DE10244473A1 - Photovoltaikvorrichtung mit Luftstromkühlung - Google Patents
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Abstract
Photovoltaikvorrichtung (1) mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement (2) und einem Rahmen (3) zum Einfassen des Photovoltaikelements (2), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine erste Seite (6) des Rahmens (3) mindestens eine Öffnung (9) aufweist für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens (3) in Richtung auf das Photovoltaikelement (2) und/oder vom Photovoltaikelement (2) nach außerhalb des Rahmens (3).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement und einem Rahmen zum Einfassen des Photovoltaikelements.
- Aus der
DE 100 39 556 A1 ist eine Photovoltaikvorrichtung bekannt, bei der unterhalb eines Solarpaneels eine Wanne mit Zu- und Abluftöffnungen angeordnet ist, die eine Belüftung der Wanne und somit eine Kühlung der an der Unterseite des Solarpaneels angeordneten Solarzellen durch einen Luftstrom ermöglichen. Ein durch die Öffnungen in der Wanne sich einstellender Luftstrom muß unter den Außenwänden des Gehäuses hindurch geführt werden, die einen Rahmen bilden. Durch die Hinterlüftung des Solarpaneels soll der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht werden. - Der Erfindung Liegt das Problem zugrunde, eine Photovoltaikvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll die Photovoltaikvorrichtung einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, sowie kostengünstig herstellbar und einfach zu montieren sein.
- Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen bestimmt.
- Erfindungsgemäß ist das Problem bei einer Photovoltaikvorrichtung mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement und einem Rahmen zum Einfassen des Photovoltaikelements dadurch gelöst, daß mindestens eine erste Seite des Rahmens mindestens eine Öffnung aufweist, für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens in Richtung auf das Photovoltaikelement und/oder vom Photovoltaikelement nach außerhalb des Rahmens.
- Vorzugsweise ist der Rahmen durch vier rechtwinklig zueinander angeordneten Leisten oder Balken gebildet. Die Öffnung für den Luftdurchtritt kann beispielsweise durch einen Ausschnitt oder eine Bohrung in der Leiste gebildet sein, oder es können in entsprechende Ausschnitte der Leiste Einsätze eingelegt sein. Die Größe und Anzahl der Öffnungen ist so gewählt, daß die in der Photovoltaikvorrichtung beispielsweise durch Sonneneinstrahlung entstehende Wärme in ausreichendem Maße abführbar ist. Insbesondere die Größe der Öffnungen ist so gewählt, daß Laub, Kleintiere, Insekten oder dergleichen nicht in das Innere des Rahmens eintreten können.
- In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die erste Seite des Rahmens mit der Öffnung die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung untere Seite. Dadurch erfolgt jedenfalls der durch Konvektion hervorgerufene Lufteintritt in den Rahmen an einer durch die Anordnung der Öffnung vorgebbaren Stelle an dem Rahmen. Vorzugsweise weist mindestens eine weitere Seite des Rahmens eine weitere Öffnung für den Luftdurchtritt auf; alternativ oder ergänzend hierzu kann auch eine Seite mit einem Luftspalt an einem Träger für die Photovoltaikvorrichtung montiert sein, so daß sich ein Luftzug einstellen kann.
- Durch die Anordnung der Öffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens ist eine gleichmäßige Belüftung des Rahmeninneren und damit des Photovoltaikelements gewährleistet. Vorzugsweise weisen die im montierten Zustand unteren und oberen Seiten des Rahmens jeweils mindestens eine Öffnung für den Luftdurchtritt auf.
- In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung sind die erste und gegebenenfalls weitere Öffnungen für den Luftdurchtritt durch ein Lochblech gebildet, das in eine Aussparung in einer die zugehörige Seite des Rahmens bildenden Leiste eingesetzt ist. Dadurch läßt sich auf kostengünstige und montagefreundliche Weise eine Vielzahl von Öffnungen realisieren. Zum Einsetzen des Lochbleches kann die zugehörige Leiste vollständig durchtrennt und unterbrochen werden oder es kann ein entsprechender Ausschnitt in die Leiste eingebracht werden.
- Der von dem Photovoltaikelement gelieferte Gleichstrom kann mittels eines Wechselrichters zum Zweck der Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz umgewandelt werden. Der Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Wechselrichters sind ebenso temperaturabhängig wie die entsprechenden Parametern des Photovoltaikelements. Darüber hinaus entsteht beim Betrieb des Wechselrichters Verlustwärme, die vorzugsweise abzuführen ist.
- In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung weist die Photovoltaikvorrichtung daher einen Wechselrichter auf zur Anpassung der elektrischen Parameter der von dem Photovoltaikelement erzeugten Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer abführenden elektrischen Leitung.
- Vorzugsweise ist der Wechselrichter von dem Photovoltaikelement entfernt angeordnet. Dadurch kann eine den Wirkungsgrad herabsetzende thermische Kopplung dieser beiden Elemente verhindert werden. Weiterhin vorzugsweise ist der Wechselrichter an der ersten Seite des Rahmens angeordnet, welche die Öffnung aufweist, und zwar insbesondere in dem Bereich des durch die Öffnung hindurchtretenden Luftstroms. Dadurch kühlt der Luftstrom nicht nur das Photovoltaikelement, sondern auch den dazugehörigen Wechselrichter.
- Weiterhin hat die erfindungsgemäße Anordnung des Wechselrichters den Vorteil, daß dieser trotz dachinnenseitiger Anordnung einfach zu montieren und erforderlichenfalls austauschbar ist. Die elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Wechselrichter und dem Photovoltaikelement erfolgt vorzugsweise unter Nutzung einer der auch für den Luftstrom vorgesehenen Öffnungen. Alternativ hierzu kann hierfür eine separate Öffnung vorgesehen sein oder es können sogar an dem Rahmen beispielsweise Steckverbindungselemente zum lösbaren elektrischen Verbinden des Wechselrichters mit dem Photovoltaikelement vorgesehen sein.
- In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung weist die Photovoltaikvorrichtung eine Befestigungseinrichtung auf, mittels welcher der Rahmen mit dem Photovoltaikelement an einem Träger befestigbar ist. Bei dem Träger kann es sich insbesondere um eine Gebäudeaußenseite handeln, beispielsweise ein geneigtes Dach eines Hauses. Im einfachsten Fall kann die Befestigungseinrichtung durch Befestigungswinkel realisiert sein, mittels denen der Rahmen an den Dachlatten und/oder Dachsparren befestigbar ist.
- Vorzugsweise ist der Rahmen in Größe und Außenumfangsform an eine die Photovoltaikvorrichtung umgebende Fläche des Trägers angepaßt, insbesondere an eine auf der umgebenden Fläche vorhandene Struktur. Beispielsweise kann der Rahmen hinsichtlich seines Länge/Breite-Verhältnisses an die auf der umgebenden Fläche angeordneten Dachsteine angepaßt sein. Alternativ oder ergänzend kann die Form und Größe des Rahmen auch im wesentlichen übereinstimmen mit der entsprechenden Form und Größe benachbarter Dachfenster; in diesem Fall können sehr rationell für die erfindungsgemäßen Elemente der Photovoltaikvorrichtung, wie beispielsweise Rahmen oder Befestigungseinrichtung, die entsprechenden aus der Dachfensterherstellung und -montage bekannten und vorhandenen Elemente verwendet werden.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung, -
2 zeigt einen Schnitt gemäß II der1 einer auf einem Dach eines Gebäudes befestigten Photovoltaikvorrichtung, und -
3 zeigt eine Frontansicht der unteren Querseite des Rahmens der Photovoltaikvorrichtung. - Die
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung1 , wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das in der2 dargestellte Photovoltaikelement2 nicht dargestellt ist. - Der rechteckförmige Rahmen
3 weist insgesamt zwei zueinander parallele Längsseiten4 ,5 und zwei rechtwinklig hierzu und parallel zueinander verlaufende Querseiten6 ,7 auf. Die Längs- und Querseiten4 ,5 ,6 ,7 können beispielsweise durch entsprechende Leisten oder Balken gebildet sein, beispielsweise aus Holz, Metall oder Kunststoff als Voll-, Hohl- oder Profilmaterial, die zur Bildung des Rahmens3 miteinander vorzugsweise unlösbar verbunden sind. - Die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung
1 untere Querseite6 weist in Bezug auf ihre Längsachse etwa mittig einen Ausschnitt auf, in den ein Lochblech8 eingesetzt ist, mit einer Vielzahl von Öffnungen9 für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens3 in Richtung auf das Photovoltaikelement2 und/oder vom Photovoltaikelement2 nach außerhalb des Rahmens3 . - Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die untere Querseite
6 durch das Lochblech8 vollständig unterbrochen. Zur Verbindung der beiden Leistenteile10 ,11 sind diese vorzugsweise über die gesamte Querseite des Rahmens mit einer entsprechenden Verbindungsleiste12 miteinander verbunden. Das Lochblech8 ist im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als langgestreckter Blechwinkel ausgeführt, wobei die Öffnungen9 auch zur Verbindung des Lochblechs8 mit der Verbindungsleiste12 dienen können, beispielsweise für den Durchtritt von Befestigungsmitteln wie Schrauben oder Nägel. - Im mittleren Bereich des Lochblechs
8 ist ein Wechselrichter13 angeordnet, mittels dem die von dem Photovoltaikelement2 erzeugte Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer (nicht dargestellten) abführenden elektrischen Leitung angepaßt werden können. Zu diesem Zweck muß der Wechselrichter13 mit dem Photovoltaikelement2 verbunden werden, wozu im Lochblech8 ein vergrößerte Durchtrittsöffnung14 vorgesehen ist. Das Lochblech8 ist auf der rahmenäußeren Seite unter Bildung einer Fixierlasche28 abgekantet, wodurch der Wechselrichter13 bereits ohne weitere Verbindungselemente an dem Rahmen3 festlegbar oder jedenfalls für eine Vormontage einlegbar ist. - Sowohl auf der der ersten Querseite
6 gegenüberliegenden Querseite7 als auch auf den beiden Längsseiten4 ,5 sind weitere Durchtrittsöffnungen15 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel jeweils in Richtung der Längsachse der zugehörigen Leiste langgestreckt sind. Auf der zweiten Querseite7 ist auf der Unterseite nahe der Verbindungsecke zu den beiden Längsseiten4 bzw. 5 jeweils ein Leistenteil16 ,17 angeordnet. Durch die Anordnung der Leistenteile16 ,17 und/oder der Verbindungsleiste12 ergibt sich bei der Montage des Rahmens3 ein Luftspalt, durch den alternativ zu den Durchtrittsöffnungen9 ,15 Luft von außerhalb des Rahmens3 in Richtung auf das Photovoltaikelement2 und/oderumgekehrt hindurchtreten kann. - Die
2 zeigt einen Schnitt gemäß II der1 einer auf einem Dach eines Gebäudes befestigten Photovoltaikvorrichtung1 . Hierzu ist der Rahmen3 jedenfalls an der unteren Querseite6 und der oberen Querseite7 mittels einer Befestigungswinkel18 ,19 aufweisenden Befestigungseinrichtung an den Dachlatten20 befestigt. - Der Rahmen
3 faßt ein Solarpaneel ein, das ein oder mehrere Photovoltaikelemente2 aufweisen kann. Zur Sonneneinstrahlung21 hin ist das Photovoltaikelement2 durch eine für den Spektralbereich der relevanten elektromagnetischen Strahlung transparente Abdeckplatte22 abgedeckt. Vorzugsweise weist die Abdeckplatte22 eine schmutzabweisende Oberfläche23 auf, wie sie beispielsweise von anderen technischen Anwendungsgebieten bekannt ist. - Randseitig ist das Solarpaneel mit einer abschnittsweise oder vorzugsweise einstöckig umlaufenden Dichtung
24 mit dem Rahmen3 verbunden. Jedenfalls an der oberen Querseite7 , in Abhängigkeit des Anwendungsfalles gegebenenfalls auch umlaufend, ist ein Abdeckrahmen25 angeordnet, der zusätzlich einen Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz sowie einen mechanischen Schutz der Kante des Solarpaneels bietet. Auf der unteren Querseite6 bildet ein Abtropfblech26 einen weiteren Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz auch in die Dachhaut, wobei die Abtropfkante27 ausreichend weit von der unteren Querseite6 abgebogen ist. - Die
3 zeigt eine Frontansicht der unteren Querseite6 des Rahmens3 der erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung1 . Im dargestellten geringfügig modifizierten Ausführungsbeispiel sind die Leistenteile10 ,11 gegenüber der Verbinungsleiste12 etwas vorgezogen. Der Wechselrichter13 weist zwei Verbindungsleitungen29 mit dem Photovoltaikelement2 auf, welche durch die gegenüber den Belüftungsöffnungen9 vergrößerte Durchtrittsöffnung14 in das Innere des Rahmen3 geführt sind. Durch einen nur teilweise dargestellten und vorzugsweise federelastisch verformbaren Spannbügel30 , der mit einer vom Wechselrichter13 gehäuseseitig ausgebildeten Rasteinrichtung31 zusammenwirkt, ist der Wechselrichter13 dauerhaft sicher und dennoch einfach lösbar an dem Rahmen3 festlegbar.
Claims (12)
- Photovoltaikvorrichtung (
1 ) mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement (2 ) und einem Rahmen (3 ) zum Einfassen des Photovoltaikelements (2 ), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine erste Seite (6 ) des Rahmens (3 ) mindestens eine Öffnung (9 ) aufweist, für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens (3 ) in Richtung auf das Photovoltaikelement (2 ) und/oder vom Photovoltaikelement (2 ) nach außerhalb des Rahmens (3 ). - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite (6 ) die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung (1 ) untere Seite ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Seite (4 ,5 ,7 ) des Rahmens (3 ) eine weitere Öffnung (15 ) für den Luftdurchtritt aufweist und/oder bildet. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten Seite (6 ) gegenüberliegende Seite (7 ) des Rahmens (3 ) eine Öffnung (15 ) für den Luftdurchtritt aufweist und/oder bildet. - Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und gegebenenfalls weitere Öffnungen (
9 ) für den Luftdurchtritt durch ein Lochblech (8 ) gebildet sind, das in eine Aussparung einer die zugehörige Seite (6 ) des Rahmens bildenden Leiste (10 ,11 ) eingesetzt ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikvorrichtung (1 ) einen Wechselrichter (13 ) aufweist zur Anpassung der elektrischen Parameter der von dem Photovoltaikelement (2 ) erzeugten Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer abführenden elektrischen Leitung. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (13 ) von dem Photovoltaikelement (2 ) entfernt angeordnet ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (13 ) an der ersten Seite (6 ) des Rahmens (3 ) angeordnet ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (13 ) im Bereich des durch die Öffnung (9 ) hindurchtretenden Luftstroms angeordnet ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Verbindungsleitung (29 ) zwischen dem Wechselrichter (13 ) und dem Photovoltaikelement (2 ) durch die Öffnung (9 ,14 ) hindurchgeführt ist. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikvorrichtung (1 ) eine Befestigungseinrichtung (18 ,19 ) aufweist, mittels welcher der Rahmen (3 ) mit dem Photovoltaikelement (1 ) an einem Träger befestigbar ist, insbesondere an einer Gebäudeaußenseite. - Photovoltaikvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3 ) in Größe und Außenumfangsform an eine die Photovoltaikvorrichtung (1 ) umgebende Fläche des Trägers angepaßt ist, insbesondere an eine auf der umgebenden Fläche vorhandene Struktur.
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DE10244473B4 (de) | 2010-01-21 |
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