DE102020211456A1

DE102020211456A1 - Fassadenelement für ein Gebäude, Halterung für ein Fassadenelement und Verfahren zur Herstellung eines Fassadenelements

Info

Publication number: DE102020211456A1
Application number: DE102020211456.0A
Authority: DE
Inventors: Mathilde Berger; Sergio Lopera; Ralph Pätzold; Guilllaume Pic; Pavel Schilinsky; Tobias Ulrich Sauermann; Nicolas Vannieuwenhuyse
Original assignee: Armor Solar Power Films GmbH
Current assignee: ASCA GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-17
Also published as: WO2022053458A2; EP4183042A2; JP2023542111A; WO2022053458A3

Abstract

Es wird ein Fassadenelement (2) für ein Gebäude angegeben. Das Fassadenelement (2) weist ein Formteil (4) auf und eine Halterung (6), welche in das Formteil (4) eingesetzt ist und aus diesem teilweise herausragt, zum Anbringen eines Halbleitermoduls (10). Weiter werden eine entsprechende Halterung (6) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fassadenelements (2) angegeben.

Description

Ein Fassadenelement ist ein Teil eines Gebäudes, genauer gesagt einer Fassade eines Gebäudes. Die Fassade ist regelmäßig nach außen hin orientiert und somit der Witterung ausgesetzt. Alternativ ist die Fassade nach innen hin orientiert. In jedem Fall weist das Fassadenelement eine Oberfläche auf, welche in montiertem Zustand von außen zugänglich und sichtbar ist und damit regelmäßig auch den Umgebungsbedingungen im Innenraum oder Außenraum ausgesetzt ist. Ein Fassadenelement trägt somit auch zur optischen Gestaltung des Gebäudes bei und ist daher häufig auch Gegenstand von Designüberlegungen. Aufgrund der Zugänglichkeit und dem Kontakt mit der Umgebung eignet sich ein Fassadenelement jedoch auch zur Integration zusätzlicher Funktionalitäten.
Grundsätzlich ist es möglich, ein Photovoltaikmodul in ein Fassadenelement zu integrieren oder daran anzubringen. Speziell bei nach außen gerichteten Fassadenelementen lässt sich auf diese Weise aus der Sonnenstrahlung aus der Umgebung elektrische Energie gewinnen. Somit ist im Fassadenelement eine Energiegewinnung als zusätzliche Funktionalität realisiert. Das Photovoltaikmodul dient beispielsweise zusätzlich auch zum Design des Fassadenelements und des Gebäudes allgemein und trägt dann zu dessen optischer Anmutung bei.
In der DE 10 2017 214 347 A1 wird ein Fassadenelement beschrieben, bei welchem mehrere PV-Module zwischen zwei Flächenelementen einlaminiert sind. Die PV-Module sind mittels jeweiliger Kontaktelemente elektrisch miteinander verbunden. Die PV-Module können parallel oder seriell miteinander verschaltet sein oder eine Kombination hiervon.
In der WO 2013/179223 A1 wird die Verwendung eines Solarmoduls zur Anordnung auf z.B. Beton beschrieben. Das Solarmodul weist auf einer Seite ein Verbindungsmittel auf, zur Anordnung an einer Oberfläche eines Formteils aus Beton. Das Verbindungsmittel umfasst ein mehrlagiges Beschichtungssystem mit einer Klebschicht, und ist zweiteilig ausgeführt, wobei der erste Teil des Verbindungsmittels an der bereits genannten Seite des Solarmoduls angeordnet ist und wobei der zweite Teil des Verbindungsmittels am Formkörper angeordnet ist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Integration eines Halbleitermoduls in ein Gebäude und speziell in ein Fassadenelement für ein Gebäude zu verbessern. Hierzu sollen ein entsprechendes Fassadenelement, eine Halterung für ein solches Fassadenelement sowie eine Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Fassadenelements angegeben werden. Dabei soll insbesondere die Montage des Halbleitermoduls an einem Formteil des Fassadenelements möglichst einfach sein. Eine Anbringung soll möglichst langlebig und zuverlässige sein. Insbesondere sollen auch ein Austausch oder eine Wartung des Halbleitermoduls möglichst einfach sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fassadenelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch eine Halterung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Fassadenelement gelten sinngemäß auch für die Halterung sowie für das Verfahren und umgekehrt.
Das Fassadenelement ist ausgebildet zur Verwendung als Teil eines Gebäudes, z.B. eines Hauses. Das Fassadenelement weist ein Formteil auf und eine Halterung. Die Halterung ist in das Formteil eingesetzt, vorzugsweise darin verankert. Die Halterung ragt aus dem Formteil teilweise heraus, d.h. ein Innenteil der Halterung ist in das Formteil eingesetzt und ein Außenteil ragt aus dem Formteil heraus und steht vorzugsweise vom Formteil ab. Die Halterung dient zum Anbringen, insbesondere Befestigen, eines Halbleitermoduls am Formteil. Die Halterung dient insbesondere als mechanischer Vermittler zwischen dem Formteil und dem Halbleitermodul, um dieses am Formteil anzubringen, d.h. mit dem Formteil zu verbinden.
Die Halterung weist bevorzugterweise eine Klemme auf, zum Einklemmen eines Halbleitermoduls, um das Halbleitermodul an der Halterung zu befestigen und um das Halbleitermodul mit dem Formteil fest zu verbinden. Die Halterung wird daher auch als Klemmhalterung bezeichnet. Die Klemme ist insbesondere außerhalb des Formteils angeordnet und ist ein Teil des Außenteils der Halterung. Das Halbleitermodul ist in einem unmontierten Zustand nicht zwingend ein Teil des Fassadenelements. In einem montierten Zustand ist das Halbleitermodul mittels der Halterung am Formteil befestigt und dann ein Teil des Fassadenelements.
Alternativ zu einer Klemme sind auch andere Halterungen denkbar und geeignet. Beispielsweise ist die Halterung eine Lasche, ein Winkel oder ähnliches, gegebenenfalls in Verbindung mit einem zusätzlichen Verbindungselement, wobei dann die Lasche, der Winkel oder ähnliches zumindest teilweise in das Formteil eingesetzt ist. In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Halterung eine Schraubverbindung, mit zwei Verbindungsteilen, nämlich einem Gewinde und einer Schraube oder einer Mutter, je nachdem, ob das Gewinde ein Innen- oder Außengewinde ist. Eines der Verbindungsteile ist in das Formteil eingesetzt, sodass das andere Verbindungsteil vom Formteil absteht und zur Anbringung des Halbleitermoduls dient. Beispielsweise ist ein Innengewinde in das Formteil eingesetzt, vorzugsweise eingegossen, und das Halbleitermodul weist z.B. ein Durchgangsloch auf, durch welches dann zum Anbringen eine Schraube geführt wird, welche dann in das Gewinde eingeschraubt wird und auf diese Weise das Halbleitermodul am Formteil befestigt. Die Ausführungen zur Schraubverbindung gelten analog auch für Steckverbindungen, mit zwei Steckverbindern als Verbindungsteile. In einer weiteren geeigneten Ausgestaltung weist die Halterung einen Anker auf, welcher in das Formteil eingesetzt ist und mit einer Montagefläche der Halterung verbunden ist, welche dann vom Formteil absteht.
Die Montagefläche ist beispielsweise wenige Quadratzentimeter groß. Auf der Montagefläche ist geeigneterweise ein Klebstoff aufgetragen, mittels welchem das Halbleitermodul befestigbar ist, sodass die Halterung dann eine Klebehalterung ist.
Aufgrund der Halterung mit Klemme ist am Halbleitermodul selbst kein Verbindungselement nötig, daher ist das Halbleitermodul auch vorzugsweise entsprechend frei von einem Verbindungselement. Das Fassadenelement bietet somit eine besonders große Designfreiheit, da mittels der Klemme unterschiedliche Halbleitermodule am Formteil befestigbar sind. An die Halbleitermodule selbst werden dabei keine besonderen Anforderungen gestellt, insbesondere müssen diese kein komplementäres Verbindungsteil eines möglicherweise sogar proprietären Verbindungssystems aufweisen. Die Halterung ist insofern vorteilhafterweise einteilig, indem sämtliche Teile der Halterung am Formteil angebracht sind. Ein weiteres Verbindungsmittel, z.B. eine Schraube, zwischen Halbleitermodul und Halterung wird nicht benötigt, insofern ist das Fassadenelement vorteilhafterweise verbindungsmittelfrei. Sämtliche Teile der Halterung sind geeigneterweise auch verliersicher angebracht. Die Klemme der Halterung ist vorteilhaft besonders universell, sodass mit der gleichen Klemme unterschiedliche Halbleitermodule befestigbar sind oder dasselbe Halbleitermodul in unterschiedlichen Orientierungen. Insgesamt ist das hier beschriebene Fassadenelement auch besonders kostengünstig.
Das Fassadenelement wird auch als Gebäudefassadenelement bezeichnet. Das Fassadenelement ist insbesondere ein Wandelement, d.h. ein Teil einer Seitenwand, einer Decke oder eines Bodens eines Gebäudes. Das Fassadenelement bildet am Gebäude insbesondere einen Teil einer Außenseite oder einer Innenseite und ist dadurch den Umgebungsbedingungen im Außenraum beziehungsweise im Innenraum ausgesetzt. Umgebungsbedingungen nach außen hin sind insbesondere die Witterung. Im fertigen Gebäude ist das Fassadenelement insbesondere sichtbar und zugänglich, stellt also gerade keinen innenliegenden oder verborgenen Teil einer Wand dar, sondern vielmehr eine Verkleidung, z.B. eine Außenfassade oder eine Verschalung.
Ein wesentlicher Teil des Fassadenelements ist insbesondere das Formteil, welches regelmäßig die Abmessung und Form des Fassadenelements bestimmt. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist das Formteil quaderförmig, jegliche anderen Formen sind jedoch ebenso denkbar und geeignet. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher das Formteil rahmenartig ausgebildet ist und eine Ausnehmung aufweist, in welcher das Halbleitermodul montiert wird, sodass dieses dann von dem Formteil rahmenartig umgeben ist. Die Ausnehmung ist beispielsweise ein vollständiger Durchbruch, sodass das Formteil ein Durchgangsloch aufweist, in welchem das Halbleitermodul mittels der Halterung montierbar ist, sodass das Fassadenelement insgesamt nach Art eines Fensters gestaltet ist, mit dem Formteil als Rahmen und dem Halbleitermodul als Fensterscheibe. Alternativ ist die Ausnehmung eine einfache Vertiefung, auch als Mulde bezeichnet, sodass das Halbleitermodul sozusagen in das Formteil eingelassen oder darin versenkt ist und beispielsweise mit einem umlaufenden Rahmen des Formteils fluchtet.
Die Halterung ist bei der Herstellung auf vielfältige Weise relativ zum Formteil ausrichtbar, sodass auch eine flexible Positionierung eines Halbleitermoduls möglich ist. Bei einem Formteil mit Ausnehmung wie oben beschrieben, z.B. nach Art eines Fensters, ist die Halterung beispielsweise nach innen in die Ausnehmung hinein gerichtet. Alternativ ist die Halterung auf einer Oberseite des Formteils angebracht und nach vorn ausgerichtet, sodass ein am Formteil montiertes Halbleitermodul dann das Formteil sozusagen verdeckt. Auch eine Positionierung auf einer Seitenfläche des Formteils ist möglich, z.B. um ein Halbleitermodul zur Seite weg abstehen zu lassen.
Vorteilhafterweise ist das Formteil ein Gussteil, in welches bei dessen Herstellung die Halterung integriert wird. Die Herstellung umfasst insbesondere ein Gießverfahren, bei welchem das Formteil urgeformt wird und bei welchem gleichzeitig die Halterung eingesetzt wird, sodass diese sozusagen vom Werkstoff, aus welchem das Formteil hergestellt wird, umgossen wird. Mit anderen Worten: die Halterung ist in das Formteil eingegossen. Durch die Ausgestaltung als Gussteil ist dann zweckmäßigerweise ein Formschluss zwischen Halterung und Formteil hergestellt. Alternativ zum Eingießen der Halterung wird diese in das Formteil nachträglich eingesetzt, z.B. eingeschraubt, eingeklebt oder in einer Öffnung im Formteil verspannt. Das Eingießen wird jedoch bevorzugt, da hier die Halterung direkt bei der Urformung des Formteils bereits mit eingesetzt wird und ein separater Herstellungsschritt zum Einsetzen der Halterung entfällt.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher das Formteil aus Beton besteht. Beton ist ein üblicher Werkstoff für Fassadenelemente für Gebäude und besonders robust und leicht verarbeitbar sowie langzeitstabil. Beton eignet sich insbesondere auch für Außenfassaden. Die Halterung wird dann direkt in den Beton eingesetzt und von diesem festgehalten, ist also unmittelbar im Beton verankert.
Die Halterung dient als Verbindungselement zwischen dem Formteil und dem Halbleitermodul. In montiertem Zustand stehen das Halbleitermodul und das Formteil nicht notwendigerweise in direktem Kontakt zueinander, sondern sind abhängig von der Ausgestaltung der Klemme mittels der Halterung lediglich mittelbar miteinander verbunden. Denkbar und geeignet ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Klemme das Halbleitermodul direkt gegen das Formteil drückt und dadurch das Halbleitermodul einklemmt. Die Halterung stellt also eine mechanische Verbindung zwischen Halbleitermodul und Formteil her. In montiertem Zustand, d.h. wenn das Halbleitermodul in die Klemme eingeklemmt ist, sind das Halbleitermodul und das Formteil gegeneinander vorzugsweise unbeweglich, sodass das Halbleitermodul am Formteil fixiert ist. Bevorzugterweise ist das Halbleitermodul jedoch reversibel am Formteil befestigbar, d.h. aus der Klemme wieder herauslösbar, z.B. zur Wartung oder zum Tausch gegen ein anderes Halbleitermodul.
Die Halterung ragt aus dem Formteil heraus und ist somit nur teilweise in dieses eingesetzt, insbesondere integriert. Dies ist vorteilhaft, da das Fassadenelement dann ab Werk sozusagen vorbereitet ist zur Aufnahme eines Halbleitermoduls, welches optional auch bereits bei der Herstellung des Fassadenelements schon an diesem angebracht wird. Die Halterung wird demnach bereits bei der Herstellung des Formteils in dieses derart eingesetzt, dass die Halterung teilweise aus dem Formteil herausragt. Derjenige Teil der Halterung, welcher aus dem Formteil herausragt, wird auch als Außenteil bezeichnet. Dieser Außenteil weist insbesondere auch die Klemme auf. Die Klemme wird beispielsweise bereits bei der Herstellung des Fassadenelements montiert, z.B. noch im Werk nach dem Urformen des Formteils, oder erst nachträglich, z.B. auf einer Baustelle für das Gebäude und kurz bevor das Halbleitermodul am Formteil angebracht wird. Im Gegensatz zum Außenteil sitzt der übrige Teil, auch als Innenteil bezeichnet, im Formteil ein, sodass die Halterung im Formteil verankert ist. Das Größen- oder Anteilsverhältnis zwischen Innen- und Außenteil ist an sich nicht zwingend festgelegt, typischerweise weisen Innen- und Außenteil aber ähnliche Abmessungen auf.
Die Halterung dient insbesondere auch als Abstandshalter, um das Halbleitermodul von dem Formteil zu beabstanden und zwischen diesen eine Luftzirkulation zu ermöglich, z.B. um im Falle eines Formteils aus Beton ein Anstauen von Ausgasungen zu vermeiden. Vorzugsweise ist durch die Halterung zwischen dem Halbleitermodul und dem Formteil ein Abstand im Bereich von 5 mm bis 5 cm ausgebildet, andere Werte sind aber grundsätzlich auch geeignet. In einer geeigneten Ausgestaltung ist zur Ausbildung des Abstands ein Spalt ausgebildet, welcher das Halbleitermodul umläuft und dieses vom Formteil beabstandet. Dies ist an sich unabhängig von der Ausgestaltung einer gegebenenfalls vorhandenen Ausnehmung im Formteil wie zuvor bereits beschrieben.
Vorzugsweise weist das Fassadenelement mehrere Halterungen für ein einzelnes Halbleitermodul auf, um dieses besonders sicher zu befestigen. Die genaue Anzahl der Halterungen variiert insbesondere mit Abmessungen und Form des Halbleitermoduls und des Formteils. Jede Halterung weist insbesondere genau eine Klemme auf. Beispielsweise sind vier Halterungen vorhanden, zum Einklemmen eines rechteckigen Halbleitermoduls, welches an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils nahe einer Ecke mit einer Klemme befestigt ist. Zwei jeweilige Halterungen sind typischerweise um mehrere 10 cm voneinander beabstandet, andere Abstände sind aber je nach Ausgestaltung auch denkbar und geeignet. Allgemein ist der Abstand zwischen den Halterungen jedoch vorzugsweise deutlich größer als die Abmessungen einer jeweiligen Halterung, sodass insgesamt die Halterungen das Halbleitermodul lediglich punktuell fixieren. Die Abmessungen von Formteil und Halbleitermodul sind an sich beliebig, vorzugsweise liegen die Abmessungen des Halbleitermoduls in der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen des Formteils oder eine Größenordnung geringer. Typische Abmessungen für das Formteil sind mehrere 10 cm bis 10 m, typische Abmessungen für das Halbleitermodul sind wenige Zentimeter bis 2 m. Andere Abmessungen sind grundsätzlich möglich.
Bei der Montage des Halbleitermoduls am Formteil wird das Halbleitermodul in der Klemme eingeklemmt und dadurch am Formteil befestigt. Die Klemme weist hierzu zwei Klemmelemente auf, zwischen welchen das Halbleitermodul eingeklemmt wird, oder lediglich ein Klemmelement und das Halbleitermodul wird zwischen dem Klemmelement und dem Formteil selbst eingeklemmt. In jedem Fall erzeugt die Klemme eine Klemmkraft, mittels welcher das Halbleitermodul festgehalten wird, insbesondere kraftschlüssig. Zur Erzeugung der Klemmkraft sind verschiedene Mechanismen geeignet. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Federmechanismus mit einer Rückstellkraft, welche die Klemmkraft erzeugt. Denkbar und geeignet ist aber auch ein Hebel- oder Schraubmechanismus zur Betätigung der Klemme und zur Erzeugung einer Klemmkraft.
Durch die Klemme ist ein besonders einfacher Haltemechanismus realisiert, welcher eine einfache Montage und insbesondere auch Demontage ermöglicht. Zudem ist die hier beschriebene Halterung langzeitstabil und besonders robust, z.B. gegenüber Umwelteinwirkungen. Je nach Ausgestaltung des Formteils gast dieses beispielsweise mit der Zeit Substanzen aus, gegenüber welchen ein Klebstoff nicht beständig ist. Beispielweise gast ein Formteil aus Beton mit der Zeit alkalische Substanzen aus, welche sich insbesondere zwischen dem Formteil und dem Halbleitermodul ansammeln und einen Klebstoff, mit welchem das Halbleitermodul am Formteil festgeklebt ist, zerstören. Unabhängig davon besteht bei einem Klebstoff auch die Gefahr, von der allgemeinen Witterung angegriffen zu werden, speziell im Außenbereich. Dies ist besonders bei Fassadenelementen zu beachten, da diese häufig 10 Jahre und mehr möglichst wartungsfrei überdauern müssen und also eine langzeitstabile Lösung erfordern, welche durch die hier beschriebenen Halterung realisiert ist.
Das Halbleitermodul ist vorzugsweise ein organisches Photovoltaikmodul ist, auch kurz als OPV-Modul bezeichnet. Photovoltaikmodule, kurz PV-Module, werden auch als Solarzellen bezeichnet und dienen der Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Ein Photovoltaikmodul weist allgemein eine aktive Schicht auf, welche zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Die aktive Schicht und die Elektroden sind typsicherweise gemeinsamen auf einem Träger angeordnet, beispielsweise einer Trägerfolie. Die Elektroden, die aktive Schicht und gegebenenfalls auch eine zusätzliche Trägerfolie sind bevorzugterweise von einer Außenhülle umgeben und darin eingeschlossen, vorzugsweise einlaminiert, z.B. zwischen zwei Platten oder Folien aus Glas, PMMA, PC oder dergleichen. In der aktiven Schicht wird Licht absorbiert und dadurch ein Strom generiert, welcher über eine Leitung mit zwei Anschlüssen abführbar ist.
Bei einem OPV-Modul weist die aktive Schicht als wesentliches Element zur Stromerzeugung einen organischen Halbleiter auf. Ein OPV-Modul zeichnet sich durch eine besondere Flexibilität hinsichtlich dessen Design einerseits und andererseits auch durch eine besondere mechanische Flexibilität aus. Ein typisches OPV-Modul weist eine Stärke im Bereich von 0,1 mm bis 3 mm auf, Abmessungen außerhalb dieses Bereichs sind aber ebenfalls möglich und geeignet. Das OPV-Modul zeichnet sich außerdem durch ein besonders geringes Gewicht pro Flächeneinheit aus. Die Form des OPV-Modul und somit dessen äußere Anmutung sind besonders frei gestaltbar und somit an einen konkreten Anwendungsfall oder Nutzerwunsch anpassbar. Die Designfreiheit ermöglicht auch eine Anpassung an bestimmte elektrische Anforderungen hinsichtlich Strom und Spannung des Photovoltaikmoduls.
Alternativ zur Ausgestaltung als Photovoltaikmodul ist das Halbleitermodul als Leuchtmodul, vorzugsweise organisches Leuchtmodul, ausgebildet, absorbiert also nicht Licht zur Stromerzeugung, sondern verbraucht Strom zur Lichterzeugung. Ein solches Halbleitermodul ist besonders für ein Fassadenelement im Innenraum geeignet aber auch für eine Außenfassade vorteilhaft.
Unabhängig davon, ob das Halbleitermodul ein Photovoltaikmodul oder ein Leuchtmodul ist, ist das Halbleitermodul insbesondere insgesamt flächig ausgebildet, also zumindest eine Größenordnung und regelmäßig mehrere Größenordnungen länger und breiter als stark. Das Halbleitermodul weist allgemein eine Vorderseite auf und eine dieser gegenüberliegende Rückseite sowie eine Umlaufkante, welche die Vorderseite und die Rückseite berandet.
Abseits von der hier bevorzugten Ausgestaltung als OPV-Modul ist die weitere konkrete Ausgestaltung des Halbleitermoduls vorliegend vorerst nicht von Bedeutung. Lediglich beispielhaft weist das Halbleitermodul ein oder mehrere Zellen auf, welche miteinander seriell oder parallel verschaltet sind oder eine Kombination hiervon. Die Zellen sind insbesondere flächig nebeneinander angeordnet. Das Hableitermodul weist beispielsweise eine Systemspannung von bis zu 120 VDC auf sogar nur bis zu 60 VDC. Denkbar ist auch, dass mehrere Halbleitermodule an dem Formteil festgeklemmt sind und untereinander elektrisch verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Halterung einen Anker auf, mit einem Fuß, welcher in das Formteil eingesetzt ist, und mit einem Zapfen, welcher sich in einer Längsrichtung erstreckt und aus dem Formteil herausragt und an welchem die Klemme angebracht ist. Der Fuß ist insbesondere vollständig ein Teil des Innenteils und somit vollständig in das Formteil eingesetzt. Der Zapfen verläuft je nach Ausgestaltung des Ankers vollständig außerhalb des Formteils oder teilweise auch innerhalb des Formteils. In jedem Fall bildet der Zapfen eine Verbindung von innerhalb des Formteils zu außerhalb des Formteils. Der Zapfen verbindet somit den Fuß, welcher eine Befestigung am Formteil gewährleistet, mit der Klemme, welche eine Befestigung des Halbleitermodul gewährleistet. Wesentlich ist bei dem Fuß, dass dieser die Halterung am oder im Formteil verankert und somit befestigt, entweder reversibel oder irreversibel. Darüber hinaus ist die Gestaltung des Fußes von untergeordneter Bedeutung. In einer geeigneten Ausgestaltung sind der Fuß und der Zapfen zusammen betrachtet T-förmig, wobei der Fuß den Querbalken des T bildet und der Zapfen den Längsbalken, welcher beispielsweise mittig vom Querbalken in Längsrichtung aus dem Formteil heraus erstreckt. In einer möglichen Ausgestaltung ist der Fuß quader-, barren-, stift- oder tellerförmig. Der Anker ist vorzugsweise einstückig, d.h. monolithisch, hergestellt, also gerade nicht aus mehreren separaten Teilen zusammengesetzt, sodass dann der Fuß und der Zapfen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der Anker ist beispielsweise ein Spritzgussteil, z.B. aus einem Kunststoff.
Der Zapfen ist in Längsrichtung gemessen vorzugsweise zwischen 0,5 cm und 5 cm lang. Der Zapfen ist quer zur Längsrichtung gemessen vorzugsweise zwischen 1 mm und 20 mm breit. Der Zapfen weist in einer geeigneten Ausgestaltung senkrecht zur Längsrichtung einen quadratischen Querschnitt auf, andere Querschnitte, z.B. rechteckig oder rund, sind aber auch grundsätzlich geeignet.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist der Anker zusätzlich einen Kragen auf, welcher den Zapfen umringt und den Übergang vom Innenteil zum Außenteil der Halterung markiert. Entsprechend liegt der Kragen an oder in der Oberfläche des Formteils. Der Kragen dient insbesondere zur Fixierung des Ankers im Formteil sowie zur Positionierung des Ankers relativ zum Formteil während dessen Herstellung.
Der Anker ist geeigneterweise aus einem Material gefertigt, welches mit dem Werkstoff des Formteils kompatibel ist und hierzu insbesondere ähnliche chemische, physikalische und/oder mechanische Eigenschaften aufweist. Da der Anker mit dem Formteil in Kontakt steht, wird durch die Kompatibilität sichergestellt, dass die Verbindung zwischen Halterung und Formteil mit der Zeit nicht degradiert. Geeigneterweise ist das Material des Ankers z.B. chemisch beständig gegenüber alkalischen Ausdünstungen oder allgemein einer alkalischen Umgebung, wie beispielsweise bei Beton. Alternativ oder zusätzlich weist das Material des Ankers geeigneterweise eine ähnliche Wärmeausdehnung wie der Werkstoff des Formteils auf, sodass sich beide Teile bei Temperaturschwankungen ähnlich ausdehnen und zusammenziehen.
Für einen besonders sicheren Halt am Formteil weist der Fuß in einer geeigneten Ausgestaltung zumindest ein Loch auf, durch welches der Werkstoff, aus welchem das Formteil hergestellt ist, hindurchreicht, zur Verankerung der Halterung im Formteil. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem Formteil als Gussteil, in welches die Halterung eingegossen wird. Beim Urformen des Formteils dringt der Werkstoff auch durch das Loch hindurch, verfestigt sich dann und hält auf diese Weise die Halterung in einer definierten Position fest. Die Halterung ist dann auch nicht mehr zerstörungsfrei von dem Formteil trennbar. Alternativ oder zusätzlich weist der Fuß ein Loch auf, zur Anbringung einer elektrischen Zuleitung, um diese an einer definierten Position in das Formteil zu integrieren.
Bevorzugterweise weist die Klemme eine Klemmlasche auf, welche auf den Zapfen aufgesetzt ist und das Halbleitermodul zum Einklemmen in Richtung des Zapfens drückt. Zum Aufsetzen auf den Zapfen weist die Klemmlasche geeigneterweise eine Ausnehmung auf, durch welche der Zapfen hindurchgeführt ist. Auf diese Weise ist die Klemmlasche sicher mit dem Formteil verbunden. Die Klemmlasche ist bevorzugterweise aus einem federelastischen Werkstoff hergestellt, zweckmäßigerweise aus Metall. Die Klemmlasche ist insbesondere derart ausgebildet, dass diese beim Einklemmen des Halbleitermoduls elastisch verbogen wird, sodass eine Rückstellkraft entsteht, welche in montiertem Zustand dauerhaft gegen das Halbleitermodul drückt und dieses dadurch festklemmt. In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Klemmlasche hierzu J- oder L-förmig oder ähnlich geformt ausgebildet und weist dann zwei Schenkel auf, von welchen einer, d.h. der erste Schenkel, am Zapfen angebracht ist und der andere, d.h. der zweite Schenkel, gegen das Halbleitermodul drückt. Auf diese Weise ist ein Federmechanismus wie weiter oben bereits angedeutet realisiert, bei welchem das Halbleitermodul mittels einer Rückstellkraft gegen eine Gegenkontur gedrückt und dadurch befestigt wird. Die Gegenkontur wird von der Klemme selbst gebildet oder von dem Formteil. Insgesamt ist das Halbleitermodul dann klammer- oder zangenartig umgriffen. Die Klemme wird daher auch als Montageklammer bezeichnet. In einer Ausgestaltung greift die Klemmlasche dabei mit dem zweiten Schenkel auf der Vorderseite des Halbleitermoduls an und drückt dessen Rückseite an die Gegenkontur oder umgekehrt. Die Klemmlasche ist vorzugsweise einstückig, d.h. monolithisch, hergestellt. In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Klemmlasche aus einem Metallblechstreifen hergestellt, welcher geknickt ist, z.B. mittels Abkanten, sodass zwei Schenkel wie beschrieben ausgebildet sind.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist der Zapfen eine Hinterschneidung auf, zum Fixieren der Klemmlasche, und die Klemmlasche weist eine Ausnehmung auf, zum Aufsetzen der Klemmlasche auf den Zapfen in Längsrichtung. Die Hinterschneidung ist zweckmäßigerweise dadurch gebildet, dass der Zapfen einen Hals aufweist, an welchen sich in Längsrichtung und vom Formteil fort ein Kopf anschließt, welcher quer zur Längsrichtung breiter ist als der Hals. Die Ausnehmung ist nun endseitig verjüngt, zum Einschieben in die Hinterschneidung beim Verschieben der Klemmlasche senkrecht zur Längsrichtung. Die Ausnehmung weist demnach zwei Abschnitte auf, nämlich endseitig einen verjüngten Abschnitt und daran anschließend einen demgegenüber breiteren Abschnitt. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die beiden Abschnitte jeweils rechteckig und ähnlich lang, d.h. deren Längen unterscheiden sich um höchstens einen Faktor 2, aber unterschiedlich breit, sodass sich grob eine Pilzform oder T-Form ergibt. Denkbar und geeignet ist auch eine V-Form oder ähnliches. Der breitere Abschnitt ist breiter als der Zapfen, speziell dessen Kopf, sodass bei der Montage des Fassadenelements der Zapfen durch den breiteren Abschnitt hindurchführbar ist. Dies erfolgt insbesondere in Längsrichtung. Die Klemmlasche wird dann insbesondere bis zu einem Anschlag, z.B. bis zum Formteil selbst oder bis zum bereits beschriebenen Kragen, auf den Zapfen aufgesetzt und dann senkrecht zur Längsrichtung verschoben, sodass der Zapfen vom breiteren Abschnitt in den verjüngten Abschnitt geführt wird und die Klemmlasche am Hals hinter dem Kopf gehalten ist. Die Klemmlasche ist dann auch gegen einen Auszug in Längsrichtung gesichert. Zweckmäßigerweise hält die Klemmlasche am Zapfen durch einen Kraftschluss in der Hinterschneidung.
Vorteilhafterweise weist die Klemme eine Klemmbacke auf, welche auf den Zapfen aufgesetzt ist, sodass in montiertem Zustand das Halbleitermodul zwischen der Klammbacke und der Klammlasche eingeklemmt ist. Die Klemmbacke dient somit vorteilhaft als Gegenkontur wie weiter oben bereits angedeutet. Das Halbleitermodul liegt dann in montiertem Zustand beispielsweise mit der Rückseite auf der Klemmbacke auf und wird auf der gegenüberliegenden Vorderseite mittels der Klemmlasche verspannt. Zur Montage wird die Klemmlasche z.B. elastisch aufgebogen, das Halbleitermodul auf die Klemmbacke gelegt und dann die Klemmlasche losgelassen, um zurückzufedern und dadurch gegen das Halbleitermodul zu drücken.
Zweckmäßigerweise besteht die Klemmbacke aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere einem Gummi. Dadurch ist eine optimale Befestigung und zugleich minimale Beschädigung des Halbleitermoduls gewährleistet.
Die Klemmbacke weist zum Auflegen des Halbleitermoduls zweckmäßigerweise eine plane Auflagefläche auf, gegen welche das Halbleitermodul dann auch mittels der Klemmlasche gedrückt wird. Allgemein ist die Auflagefläche aber geeigneterweise an die Form des Halbleitermoduls angepasst und ist dann z.B. gebogen, falls das Halbleitermodul selbst gebogen ist. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist die Klemmbacke insgesamt quaderförmig, grundsätzlich ist aber auch eine Vielzahl anderer Formen geeignet.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Klemmbacke insbesondere in Längsrichtung auf den Zapfen aufgesteckt ist und diesen hintergreift, sodass ein Abzug der Klemmbacke vom Zapfen in Längsrichtung verhindert ist. Zudem sichert die Klemmbacke hierbei vorteilhaft auch die Klemmlasche. Die Klemmbacke stellt dann einen endseitigen Verschluss auf dem Zapfen dar und ist auf diesen kappenartig aufgesetzt. Bei der Herstellung des Fassadenelements wird somit zuerst die Klemmlasche auf den Zapfen aufgesetzt und anschließend die Klemmbacke. Danach wird das Halbleitermodul eingeklemmt. Die Klemmbacke weist zweckmäßigerweise eine Ausnehmung auf, mit einem verjüngten Eingang, und der Kopf des Zapfens wird vollständig in der Ausnehmung aufgenommen, sodass der verjüngte Eingang in die Hinterschneidung des Zapfens greift und so die Klemmbacke am Zapfen fixiert. Die Klemmbacke wird daher auch als Endkappe bezeichnet.
Das Halbleitermodul ist allgemein ein elektrisches Bauteil, welches einen elektrischen Anschluss aufweist, um das Halbleitermodul mit einem Stromnetz zu verbinden, an welches z.B. noch andere Halbleitermodule, Verbraucher, Energiespeicher, Energiequellen oder eine Kombination hiervon angeschlossen sind. Der elektrische Anschluss weist eine typischerweise zweipolige Leitung auf, welche geeigneterweise endseitig mit einem entsprechenden Steckverbinder terminiert ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung, sind mehrere Halbleitermodule miteinander über eine oder mehrere elektrische Zuleitungen verbindbar. Eine solche Zuleitung wird auch als Sammelleiter oder Bus-Leitung bezeichnet. Vorzugsweise ist dann in das Formteil eine elektrische Zuleitung integriert, zum Verbinden mit einer Zuleitung eines anderen Fassadenelements einerseits und zum Anschließen des Halbleitermoduls andererseits. Zusätzlich dient die Zuleitung insbesondere auch zum Anschließen an einen Verbraucher, einen Energiespeicher oder eine Energiequelle. Die Integration der Zuleitung erfolgt insbesondere analog zur Integration der Halterung, z.B. durch Eingießen bei der Herstellung des Formteils oder durch nachträgliches Einsetzen. Ein Ende der Zuleitung ist insbesondere aus dem Formteil herausgeführt und je nach Bedarf mit einem Steckverbinder terminiert, welcher komplementär zum Steckverbinder des Halbleitermoduls ist oder komplementär zu einem Steckverbinder einer Zuleitung eines anderen Fassadenelements.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei welcher die elektrische Zuleitung durch die Halterung hindurchgeführt ist, insbesondere von innerhalb des Formteils nach außerhalb des Formteils. Vorzugsweise ist die Zuleitung in Längsrichtung durch den Zapfen hindurchgeführt. Auf diese Weise wird die Zuleitung speziell bei der Herstellung des Formteils in einer definierten Position gehalten und ein Verrutschen der Zuleitung z.B. beim Eingießen verhindert. Zudem ist die Zuleitung beim Austritt aus dem Formteil durch die umliegende Halterung geschützt. Zweckmäßigerweise umschließt die Halterung die Zuleitung dichtend, sodass ein Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen Stoffen entlang der Zuleitung und ins Innere des Formteils verhindert wird. Geeigneterweise weist eine gegebenenfalls vorhandene Klemmlasche oder Klemmbacke eine Ausnehmung auf, z.B. einen Schlitz oder ein Loch, in welche die Zuleitung aufgenommen wird, wenn die Klemmlasche oder Klemmbacke bei der Montage auf den Zapfen aufgesetzt wird.
Wie aus den bisherige Ausführungen deutlich wird, lassen sich vorteilhaft auch mehrere Fassadenelemente beliebig miteinander kombinieren und daran festgeklemmte Halbleitermodule auf einfache und flexible Weise untereinander verschalten. Dadurch ist eine Fassade mit einem hohen Designfreiheitsgrad realisierbar, bei welcher insbesondere die elektrische Verschaltung mehrerer Halbleitermodule untereinander vorteilhaft versteckt ist. Insgesamt ist durch das Fassadenelement auch eine modulare Bauweise für ein Gebäude derart ermöglicht, dass mehrere gleiche oder unterschiedliche Fassadenelemente nach Belieben kombinierbar sind und dabei bereits vorbereitet sind für eine flexible, auch nachträglich änderbare, Anbringung von Halbleitermodulen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 ein Fassadenelement,
2 eine Schnittansicht des Fassadenelements aus 1,
3 eine Schnittansicht einer Variante eines Fassadenelements,
4 einen Anker,
5 den Anker aus 4 in einer anderen Ansicht,
6 eine Klemmlasche,
7 die Klemmlasche aus 6 in einer anderen Ansicht,
8 eine Klemmbacke,
9 die Klemmbacke aus 8 in einer anderen Ansicht,
10 zwei Positionen der Klemmlasche aus 6,
11 mehrere Fassadenelemente mit miteinander verschalteten Halbleitermodulen,
12 ausschnittsweise eines der Fassadenelemente aus 11 in einer perspektivischen Ansicht,
13 den Anker aus 4 mit daran angebrachter Zuleitung,
14 eine Variante von mehreren Fassadenelementen mit miteinander verschalteten Halbleitermodulen.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fassadenelements 2 in einem montierten Zustand gezeigt. Das Fassadenelement 2 ist ausgebildet zur Verwendung als Teil eines nicht näher gezeigten Gebäudes. Das hier gezeigte Fassadenelement 2 ist ein Wandelement und bildet am Gebäude einen Teil einer Außenseite. Das Fassadenelement 2 weist ein Formteil 4 auf und eine Halterung 6, hier sogar vier Halterungen 6. Die jeweilige Halterung 6 ist in das Formteil 4 eingesetzt und darin verankert und ragt aus dem Formteil 4 teilweise heraus. Eine Halterung 6 ist in 2 gezeigt, welche ein Schnittansicht eines detaillierter dargestellten Ausschnitts aus 1 ist. Wie daraus erkennbar ist, weist die Halterung 6 eine Klemme 8 auf, zum Einklemmen eines Halbleitermoduls 10, um dieses am Formteil 4 zu befestigen, wie in z.B. in 1 erkennbar ist. Aufgrund der Halterung 6 mit Klemme 8 ist am Halbleitermodul 10 selbst kein Verbindungselement nötig, daher ist das Halbleitermodul 10 hier selbst frei von Verbindungselementen und weist kein komplementäres Verbindungsteil eines Verbindungssystems auf. Die Halterung 6 ist insofern einteilig, indem sämtliche Teile der Halterung 6 am Formteil 4 angebracht sind.
Ein wesentlicher Teil des Fassadenelements 2 ist das Formteil 4, welches die Abmessung und Form des Fassadenelements 2 bestimmt. Bei dem hier gezeigten Fassadenelement 2 ist das Formteil 4 quaderförmig, jegliche anderen Formen sind jedoch ebenso denkbar und geeignet. Vorliegend ist das Formteil 4 speziell rahmenartig ausgebildet und weist eine Ausnehmung 12 auf, in welcher das Halbleitermodul 10 montiert ist, sodass dieses dann von dem Formteil 4 rahmenartig umgeben ist, wie z.B. in 1 erkennbar. Die Ausnehmung 12 ist in 1 ein vollständiger Durchbruch, sodass das Fassadenelement 2 insgesamt nach Art eines Fensters gestaltet ist, mit dem Formteil 4 als Rahmen und dem Halbleitermodul 10 als Fensterscheibe. In einer nicht gezeigten Alternative ist die Ausnehmung 12 eine einfache Vertiefung, auch als Mulde bezeichnet, sodass das Halbleitermodul 10 sozusagen in das Formteil 4 eingelassen oder darin versenkt ist und beispielsweise mit einem umlaufenden Rahmen des Formteils 4 fluchtet.
Die Halterung 6 ist bei der Herstellung auf vielfältige Weise relativ zum Formteil 4 ausrichtbar. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Formteil 4 mit Ausnehmung 12 ist die Halterung 6 nach innen in die Ausnehmung 12 hinein gerichtet. In 3 ist eine Alternative gezeigt, bei welcher die Halterung 6 auf einer Oberseite des Formteils 4 angebracht ist und nach vorn ausgerichtet ist, sodass ein am Formteil 4 montiertes Halbleitermodul 10 dann das Formteil 4 sozusagen verdeckt. Auch eine Positionierung auf einer Seitenfläche des Formteils 4 ist möglich.
Das gezeigte Formteil 4 ist ein Gussteil, in welches bei dessen Herstellung die Halterung 6 integriert wird. Die Herstellung umfasst hier ein Gießverfahren, bei welchem das Formteil 4 urgeformt wird und bei welchem gleichzeitig die Halterung 6 eingesetzt wird, sodass diese sozusagen vom Werkstoff, aus welchem das Formteil 4 hergestellt wird, umgossen wird. Alternativ zum Eingießen der Halterung 6 wird diese in das Formteil 4 nachträglich eingesetzt, z.B. eingeschraubt, eingeklebt oder in einer Öffnung im Formteil 4 verspannt.
Vorliegend besteht das Formteil 4 aus Beton, welcher ein üblicher Werkstoff für Fassadenelemente 2 für Gebäude ist. Die Halterung 6 wird direkt in den Beton eingesetzt und von diesem festgehalten und ist also unmittelbar im Beton verankert.
Die Halterung 6 dient als Verbindungselement zwischen dem Formteil 4 und dem Halbleitermodul 10. In montiertem Zustand stehen das Halbleitermodul 10 und das Formteil 4 nicht notwendigerweise in direktem Kontakt zueinander, sondern sind abhängig von der Ausgestaltung der Klemme 8 mittels der Halterung 6 lediglich mittelbar miteinander verbunden, wie z.B. im Ausführungsbeispiel der 1. Denkbar und geeignet ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Klemme 8 das Halbleitermodul 10 direkt gegen das Formteil 4 drückt und dadurch das Halbleitermodul 10 einklemmt. In montiertem Zustand, d.h. wenn das Halbleitermodul 10 in die Klemme 8 eingeklemmt ist, sind das Halbleitermodul 10 und das Formteil 4 gegeneinander unbeweglich, sodass das Halbleitermodul 10 am Formteil 4 fixiert ist. Vorliegend ist das Halbleitermodul 10 jedoch reversibel am Formteil 4 befestigbar, d.h. aus der Klemme 8 wieder herauslösbar.
Die Halterung 6 wird vorliegend bereits bei der Herstellung des Formteils 4 in dieses derart eingesetzt, dass die Halterung 6 teilweise aus dem Formteil 4 herausragt. Derjenige Teil der Halterung 6, welcher aus dem Formteil 4 herausragt, wird auch als Außenteil 14 bezeichnet und weist auch die Klemme 8 auf. Die Klemme 8 wird beispielsweise bereits bei der Herstellung des Fassadenelements 2 montiert oder erst nachträglich. Im Gegensatz zum Außenteil 14 sitzt der übrige Teil, auch als Innenteil 16 bezeichnet, im Formteil 4 ein, sodass die Halterung 6 im Formteil 4 verankert ist. Das Größen- oder Anteilsverhältnis zwischen Innen- und Außenteil 14, 16 ist an sich nicht festgelegt, im Ausführungsbeispiel der 2 ist aber erkennbar, dass Innen- und Außenteil 14, 16 hier ähnliche Abmessungen aufweisen.
Die Halterung 6 dient in den 1, 2 auch als Abstandshalter, um das Halbleitermodul 10 von dem Formteil 4 zu beabstanden und zwischen diesen eine Luftzirkulation zu ermöglich. Beispielsweise ist durch die Halterung zwischen dem Halbleitermodul 10 und dem Formteil 4 ein Abstand im Bereich von 5 mm bis 5 cm durch einen nicht explizit bezeichneten Spalt ausgebildet.
Die genaue Anzahl der Halterungen 6 variiert mit Abmessungen und Form des Halbleitermoduls 10 und des Formteils 4. Jede Halterung 6 weist aber vorliegend genau eine Klemme 8 auf. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist erkennbar, dass vier Halterungen 6 vorhanden sind, zum Einklemmen des rechteckigen Halbleitermoduls 10, welches an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils nahe einer Ecke mit einer Klemme 8 befestigt ist. Zwei jeweilige Halterungen 6 sind hierbei typischerweise um mehrere 10 cm voneinander beabstandet, andere Abstände sind aber je nach Ausgestaltung auch denkbar und geeignet. Allgemein ist der Abstand zwischen den Halterungen 6 deutlich größer als die Abmessungen einer jeweiligen Halterung 6, sodass die Halterungen 6 das Halbleitermodul 10 wie in 1 gezeigt lediglich punktuell fixieren.
Bei der Montage des Halbleitermoduls 10 am Formteil 4 wird das Halbleitermodul 10 in der Klemme 8 eingeklemmt und dadurch am Formteil 4 befestigt. Die Klemme 8 weist hierzu zwei Klemmelemente auf, zwischen welchen das Halbleitermodul 10 eingeklemmt wird, oder lediglich ein Klemmelement und das Halbleitermodul 10 wird zwischen dem Klemmelement und dem Formteil 4 selbst eingeklemmt. In jedem Fall erzeugt die Klemme 8 eine Klemmkraft, mittels welcher das Halbleitermodul 10 festgehalten wird. In den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 wird zur Erzeugung der Klemmkraft ein Federmechanismus verwendet, mit einer Rückstellkraft, welche die Klemmkraft erzeugt.
Das Halbleitermodul 10 ist hier ein organisches Photovoltaikmodul, auch kurz als OPV-Modul bezeichnet. Ein typisches OPV-Modul weist eine Stärke im Bereich von 0,1 mm bis 3 mm auf, Abmessungen außerhalb dieses Bereichs sind aber ebenfalls denkbar. Die Form des OPV-Modul und somit dessen äußere Anmutung sind frei gestaltbar und somit an einen konkreten Anwendungsfall oder Nutzerwunsch anpassbar. Die Designfreiheit ermöglicht auch eine Anpassung an bestimmte elektrische Anforderungen hinsichtlich Strom und Spannung des Photovoltaikmoduls. Alternativ zur Ausgestaltung als Photovoltaikmodul ist das Halbleitermodul 10 als Leuchtmodul ausgebildet. Unabhängig davon, ob das Halbleitermodul 10 ein Photovoltaikmodul oder ein Leuchtmodul ist, ist das Halbleitermodul 10 vorliegend insgesamt flächig ausgebildet, also zumindest eine Größenordnung und regelmäßig mehrere Größenordnungen länger und breiter als stark. Das Halbleitermodul 10 weist allgemein eine Vorderseite auf und eine dieser gegenüberliegende Rückseite sowie eine Umlaufkante, welche die Vorderseite und die Rückseite berandet. Die konkrete Ausgestaltung des Halbleitermoduls 10 ist aber vorliegend vorerst nicht von Bedeutung. Lediglich beispielhaft weist das Halbleitermodul ein oder mehrere Zellen 18 auf, welche miteinander seriell oder parallel verschaltet sind oder eine Kombination hiervon. In 1 sind die Zellen 18 lediglich angedeutet.
In den gezeigten Ausgestaltungen weist die Halterung 6 einen Anker 18 auf, mit einem Fuß 20, welcher in das Formteil 4 eingesetzt ist, und mit einem Zapfen 22, welcher sich in einer Längsrichtung L erstreckt und aus dem Formteil 4 herausragt und an welchem die Klemme 8 angebracht ist. Der Anker 18 aus den 2 und 3 ist dort bereits in einer Seitenansicht erkennbar, in 4 ist dieser Anker 18 in einer Ansicht gezeigt, welche diesbezüglich um 90° um die Längsachse L gedreht ist. In 5 ist der Anker 18 in einer Frontansicht entlang der Längsrichtung L gezeigt. Der Fuß 20 des Ankers 18 ist vollständig ein Teil des Innenteils 16 und somit vollständig in das Formteil 4 eingesetzt. Der Zapfen 22 verläuft je nach Ausgestaltung des Ankers 18 vollständig außerhalb des Formteils 4 oder teilweise auch innerhalb davon. In jedem Fall bildet der Zapfen 22 eine Verbindung von innerhalb des Formteils 4 zu außerhalb des Formteils 4 und verbindet somit den Fuß 20, welcher eine Befestigung am Formteil 4 gewährleistet, mit der Klemme 8, welche eine Befestigung des Halbleitermodul 10 gewährleistet.
Wesentlich ist bei dem Fuß 20, dass dieser die Halterung 6 am oder im Formteil 4 verankert und somit befestigt, entweder reversibel oder irreversibel. Darüber hinaus ist die Gestaltung des Fußes 20 von untergeordneter Bedeutung. In den gezeigten Ausgestaltungen sind der Fuß 20 und der Zapfen 22 zusammen betrachtet T-förmig, wobei der Fuß 20 den Querbalken des T bildet und der Zapfen 22 den Längsbalken, welcher sich hier mittig vom Querbalken in Längsrichtung L aus dem Formteil 4 heraus erstreckt. Der gezeigte Fuß 20 ist barrenförmig. Der Anker 18 ist hier insgesamt einstückig, d.h. monolithisch, hergestellt, sodass der Fuß 20 und der Zapfen 22 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der Anker 18 ist beispielsweise ein Spritzgussteil.
In den hier gezeigten Ausgestaltungen weist der Anker 18 zusätzlich einen Kragen 24 auf, welcher den Zapfen 22 umringt und den Übergang vom Innenteil 16 zum Außenteil 14 der Halterung 6 markiert. Entsprechend liegt der Kragen 24 an oder in der Oberfläche des Formteils 4.
Für einen sicheren Halt am Formteil 4 weist der gezeigte Fuß 20 zumindest ein Loch 26 auf, durch welches der Werkstoff, aus welchem das Formteil 4 hergestellt ist, hindurchreicht. Beim Urformen des Formteils 4 dringt der Werkstoff durch das Loch 26 hindurch, verfestigt sich und hält auf diese Weise die Halterung 6 in einer definierten Position fest. Die Halterung 6 ist dann auch nicht mehr zerstörungsfrei von dem Formteil 4 trennbar.
Die in den 2 und 3 beispielhaft gezeigte Klemme 8 weist eine Klemmlasche 28 auf, welche auf den Zapfen 22 aufgesetzt ist und das Halbleitermodul 10 zum Einklemmen in Richtung des Zapfens 22 drückt. Die Klemmlasche 28 aus 2 ist in der gleichen seitlichen Ansicht nochmals in 6 gezeigt und in 7 in einer hier um 90° gedrehten Frontansicht, sodass die Blickrichtung entlang der Längsrichtung L liegt. Zum Aufsetzen auf den Zapfen 22 weist die Klemmlasche 28 eine Ausnehmung 30 auf, durch welche der Zapfen 22 hindurchgeführt ist. Auf diese Weise ist die Klemmlasche 28 sicher mit dem Formteil 4 verbunden. Die Klemmlasche 28 ist hier einstückig, d.h. monolithisch, hergestellt. Die Klemmlasche 28 ist hier weiter aus einem federelastischen Werkstoff hergestellt und derart ausgebildet, dass die Klemmlasche 28 beim Einklemmen des Halbleitermoduls 10 elastisch verbogen wird, sodass eine Rückstellkraft entsteht, welche in montiertem Zustand dauerhaft gegen das Halbleitermodul 10 drückt und dieses dadurch festklemmt. In den gezeigten Ausgestaltungen ist die Klemmlasche 28 hierzu J- oder L-förmig oder ähnlich geformt ausgebildet, besonders gut erkennbar in 6, und weist dann zwei Schenkel 32, 34 auf, von welchen einer, d.h. der erste Schenkel 32, am Zapfen 22 angebracht ist und der andere, d.h. der zweite Schenkel 34, gegen das Halbleitermodul 10 drückt. Auf diese Weise ist ein Federmechanismus realisiert, bei welchem das Halbleitermodul 10 mittels einer Rückstellkraft gegen eine Gegenkontur gedrückt und dadurch befestigt wird. Die Gegenkontur wird in den gezeigten Ausführungsbeispielen von der Klemme 8 selbst gebildet oder alternativ von dem Formteil 4. Insgesamt ist das Halbleitermodul 10 klammer- oder zangenartig umgriffen. In den Ausgestaltungen der 2 und 4 greift die Klemmlasche 28 dabei mit dem zweiten Schenkel 34 auf der Vorderseite des Halbleitermoduls 10 an und drückt dessen Rückseite an die Gegenkontur, hier in Richtung des Zapfens 22.
Der hier gezeigte Zapfen 22 weist eine Hinterschneidung auf, zum Fixieren der Klemmlasche 28, und die Klemmlasche 28 weist eine Ausnehmung 36 auf, zum Aufsetzen der Klemmlasche 28 auf den Zapfen 22 in Längsrichtung L. Die Hinterschneidung ist dadurch gebildet, dass der Zapfen 22 einen Hals 38 aufweist, an welchen sich in Längsrichtung L und vom Formteil 4 fort ein Kopf 40 anschließt, welcher quer zur Längsrichtung L breiter ist als der Hals 38. Die Ausnehmung 36 der Klemmlasche 28 ist nun endseitig verjüngt, zum Einschieben in die Hinterschneidung beim Verschieben der Klemmlasche 28 senkrecht zur Längsrichtung L, in 2 wird die Klemmlasche hierzu nach oben verschoben. Die Ausnehmung 36 weist demnach zwei Abschnitte auf, nämlich endseitig einen verjüngten Abschnitt 42 und daran anschließend einen demgegenüber breiteren Abschnitt 44. Im Ausführungsbeispiel der 7 sind die beiden Abschnitte 42, 44 jeweils rechteckig und ähnlich lang, aber unterschiedlich breit, sodass sich grob eine Pilzform oder T-Form ergibt. Denkbar und geeignet ist auch eine V-Form oder ähnliches. Der breitere Abschnitt 44 ist breiter als der Zapfen 22, speziell dessen Kopf 40, sodass bei der Montage des Fassadenelements 4 der Zapfen 22 in Längsrichtung L durch den breiteren Abschnitt 44 hindurchführbar ist. Die Klemmlasche 28 wird dann bis zu einem Anschlag, hier bis zum Kragen 24, auf den Zapfen 22 aufgesetzt und dann senkrecht zur Längsrichtung L verschoben, sodass der Zapfen 22 vom breiteren Abschnitt 44 in den verjüngten Abschnitt 42 geführt wird und die Klemmlasche 28 am Hals 38 hinter dem Kopf 40 gehalten ist. Das Verschieben senkrecht zur Längsrichtung L ist in 10 gezeigt, dort ist links die Klemmlasche in einer ersten Position nach dem Aufsetzen auf den Zapfen 22 gezeigt und rechts in einer zweiten Position nach dem Verschieben. Das nachträgliche Aufsetzen der Klemmbacke 46 ist in 10 nicht explizit gezeigt. Die Klemmlasche 28 ist dann gegen einen Auszug in Längsrichtung L gesichert und durch einen Kraftschluss in der Hinterschneidung gehalten.
Die in den 2 und 3 jeweils gezeigte Klemme 8 weist zusätzlich eine Klemmbacke 46 auf, welche auf den Zapfen 22 aufgesetzt ist, sodass in montiertem Zustand das Halbleitermodul 10 zwischen der Klammbacke 46 und der Klammlasche 28 eingeklemmt ist. Die Klemmbacke 46 der Klemme 8 dient somit als Gegenkontur wie weiter oben bereits angedeutet. Das Halbleitermodul 10 liegt hier in montiertem Zustand mit der Rückseite auf der Klemmbacke 46 auf und wird auf der gegenüberliegenden Vorderseite mittels der Klemmlasche 28 verspannt. Zur Montage wird die Klemmlasche 28 z.B. elastisch aufgebogen, das Halbleitermodul 10 auf die Klemmbacke 46 gelegt und dann die Klemmlasche 28 losgelassen, um zurückzufedern und dadurch gegen das Halbleitermodul 10 zu drücken. Die Klemmbacke 46 besteht hier aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Gummi. Die Klemmbacke 46 weist zudem hier zum Auflegen des Halbleitermoduls 10 eine plane Auflagefläche auf, gegen welche das Halbleitermodul 10 dann auch mittels der Klemmlasche 28 gedrückt wird. In den gezeigten Ausgestaltungen ist die Klemmbacke 46 insgesamt quaderförmig, grundsätzlich ist aber auch eine Vielzahl anderer Formen geeignet.
Die Klemmbacke 46 aus den 2 und 3 ist in den 8 und 9 in Ansichten analog zu den Ansichten der Klemmlasche 28 der 6 und 7 separat gezeigt. Vorliegend ist die Klemmbacke 46 in Längsrichtung L auf den Zapfen 22 aufgesteckt ist und hintergreift diesen, sodass ein Abzug der Klemmbacke 46 vom Zapfen 22 in Längsrichtung L verhindert ist. Zudem sichert die Klemmbacke 46 hierbei vorteilhaft auch die Klemmlasche 28. Die Klemmbacke 46 stellt dann einen endseitigen Verschluss auf dem Zapfen 22 dar und ist auf diesen kappenartig aufgesetzt. Bei der Herstellung des Fassadenelements 4 wird beispielsweise zuerst die Klemmlasche 28 auf den Zapfen 22 aufgesetzt und anschließend die Klemmbacke 46. Danach wird das Halbleitermodul 10 eingeklemmt. Die Klemmbacke 46 weist hierzu im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Ausnehmung 48 auf, mit einem verjüngten Eingang 50, und der Kopf 40 des Zapfens 22 wird vollständig in der Ausnehmung 48 aufgenommen, sodass der verjüngte Eingang 50 in die Hinterschneidung des Zapfens 22 greift und so die Klemmbacke 46 am Zapfen 22 fixiert.
Das Halbleitermodul 10 ist allgemein ein elektrisches Bauteil, welches einen elektrischen Anschluss 52 aufweist, um das Halbleitermodul 10 mit einem Stromnetz zu verbinden, an welches z.B. noch andere Halbleitermodule 10, Verbraucher, Energiespeicher, Energiequellen oder eine Kombination hiervon angeschlossen sind. Ein Beispiel hierfür ist in 11 gezeigt. Der elektrische Anschluss 52 ist hier lediglich beispielhaft mit einem nicht bezeichneten Zentralanschluss des Halbleitermoduls 10 verbunden und weist eine typischerweise zweipolige Leitung auf, welche geeigneterweise endseitig mit einem entsprechenden Steckverbinder terminiert ist. Im Ausführungsbeispiel der 11 ist in ein jeweiliges Formteil 4 eines jeweiligen Fassadenelements 2 eine elektrische Zuleitung 54 integriert, zum Verbinden mit einer Zuleitung 54 eines anderen Fassadenelements 2 einerseits und zum Anschließen des jeweiligen Halbleitermoduls 10 andererseits. Zusätzlich dienen die Zuleitungen 54 hier auch zum Anschließen an einen Verbraucher, einen Energiespeicher oder eine Energiequelle. Die Integration der Zuleitung 54 in das Formteil erfolgt insbesondere analog zur Integration der Halterung 6, z.B. durch Eingießen bei der Herstellung des Formteils 4 oder durch nachträgliches Einsetzen. Ein Ende der Zuleitung 54 ist aus dem Formteil 4 herausgeführt und je nach Bedarf mit einem Steckverbinder 56 terminiert, welcher komplementär zum Steckverbinder des Halbleitermoduls 10 ist oder komplementär zu einem Steckverbinder 56 einer Zuleitung 54 eines anderen Fassadenelements 2. In 11 sind lediglich exemplarisch zwei Fassadenelemente 2 mit je einem Halbleitermodul 10 gezeigt, das Konzept ist jedoch auf beliebig viele Fassadenelemente 2 mit je einem oder mehreren Halbleitermodulen 10 anwendbar. Auf die Form der Fassadenelemente 2 und der Halbleitermodule 10 kommt es dabei nicht an.
Ein Fassadenelement 2 aus 11 ohne Halbleitermodul 10 ist in 12 ausschnittsweise in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Zuleitung 54 durch die Halterung 6 hindurchgeführt, von innerhalb des Formteils 4 nach außerhalb des Formteils 4. Dabei ist die Zuleitung 54 hier speziell in Längsrichtung L durch den Zapfen 22 hindurchgeführt. 13 zeigt im Detail eine mögliche Ausführungsform, wie der Anker 18 die Zuleitung 54 innerhalb des Formteils 4 fixiert. Dabei ist die Zuleitung 54 im Formteil 4 hier mittels Kabelbindern 58 am Anker 18 angebracht, welche hierzu durch die Löcher 26 geführt sind. Auf diese Weise wird die Zuleitung 54 speziell bei der Herstellung des Formteils 4 in einer definierten Position gehalten und ein Verrutschen der Zuleitung z.B. beim Eingießen verhindert. Zudem ist die Zuleitung 54 beim Austritt aus dem Formteil 4 durch die umliegende Halterung 6 geschützt. In einer Ausgestaltung weisen die hier nicht explizit gezeigten Klemmlasche 28 und Klemmbacke 46 eine Ausnehmung auf, z.B. einen Schlitz oder ein Loch, in welche die Zuleitung 54 aufgenommen wird, wenn die Klemmlasche 28 oder Klemmbacke 46 bei der Montage auf den Zapfen 22 aufgesetzt wird.
In 14 ist eine Variante gezeigt, mit mehreren Fassadenelementen 2, welche jeweils ähnlich wie in 3 ausgebildet sind, gegebenenfalls mit einer Mulde, und an welchen jeweils mehrere hier jeweils sechseckige Halbleitermodule 10 befestigt sind. Die Halbleitermodule 10 eines einzelnen Fassadenelements 2 sind untereinander über Anschlüsse 52 verbunden und gemeinsam über den Anschluss 52 eines der Halbleitermodule 10 an eine Zuleitung 54 des jeweiligen Fassadenelements 2, wobei die Zuleitung 54 im Formteil 4 verborgen ist. Die Zuleitungen 54 der diversen Fassadenelemente 2 sind dann miteinander über Verbindungen 58 verbunden, z.B. mittels Steckverbindern 56, sodass dann alles Halbleitermodule 10 an ein gemeinsames Stromnetz angeschlossen sind. Die in 14 gezeigte Anordnung kann beliebig in alle Richtungen fortgeführt werden.
Wie aus den bisherige Ausführungen und speziell den 11 und 14 deutlich wird, lassen sich mehrere Fassadenelemente 2 beliebig miteinander kombinieren und daran festgeklemmte Halbleitermodule 10 auf einfache und flexible Weise untereinander verschalten. Dadurch ist eine Fassade mit einem hohen Designfreiheitsgrad realisierbar, bei welcher die elektrische Verschaltung mehrerer Halbleitermodule 10 untereinander versteckt ist. Insgesamt ist durch das Fassadenelement 2 auch eine modulare Bauweise für ein Gebäude derart ermöglicht, dass mehrere gleiche oder unterschiedliche Fassadenelemente 2 nach Belieben kombinierbar sind und dabei bereits vorbereitet sind für eine flexible, auch nachträglich änderbare, Anbringung von Halbleitermodulen 10.
Bezugszeichenliste

2: Fassadenelement
4: Formteil
6: Halterung
8: Klemme
10: Halbleitermodul
12: Ausnehmung (des Formteils)
14: Außenteil
16: Innenteil
18: Anker
20: Fuß
22: Zapfen
24: Kragen
26: Loch
28: Klemmlasche
30: Ausnehmung
32: erster Schenkel
34: zweiter Schenkel
36: Ausnehmung (der Klemmlasche)
38: Hals
40: Kopf
42: verjüngter Abschnitt
44: breiterer Abschnitt
46: Klemmbacke
48: Ausnehmung (der Klemmbacke)
50: Eingang
52: Anschluss
54: Zuleitung
56: Steckverbinder
58: Kabelbinder
60: Verbindung
L: Längsrichtung

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 102017214347 A1 [0003]
WO 2013/179223 A1 [0004]

Claims

Fassadenelement (2) für ein Gebäude, - welches ein Formteil (4) aufweist, - welches eine Halterung (6) aufweist, welche in das Formteil (4) eingesetzt ist und aus diesem teilweise herausragt, zur Anbringung eines Halbleitermoduls (10).
Fassadenelement (2) nach Anspruch 1, wobei die Halterung (6) eine Klemme (8) aufweist, zum Einklemmen des Halbleitermoduls (10).
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Formteil (4) ein Gussteil ist, in welches bei dessen Herstellung die Halterung (6) integriert wird.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Formteil (4) aus Beton besteht.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halbleitermodul (10) ein organisches Photovoltaikmodul ist.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halterung (6) einen Anker (18) aufweist, mit einem Fuß (20), welcher in das Formteil (4) eingesetzt ist, und mit einem Zapfen (22), welcher sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und aus dem Formteil (4) herausragt und an welchem die Klemme (8) angebracht ist.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Klemme (8) eine Klemmlasche (28) aufweist, welche auf den Zapfen (22) aufgesetzt ist und welche das Halbleitermodul (10) in Richtung des Zapfens (22) drückt.
Fassadenelement (2) nach Anspruch 7, wobei der Zapfen (22) eine Hinterschneidung aufweist, zum Fixieren der Klemmlasche (28), wobei die Klemmlasche (28) eine Ausnehmung (36) aufweist, zum Aufsetzen der Klemmlasche (28) auf den Zapfen (22) in Längsrichtung (L), wobei die Ausnehmung (36) endseitig verjüngt ist, zum Einschieben in die Hinterschneidung beim Verschieben der Klemmlasche (28) senkrecht zur Längsrichtung (L).
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Klemme (8) eine Klemmbacke (46) aufweist, welche auf den Zapfen (22) aufgesetzt ist, sodass in montiertem Zustand das Halbleitermodul (10) zwischen der Klammbacke (46) und der Klammlasche (28) eingeklemmt ist.
Fassadenelement (2) nach Anspruch 9, wobei die Klemmbacke (46) aus einem elastischen Werkstoff besteht, insbesondere einem Gummi.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Klemmbacke (46) auf den Zapfen (22) aufgesteckt ist und diesen hintergreift, sodass ein Abzug der Klemmbacke (46) vom Zapfen (22) in Längsrichtung (L) verhindert ist.
Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in das Formteil (4) eine elektrische Zuleitung (54) integriert ist, zum Verbinden mit einer Zuleitung (54) eines anderen Fassadenelements (2) einerseits und zum Anschließen des Halbleitermoduls (10) andererseits.
Fassadenelement (2) nach Anspruch 12, wobei die elektrische Zuleitung (54) durch die Halterung (6) hindurchgeführt ist.
Halterung (6) für ein Fassadenelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zur Herstellung eines Fassadenelements (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Halterung (6) bei der Herstellung des Formteils (4) in dieses derart eingesetzt wird, dass die Halterung (6) teilweise aus dem Formteil (4) herausragt.