DE10306529A1

DE10306529A1 - Baugruppe

Info

Publication number: DE10306529A1
Application number: DE10306529A
Authority: DE
Inventors: Kurt Jülich
Original assignee: BROSE URSULA
Current assignee: BROSE URSULA
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einem Träger, wobei der Träger als ein Profilglas-Hohlkörper ausgeführt, ein Photovoltaikelement (30) auf einer Außenseite oder im Inneren des Profilglas-Hohlkörpers angeordnet ist und der Profilglas-Hohlkörper einen Hohlraum (12) für einen Luftleitkanal für eine Durchströmung des Trägers bildet. Mindestens teilweise kann der Hohlraum mit einem Material, insbesondere einem Dämmmaterial, verfüllt sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Fertigung der Verkleidung.
Baugruppen in Form von Verkleidungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden besonders dann eingesetzt, wenn eine Photovoltaik-Einrichtung im Rahmen von Modernisierungen und Rekonstruktionen von Bausubstanzen oder in einem Neubau angewendet und in eine Fassaden-, Dach- oder sonstige architektonische Struktur integriert werden soll. Diese Module bestehen aus einem Träger, der eine äußere Form des Moduls festlegt und weiteren funktionellen Ausgestaltungen, beispielsweise einem Photovoltaikelement, das der Erzeugung elektrischer Spannungen dient, Dämmfüllungen für eine Wärmeisolation oder weiteren Komponenten.
Derartige Verkleidungen müssen eine hohe Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen, beispielsweise infolge Temperaturschwankungen oder sonstigen Witterungseinflüssen aufweisen, sie müssen wartungsarm und kostengünstig sein. Darüber hinaus müssen diese eine in hohem Maße variable Einbaulänge mit einer hinreichenden Stabilität gegen Durchbiegungen oder Bruch aufweisen. Beschädigte Module müssen leicht austauschbar sein und dürfen im beschädigten Zustand keine Gefahrenquelle darstellen. Darüber hinaus fällt bei einem Betrieb eines Photovoltaikelementes in oft beträchtlichem Maße Abwärme an, die eine Kühlung des Elementes erfordert. Da die so abgeführte Abwärme oft weiterhin, beispielsweise zu Heizzwecken genutzt wird, müssen Verkleidungen auch Forderungen erfüllen, die an Wärmekollektorvorrichtungen gestellt werden.
Es ergibt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, eine Baugruppe, insbesondere Verkleidung anzugeben, die alle Anforderungen bezüglich der mechanischen Belastbarkeiten erfüllt, kostengünstig zu fertigen und zu montieren ist, im Falle von Beschädigungen leicht auszuwechseln ist und eine optimale Kühlung der Photovoltaikelemente ermöglicht. Schließlich ist eine Verkleidung mit einem optimalen Wirkungsgrad sowohl hinsichtlich dessen primären Funktion der Erzeugung elektrischer Energie, als auch der sekundären Funktion als Wärmekollektor anzugeben, das ebenfalls optimale wärmedämmende Isolationseigenschaften aufweist.
Die Aufgabe wird mit einer Baugruppe nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Fertigungsverfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen des Hauptanspruchs aufweisen.
Die erfindungsgemäße Verkleidung besteht aus einem Träger, der als ein Profilglas-Hohlkörper ausgeführt ist, wobei optional Photovoltaikelemente auf einer Außenseite oder im Innern des Profilglas-Hohlkörpers angeordnet sind. Der Profilglas-Hohlkörper weist einen Hohlraum für einen Luftleitkanal für eine Durchströmung des Trägers oder zur Aufnahme von Dämm-Materialien auf.
Die so geschaffene Verkleidung bietet mehrere Vorteile. Die Ausführungsform des Trägers als Profilglas-Hohlkörper bietet eine hohe mechanische Stabilität gegen Verbiegungen und ermöglicht somit große Einbaulängen. Der Träger ist lichtdurchlässig und kann, da die Möglichkeit besteht, die Photovoltaikelemente in den Träger zu integrieren, sehr kompakt und raumsparend mit eine großen Variabilität in Form und Querschnitt des Moduls ausgeführt werden. Darüber hinaus wird mit der Hohlprofilform ein Luftkanal geschaffen, der von einem Luftstrom durchflossen wird, wobei dieser direkt mit den Photovoltaikelementen in Wärmekontakt steht und diese somit optimal kühlen und anfallende Abwärme abführen kann. Diese Bauweise gewährleistet auch optimale Wärmekollektoreigenschaften. Bei einem Verzicht auf die Ausstattung mit Photovoltaikelementen ist eine solche Verkleidung auch vorteilhaft zur Wärmeisolation nutzbar. Die Komponenten der Verkleidung können ohne größeren Aufwand von einem Fachmann an den jeweiligen Verwendungszweck kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Profilglas-Hohlkörper aus einer miteinander verklebten Anordnung aus mindestens einem ersten U-förmigen Glasprofil, das mit einem lang gestreckten, Flachglasprofil über Kontaktstellen an dessen Schenkeln verbunden ist. Anstelle des Flachglasprofils kann auch ein zweites U-förmiges Glasprofil verwendet werden, das paarweise mit seinen Schenkeln spiegelbildlich mit den Schenkeln des ersten U-förmigen Glasprofils verbunden ist.
Weiterhin kann der Profilglas-Hohlkörper aus einer paarweise verklebten Anordnung zweier gegensinnig bezüglich ihrer Schenkel orientierten U-förmigen Glasprofile mit einem zwischen die so aufeinander gesetzten Glasprofile angeordneten Flachglasprofil derart ausgeführt sein, dass die so verbundene Anordnung einen Profilglas-Hohlkörper mit einer Zwischenscheibe bildet, die das Innenvolumen des Hohlkörpers in mindestens zwei Teilkammern trennt.
Das Photovoltaikelement kann bei dieser Ausführungsform auf einer Innenseite der U-förmigen Glasprofile oder auf der Zwischenscheibe angeordnet sein, wobei diese Ausgestaltung von den konkreten Anforderungen abhängt, die an den Betrieb und die mechanische Stabilität der Verkleidung gestellt werden. Besonders die doppelkammerartige Ausführungsform des Profilglas-Hohlkörpers erlaubt eine optimale Kühlung des auf der Zwischenscheibe angeordneten Dünnschicht-Photovoltaikelementes, weil es damit möglich ist, das Photovoltaikelement an dessen Vorder- und Rückseite mit Luft zu umströmen.
Die paarweise an ihren Schenkeln verklebten Glasprofile weisen als Klebeflächen ebene Schnittflächen auf. Dies gewährleistet einen optimalen Klebekontakt und eine entsprechend dichte Ausführung des geklebten Profilglas-Hohlkörpers.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform können die Klebeverbindungen durch Beschichtungen klebender Kontaktflächen mit doppelseitigen Klebefolien ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform der Klebeverbindungen gewährleistet eine gleichmäßige Qualität der geklebten Verbindungen über die gesamte Länge des Photovoltaik-Elementes.
Die verbundenen Glasprofile können mit einer einem Splitters chutz dienenden Folienbeschichtung versehen sein, wobei die Splitterschutzfolie als eine selbstklebende Folie ausgeführt sein kann. Eine solche Folienbeschichtung verhindert bei einem Bruch des Photovoltaikelementes ein Loslösen größerer Splitter von Glasteilen und eine vollständige Zerstörung der Verkleidung und trägt somit zu einer sicheren Handhabung und Funktionssicherheit des Moduls bei.
Zur Fertigung eines Trägers eines Photovoltaikelementes mit den beschriebenen Eigenschaften werden als erstes die Schenkel eines Paares von U-förmigen Glasprofilen mittels eines materialabhebenden Fertigungsverfahrens, insbesondere eines Säge-, Fräs- oder Schneidverfahrens durch ein Entfernen einer Schenkelkante geglättet, wobei eine ebene Kontaktfläche auf der Oberseite der Schenkel erzielt wird. Nach einem Säubern der Kontaktflächen werden diese miteinander verklebt.
Das erfindungsgemäße Photovoltaikelement wird nachfolgend anhand von beispielhaften Ausführungsformen näher beschrieben. Zur Erläuterung wird auf die Figuren verwiesen, wobei für gleiche oder gleich wirkende Teile die selben Bezugsziffern verwendet werden.
Im Einzelnen zeigt:
1 ein U-förmiges Glasprofil mit einer Splitterschutzfolie,
2 eine Darstellung beispielhafter Ausführungsformen eines Profilglas-Hohlkörpers als Träger mit einem Photovoltaikelement,
3a-c Darstellungen weiterer beispielhafter Ausführungsformen eines Profilglas-Hohlkörpers als Träger,
4a-c Darstellungen von Fertigungsschritten zur Herstellung eines Profilglas-Hohlkörpers.
1 zeigt ein U-förmiges Glasprofil 10, das mit einer Splitterschutzfolie 20 auf einer Innenseite beklebt ist. Die Splitterschutzfolie dient dazu, ein Auseinanderbrechen des Glasprofils in vereinzelte Bruchstücke bei einem Bruch des Profils zu vermeiden. Die Splitterschutzfolie kann mit Hilfe eines Klebstoffes, der auf der zu beklebenden Fläche aufgetragen wird, oder als selbstklebende Folie befestigt werden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung der Verkleidung müssen die Materialeigenschaften der Splitterschutzfolie 20 berücksichtigt werden. Bei einer Verwendung der Verkleidung im Rahmen einer Photovoltaikanwendung wird das Material der Splitterschutzfolie so gewählt, dass diese einen möglichst geringen absorbierenden Einfluss auf das einfallende Licht ausübt. Darüber hinaus kann die Splitterschutzfolie isolierende, dekorierende oder andere zusätzliche Aufgaben übernehmen. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele können im Rahmen fachgemäßen Handelns in jedem Fall mit der Splitterschutzfolie nach 1 ausgestaltet werden.
2 zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines Profilglas-Hohlkörpers, bei dem ein U-förmiges Glasprofil 10 mit einem Flachglasprofil 11 zusammengefügt ist und dabei einen Hohlraum 12 ausbildet. In den Beispielen A und B in 2 trägt das Flachglasprofil 11 beispielhaft ein Photovoltaikelement 30, das an unterschiedlichen Stellen des Profilglas-Hohlkörpers angeordnet ist.
Bei der unter A dargestellten Ausführungsform ist das Photovoltaikelement auf dem Flachglasprofil 11 so angeordnet, so dass sich dieses innerhalb des Hohlraumes 12 befindet. Eine derartige Ausführungsform bietet die Möglichkeit, das Photovoltaikelement 30 mittels eines innerhalb des Hohlraumes 12 zirkulierenden Luftstromes zu kühlen und somit eine optimale Kühlleistung sicherzustellen. Weiterhin ist das Photovoltaikelement 30 gegen mechanische Belastungen bzw. Verschmutzungen und Beschädigungen aus der Umgebung durch das U-förmige bzw. das Flachglasprofil 10, 11 geschützt.
Bei der unter B dargestellten Ausführungsform in 2 befindet sich das Photovoltaikelement 30 auf einer Außenseite des Profilglas-Hohlkörpers. Auch hier kann der Hohlraum 12 zu einer Kühlung des Photovoltaikelementes, allerdings mit einer geringeren Effizienz genutzt werden. Eine solche Ausführungsform bietet vor allem Vorteile hinsichtlich der Stabilität der Verkleidung bzw. eines in dieser Ausführungsform vorliegenden Photovoltaikmoduls.
Die 3a-c zeigen weitere Ausführungsformen eines Trägers aus einem Profilglas-Hohlkörper. Die in diesen Figuren dargestellten Ausführungsformen bestehen aus paarweise mit ihren Schenkeln einander zugekehrten U-förmigen Glasprofilen 10, zwischen die ein Flachglasprofil 11 als Zwischenscheibe eingeschoben sein kann, wie dies in den 3a und 3b gezeigt ist. Die in 3c dargestellte Ausführungsform stellt hingegen eine Ausführungsform ohne Zwischenscheibe dar.
In der in 3a dargestellten Ausführungsform sind beispielhaft zwei verschiedene Möglichkeiten der Verbindung zwischen den Glasprofile schematisch dargestellt. Die Glasprofile sind vorzugsweise miteinander verklebt. Eine erste Möglichkeit einer solchen Verbindung stellt hierbei eine Klebebeschichtung 40 dar, die auf mindestens eine Kontaktstelle des Glasprofils 10 oder 11 aufgetragen wird. Eine zweite Möglichkeit ist durch eine Verbindung mittels einer doppelseitigen Klebefolie 50 gegeben.
Durch das in den 3a und 3b gezeigte Flachglasprofil 11 als Zwischenscheibe wird der zwischen den U-förmigen Glasprofilen 10 vorhandene Hohlraum in zwei Teilräume untergliedert. Diese bilden einen Oberkasten 13 und einen Unterkasten 14, die funktionell in verschiedener Weise genutzt werden können. Ein Beispiel ist dazu in 3b dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Oberkasten 13 mit einem Dämmmaterial 15 verfüllt, während der Unterkasten 14 für eine Luftzirkulation freigehalten ist. Zusätzlich dazu ist ein Photovoltaikelement 30 im Unterkasten an der entsprechenden Seite des Flachglasprofils 11 der Zwischenscheibe angeordnet.
Eine solche Ausführungsform bietet vor allem hinsichtlich einer Wärmedämmung oder Abschirmung des Photovoltaikelementes 30 zu zwei verschiedenen Umgebungen die Möglichkeit, die Verkleidung an Orten mit an den zwei verschiedenen Seiten gelegenen Umgebungen, beispielsweise einer Außenwand mit einem dahinter gelegenen Innenraum, mit verschiedenen Wärmeleitungs- oder Isolationseigenschaften anzubringen. Außerdem kann auch der gesamte Querschnitt aus Unter- und Oberkasten 14, 13 für eine Wärmeisolation genutzt werden, während zusätzlich die Photovoltaikfunktion hinzutritt und eine Kühlung des Photovoltaikelementes 30 durch einen Luftstrom im Unterkasten 14 ermöglicht wird.
Die verschiedenen Komponenten innerhalb des Profilglas-Hohlkörpers können im Rahmen fachgemäßen Handelns an sich frei und zweckmäßig an jeweils zu erfüllende Funktionen der Verkleidung angepasst werden, wobei eine Ausstattung mit einem Photovoltaikelement nicht zwingend erforderlich ist und vom Fachmann bei Bedarf vorgenommen werden kann.
Eine Ausführungsform eines Profilglas-Hohlkörpers für besonders abwärmeintensive Photovoltaikelemente ist in 3c dargestellt. Derartige Elemente erfordern ein größeres Kühlvolumen. Dies wird dadurch erreicht, dass auf das Flachglasprofil 11 aus einer der vorhergehenden Darstellungen verzichtet wird und die U-förmigen Glasprofile unmittelbar mittels einer Klebverbindung 40 aneinander gefügt werden. Weiterhin sind die Photovoltaikelemente 30 an einer Innenseite der U-förmigen Glasprofile befestigt. Dadurch entsteht ein vergrößerter Hohlraum 16, der einen erheblich vergrößerten Durchsatz für eine strömende Kühlluft ermöglicht.
Natürlich ist es aber auch bei dem in 3c gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, auf die Ausstattung mit Photovoltaikelementen zu verzichten und den vergrößerten Hohlraum 16 mit einem Dämmmaterial zu verfüllen.
Derartige Ausgestaltungen liegen im Rahmen fachgemäßen Handelns.
Abschließend wird in den 4a-c ein Fertigungsprozess zu einer Herstellung des Profilglas-Hohlkörpers aus einem der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschrieben. Im Allgemeinen liegen die Rohlinge der U-förmigen Glasprofile 10 als gezogene U-Profile vor, die bedingt durch vorangegangene Fertigungsschritte an deren Schenkel 60 eine abschließende abgerundete Schenkelkante 70 aufweisen, die keine ausreichende Klebefläche bietet und auch in Profillängsrichtung Inhomogenitäten aufweisen kann. Ein erster Fertigungsschritt besteht aus diesem Grunde darin, geeignete Kontaktflächen für die späteren Klebestellen auf den Schenkeln 60 zu schaffen.
Das geschieht in der Weise, dass mittels eines materialabtragenden Bearbeitungsverfahrens, beispielsweise eines Fräs- oder Schneidvorgangs die abgerundete Schenkelkante 70 so entfernt wird, dass eine einheitlich gestaltete und plane Kontaktfläche erreicht wird. Im Anschluss an diesen Fertigungsschritt erfolgt ein Säubern der so gebildeten Kontaktfläche. Anschließend erfolgt ein Klebstoffauftrag zum Ausbilden einer Klebebeschichtung 40 oder ein Aufbringen einer doppelseitigen Klebefolie 50. Die so präparierten U-förmigen Glasprofile werden dann paarweise aneinander gepresst und somit verbunden. Ein Einfügen einer Zwischenscheibe nach einem der vorangegangenen Ausführungsformen erfolgt dazu analog.

10: Glasprofil, U-förmig
11: Flachglasprofil
12: Hohlraum
13: Oberkasten
14: Unterkasten
15: Dämmmaterial
16: vergrößerter Hohlraum
30: Photovoltaikelement
40: Klebebeschichtung
50: Klebefolie, doppelseitig
60: Schenkel
70: Schenkelkante

Claims

Baugruppe mit einem Träger, insbesondere zur Verwendung als Verkleidung, dadurch gekennzeichnet, dass – der Träger als ein Profilglas-Hohlkörper ausgeführt ist, wobei optional – ein Photovoltaikelement (30) auf einer Außenseite oder im Inneren des Profilglas-Hohlkörpers angeordnet ist, wobei – der Profilglas-Hohlkörper einen Hohlraum (12) für einen Luftleitkanal für eine Durchströmung des Trägers der Photovoltaikelemente bildet und/oder – der Hohlraum (12) des Profilglas-Hohlkörpers mindestens teilweise mit einem Material, insbesondere einem Dämmmaterial verfüllt ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilglas-Hohlkörper aus einer miteinander verklebten Anordnung mindestens zweier paarweise mit deren Schenkeln zueinander orientierter U-förmiger Glasprofile (10) und/oder eines U-förmigen Glasprofils mit einem Flachglasprofil (11) gebildet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilglas-Hohlkörper aus einer paarweise miteinander verklebten Anordnung zweier gegensinnig bezüglich der Schenkel orientierten U-förmigen Glasprofile (10) mit einem zwischen die so aufeinander gesetzten Glasprofile angeordneten langgestreckten Flachglasprofil (11) derart ausgeführt ist, dass die so verbundenen Glasprofile einen Profilglas-Hohlkörper mit Zwischenscheibe mit einem in mindestens zwei Teilkammern geteilten Innenvolumen bilden.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise miteinander an deren Schenkel verklebten Glasprofile ebene Schnittflächen als Klebeflächen aufweisen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (30) entweder auf der Innenseite der verklebten U-förmigen Glasprofile (10) oder auf dem Flachglasprofil (11) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindungen durch doppelseitige Klebefolien (50) ausgeführt sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasprofile mit einer Splitterschutzfolie (20) versehen sind.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitterschutzfolie (20) als eine selbstklebende Folie ausgeführt ist.
Fertigungsverfahren für eine Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schenkel eines Paares von Glasprofilen mittels eines materialabhebenden Fertigungsverfahrens, insbesondere Sägen, Fräsen oder Schneiden mit einer ebenen Kontaktfläche durch ein Entfernen einer Schenkelkante (70) versehen werden, – die so entstandene Kontaktfläche gesäubert wird und – die paarweisen Glasprofile und/oder Zwischenscheiben entlang der ebenen Kontaktfläche verklebt werden.