert werden müssen.
Der Begriff längenveränderliche erste Stromleitung ist derart zu verstehen, dass sich diese in Bezug auf die Ausschubrichtung des zweiten Verbindungselements in ihrer Länge ändert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann die zweite Stromleitung aus diesem Grund ein sogenanntes Trompetenrohr aufweisen sein, bei dem sich zwei Rohrabschnitte unterschiedlichen Durchmessers ineinander verschieben können. Die Rohrabschnitte können dabei selbst elektrisch leitend ausgeführt sein, möglich ist aber auch die Anordnung eines Kabels innerhalb der Rohrabschnitte, die dann vorzugsweise isolierend wirken. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, dass eine zweite Stromleitung verwendbar, deren absolute Länge zwar gleich bleibt, aufgrund der Veränderung der geometrischen Anordnung jedoch eine Längenzunahme in Ausschubrichtung erfolgt. Dies ist beispielsweise bei einer spiralförmig aufgedrehten elastischen Stromleitung bzw. Kabel der Fall, die erfindungsgemäß ebenfalls verwendet werden kann. Letztendlich ist die erfindungsgemäße Funktion entscheidend, nämlich dass die zweite Stromleitung ein Herausziehen des zweiten Verbindungselements ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die elektrische Verbindung der Verbindungselemente durch Kontaktflächen bewirkt, die jeweils an den Verbindungselement angeordnet sind. Diese kontaktieren sich im zusammengesetzten Zustand der Verbindungselemente, so das elektrischer Strom geleitet werden kann. Alternativ können Kontaktflächen aber auch an anderer Stelle der Photovoltaikdachpfanne, also unabhängig von den Verbindungselementen, vorgesehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind die beiden Verbindungselemente als Rast- bzw. Einrastverbindung ausgeführt. Beispielsweise kann das erste Verbindungselement eine Aufnahmeöffnung aufweisen, in die das zweite Verbindungselement einführbar und lösbar formschlüssig gehalten ist. Der Formschluss kann dabei durch einen Hinterschnitt in der Aufnahmeöffnung bewirkt werden, an dem eine Haltekante des zweiten Verbindungselements zur Anlage kommt.
Um eine sichere, aber dennoch lösbare Verbindung zu bewirken, können elastische Rastmittel vorgesehen sein, die in entsprechende Haltebereiche eingreifen. In einer besonders einfachen Ausführungsvariante kann das zweite Verbindungselement Öffnungen oder Vertiefungen aufweisen, in die elastische und/oder federbelastete Stifte des ersten Verbindungselements einrasten. Beim Verbindungsvorgang werden die Stifte durch das zweite Verbindungselement zunächst verdrängt, bis sie sich zurück in die entsprechenden Vertiefungen oder Öffnungen bewegen können.
Die beiden Verbindungselemente sind im eingerasteten Zustand fest miteinander verbunden, wobei die Verbindung insbesondere durch mindestens einen, vorzugsweise zwei federbelastete Stifte bewirkt wird. Die Einrastöffnung und das freie Ende des Stifts sind dabei so bemessen, dass der Stift nur bereichsweise und nicht vollständig in die Öffnung eingeführt wird. Hierzu kann der Stift an seinem freien Ende beispielsweise konisch geformt sein. Dadurch wird erreicht, dass die Verbindung in vertikaler Richtung, also quer zur Einführrichtung des Stifts gesperrt ist, andererseits die in Längsrichtung des Stifts wirkende Federkraft die beiden Verbindungselemente gegeneinander drückt, was eine sichere und dauerhafte Verbindung gewährleistet. Selbstverständlich sind auch andere Rastverbindungen nutzbar, die eine ausreichend zuverlässige Verbindung der beiden Verbindungselemente bewirken.
Vorteilhafterweise kann die Verbindung der Verbindungselemente (mit Hilfe eines entsprechend ausgeformten Werkzeugs) dadurch wieder gelöst werden, dass die Stifte entgegen der Federkraft zurückgedrückt und das zweite Verbindungselement aus dem ersten Verbindungselement herausgezogen wird. Hierzu kann beispielsweise ein geeignetes Werkzeug verwendet werden, welches den Stift und die Einrastöffnung außer Eingriff bringt.
Um die Montage zusätzlich zu erleichtern, ist das zweite Verbindungselement geführt. Die Führung kann beispielsweise durch eine Längsnut in der Basispfanne bewirkt werden, in die ein Haltebereich des zweiten Verbindungselements hineinragt und gehalten ist. Dadurch ist gewährleistet, dass sich das zweite Verbindungselement ausschließlich entlang der Längsnut bewegen und sich insbesondere nicht verdrehen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Aufnahmeöffnung innerhalb des ersten Verbindungselementes T-Förmig und nach oben offen ausgebildet. Dementsprechend ist das zweite Verbindungselement ebenfalls T-Förmig ausgeführt und von oben in die Aufnahmeöffnung einführbar. Durch die T-Form entsteht automatisch eine Sperrung in im Wesentlichen horizontaler Zugrichtung. Damit sich die Verbindung in vertikaler Richtung nicht lösen kann, greifen federbelastete Stifte, die im ersten Verbindungselement angeordnet sind, in Öffnungen des zweiten Verbindungselementes ein, die vorzugsweise in den beiden quer zur Längsausstreckung der zweite Stromleitung ausgebildeten kurzen Bereiche der T-Form angeordnet sind.
Vorzugsweise können die Aufnahme und das Einrastelement zumindest bereichsweise aus elektrisch leitendem Material gebildet sind und die Kontaktflächen zur Leitung des elektrischen Stroms ausbilden. Insbesondere können die Stifte selbst und eine Kante der Aufnahme, die die Stifte im zusammengesetzten Zustand kontaktieren, die Kontaktflächen ausbilden.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Verbindungsform mit den erfindungsgemäßen Verbindungselementen sind die Freiheitsgrade der Verbindung in translatorischer und rotatorischer Richtung. Dies kann zusätzlich beispielsweise durch eine Gummilagerung der beiden Verbindungselemente unterstützt werden.
Die erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfannen können schnell und einfach auf einer Dachträgerkonstruktion verlegt werden. Sie können mit eingeschobenem zweiten Verbindungselement wie handelsübliche normale Dachziegel auf das Dach befördert und dort verarbeitet werden. Dazu ist es lediglich notwendig, das zweite Verbindungselement aus der Photovoltaikdachpfanne auszuziehen und über die Rastverbindung mit einem benachbarten ersten Verbindungselement zu verbinden.
Die der sogenannten Traufbohle des Daches benachbarten Photovoltaikdachpfannen weisen vorzugsweise Anschlussleitungen anstelle der ersten Stromleitungen auf. Die Anschlussleitungen können ebenfalls längenveränderlich ausgeführt sein und können mit ihren freien Enden an eine Hauptstromleitung, die zu einem Abnehmer oder Energiespeicher führt, angeschlossen werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Verlegung der Hauptstromleitung innerhalb eines am Haus angeordneten Fallrohrs ergeben. Diese dient der Ableitung von Regenwasser, kann aber auch Hauptstromleitung im Inneren aufnehmen. Diese können in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante durch eine Trennwand von einem Regenwasser leitenden Bereich des Fallrohrs getrennt sein. Das Fallrohr ist für diesen Zweck also in zwei Kammern aufgeteilt.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn neben der elektrischen Leitung für die gewonnene Energie auch ein Pilotstrom über die Verbindungselemente weitergeleitet werden kann. Dieser ist insbesondere für sogenannte CAN-Busse notwendig.
Die erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne eignet sich insbesondere für eine Verwendung mit einer ebenfalls neuen und vorteilhaften Windsogsicherung. Windsogsicherungen sind bei der Montage von Dachpfannen regional bereits vorgeschrieben. Es geht dabei darum, das Abdecken des Daches durch Sturm (Windsog) zu verhindern. Dies wird typischerweise durch Anbringen eines Drahtes bzw. einer Klammer an der Dachpfanne realisiert, der diese an der Dachlatte verankert. Das Verankern ist vergleichsweise zeitraubend, es braucht je nach Gegebenheiten vor Ort manchmal mehr Zeit als das Decken der Dachpfanne selbst. Darüber hinaus ist es äußerst schwierig, eine solche Dachpfanne (wenn sie z. B. schadhaft ist) im Dachverbund (komplett eingedecktes Dach) zu tauschen.
Die erfindungsgemäße Windsogsicherung reduziert diese Probleme. Eine Schnappkralle wird beim Auflegen der Dachpfanne auf die Dachpfanne ausgelöst, klappt mit Federkraft hinter die Dachpfanne und hakt sich dahinter. Um diese im Reparaturfalle wieder zu lösen, ist vorteilhafterweise ein Rückholmechanismus mit einer Zugstange mit Zugöse an der Unterseite der Dachpfanne im vorderen Bereich vorgesehen. Wird die Dachpfanne vorne leicht angehoben, ist möglich, mit einem Haken in die Zugöse greifen und durch Ziehen die Schnappkralle zurück in ihre Rastposition zu ziehen. Diese Rastposition ist der Auslieferungszustand und wird beim Decken des Daches, also wenn die Dachpfanne in richtiger Stellung auf die Dachlatte gelegt wird, verändert.
Das Tauschen einer klassischen Dachpfanne war schon immer relativ schwierig (auch ohne zusätzliche Windsogsicherung). Das liegt darin begründet, dass die zu tauschende Dachpfanne von der Dachlatte gehoben werden muss, obwohl zwei angrenzende Dachpfannen (darüber und in der Regel links davon) auf ihr lasten. Müssen jetzt auch noch zwei Verbindungen gelöst werden, ist dies ohne weitere Hilfsmittel nahezu unmöglich. Die Windsogsicherung mit Schnappkralle löst dieses Problem durch einen zusätzlichen Mechanismus zur Anhebung der Dachpfanne. Dafür wird eine Zugstange mit Zugöse unter der Dachpfanne am vorderen Ende gezogen, die diesmal einen Ziehkeil zwischen Dachpfanne und Dachlatte betätigt, um die Dachpfanne anzuheben.
Eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung bzw. Alternative besteht darin, eine weitere Zugstange mit Zugöse am vorderen Ende der Dachpfanne zu betätigen, um die Verbindung zwischen den Dachpfannen durch Betätigung eines Auswerfers zu lösen (um einen Pater aus einer Mater auszuwerfen). Dies macht ein Aushebewerkzeug entbehrlich.
Die drei beschriebenen Zugösen befinden sich alle unterhalb der Dachpfanne am unteren Ende. Die Zugösen stehen senkrecht stehen und würden aus der Unterseite der Dachpfanne „ausfedern” sobald man diese vorne anhebt. Vorteilhafterweise ist dabei eine Öse leicht versetzt von der Mitte der Dachpfanne (Mitte der Vorderseite) angeordnet und löst die Verbindung aus. Diese Position ist vorteilhaft, weil die Verbindung genau in der Mitte der Dachpfanne liegt angeordnet ist. Einige Zentimeter versetzt dazu, beispielsweise etwa 3 cm links davon ist erfindungsgemäß die Zugöse für die Schnappkralle der Windsogsicherung positioniert. Diese Position ist vorteilhaft, weil die klassische Windsogsicherung immer an der linken Dachpfannenseite vorgesehen ist. Auf der anderen Seite, einige Zentimeter rechts von der Mitte, vorzugsweise ebenfalls 3 cm rechts von der Mitte, ist vorzugsweise Zugöse für den Ziehkeil angeordnet, die der Anhebung der Dachpfanne dient.
Erfindungsgemäß ist auch eine Zusammenlegung der Zugösen für die Schnappkralle und den Dachpfannen-Heber denkbar. Dabei wäre die Abfolge der Art, dass in der ersten Hälfte des Zugweges die Schnappfalle zurückgezogen wird und in der zweiten Hälfte des Zugweges der Ziehkeil zum Heben der Pfanne betätigt wird. Vorzugsweise ist ein Federelement vorgesehen, über das der Zug auf der Schnappkralle erhalten bleibt, damit diese beim Heben nicht zurück schnappt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die Erfindung aber nicht auf die gezeigten Merkmale beschränken soll. Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne in Explosivdarstellung,
2: einen Abschnitt eines Daches, das mit erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfannen gedeckt ist,
3: eine Reihe verlegter Photovoltaikdachpfannen im Querschnitt,
4: eine Ausschnittsvergrößerung aus 3,
5: die erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne im Längsschnitt,
6: die Photovoltaikdachpfanne im Längsschnitt, mit ausgezogenem Verbindungselement
7: eine erfindungsgemäße Photovoltaikdachpfanne in Draufsicht,
8: zwei Verbindungselemente zweier Photovoltaikdachpfannen in zusammengefügtem Zustand,
9: einen Lösevorgangs der Verbindung aus 8 mit Hilfe eines Werkzeugs,
10: eine Anbindung von Photovoltaikdachpfannen an eine Hauptstromleitung,
11: ein Fallrohr mit einer Hauptstromleitung Hallo im Querschnitt.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfanne 20 in einer Explosivdarstellung. Prinzipiell ist die Photovoltaikdachpfanne 20 in Sandwichbauweise ausgeführt. Ausgehend von einer Basispfanne 22, die eine Unterseite einer Photovoltaikdachpfanne 20 ausbildet und auf eine Dachtragekonstruktion 24 (vgl. auch 3) aufgelegt wird, folgt ein Photovoltaikmodul 26 und vorzugsweise eine durchsichtige oder transluszente Abdeckung 28.
Die Abdeckung 28 deckt das Photovoltaikmodulelement 26 vollständig ab. Das Photovoltaikmodulelement 26 ist mit einer ersten Stromleitung 34 und einer zweiten Stromleitung 36 verbunden. An die erste Stromleitung 34 schließt sich ein erstes Verbindungselement 38 und an die zweite Stromleitung ein zweites Verbindungselement 40 an. Die beiden Verbindungselemente 38, 40 können jeweils mit einem korrespondierenden Verbindungselement 38, 40 einer benachbarten Photovoltaikdachpfanne 20 verbunden werden.
Weiterhin ist ein Rahmen 42 gezeigt, der etwa die Abmessungen der Basispfanne 22 aufweist und zur Aufnahme des Photovoltaikmoduls 26 dient. Außerdem liegt die Abdeckung 28 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf dem Rahmen 42 auf und ist mit diesem verbunden.
Nicht erkennbar ist in 1, dass das zweite Verbindungselement 40 in einer Längsnut 44 der Basispfanne 22 geführt ist. Dies erleichtert die Montage der Photovoltaikdachpfanne 20 durch ein definiertes Ausziehen des zweiten Verbindungselements 40 deutlich. Die Längsnut 44 verhindert weiterhin ein Verdrehen des zweiten Verbindungselements 40.
Schließlich ist wesentlich, dass die zweite Stromleitung 36, die zwischen dem unteren Photovoltaikmodulelement 32 und dem zweiten Verbindungselement 40 angeordnet ist, längenveränderlich ausgeführt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Trompetenrohr vorgesehen, das aus zwei ineinander verschiebbaren Rohrabschnitten unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist. In dem Trompetenrohr ist ein elektrisches Kabel, vorzugsweise ein spiralförmiges Kabel, geführt.
Aus den 2 bis 4 wird die Verlegung erfindungsgemäßer Photovoltaikdachpfannen 20 auf einem Dach bzw. einer Dachtragekonstruktion 24 deutlich. 2 zeigt einen Bereich eines Daches in Draufsicht, 3 einen Längsschnitt durch eine Reihe Photovoltaikdachpfannen 20 und 4 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs B aus 3.
Erkennbar ist, dass sich die miteinander verbundenen Photovoltaikdachpfannen 20 bereichsweise überdecken, wie dies auch bei einer üblichen Dacheindeckung mit normalen Dachziegeln der Fall ist. Sie liegen dabei mit ihrer Unterseite, also der Unterseite der Basispfanne 22 auf der Dachtragekonstruktion 24 auf. Insbesondere 4 zeigt, dass jeweils benachbarte, insbesondere übereinander angeordnete Photovoltaikdachpfannen 20 über die Verbindungselemente 38, 40 miteinander elektrisch verbunden sind. Gewonnene elektrische Energie wird somit von einer Photovoltaikdachpfanne 20 durch die erste Stromleitung 34, die beiden Verbindungselemente 38, 40 das Photovoltaikmodul 26 und die zweite Stromleitung 36 zur nächsten Photovoltaikdachpfanne 20 weitergeleitet.
5 verdeutlicht den Aufbau der erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfanne 20. Bei dieser Ausführungsvariante, die auch in den 6 und 10 gezeigt ist, unterscheidet sich das Photovoltaikmodul 26 in Bezug auf die äußeren Abmessungen etwas von der Ausführungsvariante gemäß 1. Insbesondere ist ein im Querschnitt etwas höherer Teilbereich vorgesehen, in dem Beispielsweise Regeltechnik untergebracht sein kann.
Erkennbar ist, dass sich an das erste Verbindungselement 38 die erste Stromleitung 34 anschließt. Die zweite Stromleitung 36 ist ebenfalls mit dem Photovoltaikmodul 26 verbunden und führt zum zweiten Verbindungselement 40. Die Verbindungselemente 38, 40 stehen in dieser Grundposition nicht über die äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfann 20 vor.
Für die Verlegung der Photovoltaikdachpfannen 20 ist weiterhin von Vorteil, dass das Photovoltaikmodul 26 und auch die Abdeckung 28 das erste Verbindungselement 38 nicht vollflächig abdecken, sodass dieses beim Eindecken des Daches leicht zugänglich bleibt. Das erste Verbindungselement 38 wird letztendlich erst von der verlegten benachbarten Photovoltaikdachpfanne 20 überdeckt und ist dadurch im montierten Zustand nicht mehr einsehbar.
6 zeigt einen Längsschnitt einer Photovoltaikdachpfanne 20 mit ausgezogenem zweitem Verbindungselement 40. Wie bereits ausgeführt, ist die zweite Stromleitung 36 in dem Trompetenrohr angeordnet und längenveränderlich ausgeführt, sodass das zweite Verbindungselement 40 über die Außenabmessungen der Photovoltaikdachpfanne 20 herausgezogen werden kann. Es steht dann seitlich gegenüber der entsprechenden Kante oder Seite der Photovoltaikdachpfanne 20 vor und kann problemlos mit einem benachbarten ersten Verbindungselement 38 verbunden werden.
7 verdeutlicht durch eine Darstellung der Photovoltaikdachpfanne 20 in Draufsicht, dass im Grundzustand keine Elemente über die Außenabmessungen der Photovoltaikdachpfanne 20 vorstehen. Die Außenabmessungen werden durch die beiden Querseiten 80 und die beiden Längsseiten 82 bestimmt. Ebenfalls erkennbar ist, dass eine Aufnahmeöffnung 46 des ersten Verbindungselements 38 im Grundzustand nicht durch den Photovoltaikmodul 26 oder die Abdeckung 28 abgedeckt, sondern nach oben, also in die von der Basispfanne 22 wegweisende Richtung, geöffnet ist. Die Aufnahmeöffnung 46 ist im Wesentlichen T-förmig ausgeführt.
Die 8 und 9 zeigen die vorteilhafte Verbindung zweier Photovoltaikdachpfannen 20 über die beiden Verbindungselemente 38, 40. Die beiden Verbindungselemente 38, 40 sind im Längsschnitt gezeigt, wobei die zweite Stromleitung 36 nicht gezeichnet ist. Erkennbar ist die Aufnahmeöffnung 46 (oder auch Aufnahmevertiefung), in die das zweite Verbindungselement 40 einführbar ist. Die T-Form bewirkt, das die Verbindung in im Wesentlichen horizontaler Richtung, also in Auszugrichtung des zweiten Verbindungselements 40 gesichert ist, sich die beiden Verbindungselemente 38, 40 also nicht voneinander lösen können.
Zusätzlich sind als Einrastelemente federbelastete Stifte 48 erkennbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Stifte 48 vorgesehen, die jeweils parallel ausgerichtet neben der zweite Stromleitung 36 angeordnet sind.
Ein Federelement 50 treibt den jeweiligen Stift 48 in Richtung einer Aufnahme 52, die im zweiten Verbindungselement 40 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine Rast- oder Klickverbindung, die auch in im Wesentlichen vertikaler Richtung, also quer zur Auszugsrichtung des zweiten Verbindungselements 40 sichert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel dienen eine Kante der Aufnahme 52 und die Außenfläche der Stifte 48 als Kontaktflächen für die elektrische Verbindung der beiden Verbindungselemente 38, 40. Die Stifte 48 weisen dabei jeweils ein konisch ausgeformtes freies Ende auf, dessen Durchmesser derart bemessen ist, das die Stifte 48 nicht vollständig in die jeweilige Aufnahme 52 eingeführt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Federkraft des Federelements 50 gegen eine entsprechende Kante der jeweiligen Aufnahme 52 wirkt. Der Druck des Federelementes 50 führt dazu, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Verbindungselemente 38, 40 gewährleistet ist.
9 zeigt weiterhin, dass sich in zusammengesetzten Zustand der beiden Verbindungselemente 38, 40 eine Zugangsöffnung 54 für ein Werkzeug 56 ergibt. In diese Zugangsöffnung 54 ist ein winklig geformtes Werkzeug 56 einführbar, über das die beiden Stifte 48 gegen die Federkraft des Federelementes 50 zurückdrückt werden können, was ein Lösen der beiden Verbindungselemente 38, 40 voneinander ermöglicht.
10 verdeutlicht die Verbindung der Photovoltaikdachpfannen 20 mit einer Hauptstromleitung 58. Die Hauptstromleitung 58 ist vorzugsweise im Bereich einer Traufbohle des Daches angeordnet. Eine Reihe von Photovoltaikdachpfanne 20, die im Randbereich einer Fläche von erfindungsgemäßen Photovoltaikdachpfannen 20 angeordnet sind, bei einem Dach vorzugsweise die untere Reihe, ist über eine Verbindungsstromleitungen 66 an die Hauptstromleitung 58 angebunden.
11 verdeutlicht eine vorteilhafte Verlegung der Hauptstromleitung 58 streckenweise innerhalb eines Fallrohrs 72. Für diesen Fall ist das Fallrohr 72 vorzugsweise durch eine Trennwand 74 in zwei Kammern unterteilt, wobei eine erste Kammer 76 der Ableitung von Regenwasser dient, eine zweite Kammer 78 der Aufnahme der Hauptstromleitung 58. Diese Art der Verlegung ist zum Einen kostengünstig und schnell durchführbar, zum Anderen wird das äußere Erscheinungsbild des Hauses nicht negativ beeinflusst.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch weitere mögliche Ausführungsformen. Insbesondere können anstelle der zweite Stromleitung 36 die erste Stromleitung 34 oder auch beide Leitungen 34, 36 längenveränderlich ausgeführt sein. Denkbar ist auch, dass anstelle der Basispfanne 22 das Photovoltaikmodul 26 unmittelbar der Befestigung auf der Dachkonstruktion 24 dient, die Basispfanne 22 also eingespart werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011055904 A1 [0005]
DE 202013002407 U1 [0005]

Claims

Photovoltaikdachpfanne (20) zur Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenstrahlung, deren Form im Wesentlichen der Form einer herkömmlichen Dachpfanne entspricht, aufweisend ein oberseitig angeordnetes Photovoltaikmodul (26) das mit einer ersten Stromleitung (34) und einer zweiten Stromleitung (36) verbunden und auf einer Basispfanne (22), die der Befestigung der Photovoltaikdachpfanne (20) auf einem Dach dient, angeordnet ist, wobei – die erste Stromleitung (34) an ihrem freien Ende ein erstes Verbindungelement (38) aufweist, – die zweite Stromleitung (36) an ihrem freien Ende ein zweites Verbindungselement (40) aufweist, – zumindest eine der beiden Stromleitungen (34, 36) längenveränderlich ausgeführt ist, – in einem Grundzustand beide Verbindungselemente (38, 40) innerhalb äußerer Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne (20) angeordnet sind, – in einem Montagezustand zumindest eines der beiden Verbindungselement (38, 40) über die äußeren Abmessungen der Photovoltaikdachpfanne (20) herausziehbar ist und mit einem korrespondierenden Verbindungselement (38, 40) einer benachbarten Photovoltaikdachpfanne (20) elektrisch leitend verbindbar ist.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungselement (38, 40) jeweils eine elektrische Kontaktfläche aufweisen, die jeweils mit der zugehörigen Stromleitung (34, 36) elektrisch leitend verbunden ist, wobei sich die Kontaktflächen im zusammengefügte Zustand zweier Verbindungselement (38, 40) kontaktieren und die elektrische Verbindung bewirken.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromleitung (36) längenveränderlich ausgeführt ist.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (38) und die erste Stromleitung (34) ortsfest innerhalb Photovoltaikdachpfanne (20) angeordnet sind.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Verbindungselemente (38, 40) derart ausgebildet sind, dass sie eine Rastverbindung ausbilden.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (38) eine nach oben geöffnete, in horizontaler Ebene T-förmige Aufnahmeöffnung (46) zur Aufnahme des ebenfalls T-förmig ausgebildeten zweiten Verbindungselements (40) aufweist.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungselement (40) zumindest eine Aufnahme (52) aufweist, in die ein im ersten Verbindungselement (38) angeordnetes Einrastelement einrastbar ist.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrastelement als federbelasteter Stift (48) ausgeführt ist, wobei die Aufnahme (52) und der Stift (48) im Wesentlichen in horizontaler Richtung ausgerichtet sind.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (52) und das Einrastelement zumindest bereichsweise aus elektrisch leitendem Material gebildet sind und die Kontaktflächen ausbilden.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Stiftes (48) derart konisch zulaufend ausgeführt ist, dass dieser eine die Aufnahme (52) begrenzende Kante kontaktiert, wobei eine Außenfläche des Stiftes (48) und die Kante die Kontaktflächen ausbilden.
Photovoltaikdachpfanne (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungselemente (38, 40) in zusammengesetzten Zustand der beiden Verbindungselemente (38, 40) eine Zugangsöffnung (54) für ein Werkzeug (56) ausbilden, über das der Stift (48) zurückgedrückt werden kann, was ein Lösen der beiden Verbindungselemente (38, 40) voneinander ermöglicht.
Photovoltaiksystem zur Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenstrahlung, aufweisend miteinander verbundene Photovoltaikdachpfannen (20) gemäß der Ansprüche 1 bis 11, die über eine Hauptstromleitung (58) an ein Nutzungssystem angebunden sind.
Photovoltaiksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromleitung (58) streckenweise in einem Fallrohr (72) angeordnet sind.