DE19619369A1 - Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie mit einer in die Oberfläche des Dachziegels eingeformten Mulde, in der ein plattenförmiges Energiewandler­ element zur Direktumwandlung der Sonnenenergie in thermische oder elektrische Energie be­ festigt ist.

Energiewandlerelemente der vorgenannten Art sind als Wärmetauscher-Elemente, die über Zu- und Ableitungen eine Wärmeträgerflüssig­ keit führen, oder als stromerzeugende soge­ nannte Sonnen- oder Solarzellen (= photo­ voltaische Elemente) bekannt.

Bei der Entwicklung von Dachsystemen zur Sonnenenergienutzung sind bisher zwei unter­ schiedliche Wege eingeschlagen worden. Zum einen verwendet man bevorzugt sehr große Solarzellen-Platten oder Wärmetauscherplatten, beispielsweise einer Größe von 1 m², die die eigentliche Dachfläche eines Hauses, die traditionell mit einer Vielzahl von einzelnen Dachziegeln eingedeckt ist, großflächig über­ decken. Das stört die Optik der Hausdächer erheblich.

Zum anderen wird der Weg versucht, kleinformatige Solarzellen-Plattenelemente oder Wärmetauscher­ elemente in die einzelnen Dachziegel zu integrieren, um auf diese Weise die Optik und die Funktions­ sicherheit der traditionellen Dacheindeckungen z. B. mit Tondachziegeln zumindest annähernd zu erhalten. Die Erfindung beschäftigt sich mit diesem Typ eines Dachsystem zur Nutzung der Sonnen­ energie.

Gemäß der DE 44 21 078 A1 ist es bekannt, in dem Dachziegel eine speziell geformte Vertiefung zur Aufnahme einer Solarzelle vorzusehen und die Solarzelle mit dem Dachziegel vollflächig zu ver­ kleben bzw. auf die Oberfläche des Dachziegels aufzuschweißen. Das Problem des Verlegens und der Sammelverbindung der Solarzellen der einzelnen Ziegel über elektrische Verbindungs- und Sammel­ leiter soll durch ebenfalls aufgeschweißte Kontakt­ bahnen und Berührungskontakte an den Dachziegel­ übergängen gelöst werden. Ein derartiger Vorschlag erscheint bei wasserführenden Dachflächen abwegig.

Nach der DE 92 18 903 U1 wird vorgeschlagen, ein Solarzellen-Plattenelement auf den Dachziegel auf­ zulegen, wobei der Dachziegel im wesentlichen voll­ flächig überdeckt wird, so daß das Regenwasser von dem Solarzellen-Plattenelement in den wasserfalz­ seitigen Randbereich des Dachziegels abgeleitet wird. Zur Befestigung des Solarzellen-Platten­ elementes auf dem Dachziegel sind im Dachziegel spezielle Hinterschneidungen und Einsteckbohrungen für Befestigungsstifte erforderlich, die sich quer zur Dachziegelfläche erstrecken und dementsprechend fertigungstechnisch bei der Dachziegelherstellung nur mit Mehrfachwerkzeugen oder nur mit zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen her­ zustellen sind. Bezüglich des Problems der Ver­ legung und Sammelverbindung der Zu- und Ableitungen der einzelnen Solarzellen-Plattenelemente ist in dieser Druckschrift nichts ausgesagt.

Auch die DE 43 32 873 A1 läßt das Problem der Ver­ legung und Sammelverbindung der Zu- und Ableitungen der Vielzahl der Einzelelemente unerwähnt. Vorge­ schlagen wird lediglich eine spezielle lösbare Befestigung von Solarzellen-Plattenelementen inner­ halb einer in die Oberfläche des Dachziegels eingeformten Mulde derart, daß federnd ein­ schnappende Halteclipse die Ränder des Solar­ zellen-Plattenelementes halten, das von oben in die Dachziegelmulde eingedrückt wird. Für die Fixierung der Halteclipse sind wiederum quer zur Dachziegelfläche in den Dachziegel einzuformende Hinterschneidungen erforderlich, die fertigungstechnisch die bereits erwähnten Nachteile haben.

Die weiterhin vorbekannte DE 44 11 458 A1 geht ebenfalls von der Überlegung aus, ein Solar­ zellen-Plattenelement in eine in die Oberfläche des Dachziegels eingeformte Mulde von oben ein­ zusetzen, wobei jedoch zur Berücksichtigung von eventuellen Fertigungstoleranzen bei der Dach­ ziegelproduktion und den unterschiedlichen Wärme­ ausdehnungen des Solarzellen-Plattenelementes einerseits und des Dachziegels andererseits vor­ geschlagen wird, die Ränder des Solarzellen-Plattenelementes mit einem elastischen Silikon­ kleber o. dgl. in die Dachziegelmulde einzudichten. Dadurch soll auch verhindert werden, daß Regen­ wasser und Schmutzpartikel in die Dachziegel­ mulde unterhalb des Solarzellen-Plattenelementes gelangen. Über diesen Raum unterhalb des Solar­ zellen-Plattenelementes erfolgt auch die Ver­ drahtung der einzelnen Solarzellen,allerdings schweigt auch diese Druckschrift zu der Frage, wie das Verlegen und die Sammelverbindung einer Vielzahl von Solarzellen-Plattenelemente be­ nachbarter Dachziegel erfolgen soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es da­ her, einen Dachziegel zur Nutzung der Sonnen­ energie zu entwickeln, dessen plattenförmiges Energiewandlerelement (z. B. Solarzellen-Platten­ element oder Wärmetauscher-Element) in eine in die Oberfläche des Dachziegels eingeformte Mulde einzusetzen ist, und dabei die Probleme der sturmsicheren Elementbefestigung und der Verlegung und Sammelverbindung der Energie­ wandlerelemente der einzelnen Dachziegel in einer praxisgerechten Weise zu lösen, ohne die Wasser- und Winddichtigkeit der traditionellen Dachziegeleindeckungen zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß am Boden der Dachziegelmulde vorzugs­ weise drei aufsteigende Befestigungsdome in einem Stück mit dem Material des Dachziegels ausgeformt sind derart, daß auf der Kopffläche der Dome das plattenförmige Energiewandler­ element aufliegt und dort befestigt ist und daß das plattenförmige Energiewandlerelement mit einer allseitigen Randfreiheit in der Mulde positioniert ist.

Dabei sieht eine besonders vorteilhafte Aus­ führungsform der Erfindung vor, daß jeder Befestigungsdom eine axiale Durchgangsbohrung durch den Dom und durch den Dachziegel hindurch in der Weise besitzt, daß die Kopffläche des Dorns durchgängig mit der Unterseite des Dach­ ziegels verbunden ist und daß die Befestigung des Energiewandlerelementes sowie die Verlegung der Zu- und/oder Ableitungen des Energiewandler­ elementes durch die Durchgangsbohrung hindurch bis auf die Unterseite des Dachziegels aus­ führbar sind.

Die Lehre der Erfindung geht zunächst davon aus, daß über die allseitige Randfreiheit, mit der die Energiewandlerelemente in der Dachziegelmulde positioniert sind, durchaus Regenwasser und Schmutzpartikel in die Dachziegelmulde unterhalb der plattenförmigen Energiewandlerelemente ge­ langen können. Letztlich ist das unerheblich, denn bei jedem stärkeren Anfall von Regenwasser wird die Dachziegelmulde wieder sauber ausge­ waschen (ausgespült).

Um dies zu gewährleisten, sollte die allseitige Randfreiheit des in die Dachziegelmulde integrierten plattenförmigen Energiewandlerelementes ausreichend bemessen sein. Durch empirische Versuche hat sich eine Randfreiheit von 0,5 bis 1,0 cm als zweckmäßig erwiesen, um das Eindringen von größeren Blättern etc. in die Dachziegelmulde unterhalb des Energiewandlerelementes zu unterbinden, gleichzeitig aber einen ungehinderten Zutritt von Regenwasser zuzulassen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene randfreiell Befestigung der Energiewandlerelemente hat den besonderen Vorteil, daß eventuelle Fertigungs­ toleranzen bei der Dachziegelproduktion und/oder unterschiedliche Wärmedehnungen des Wandler­ elementes einerseits und des Dachziegels anderer­ seits bei den neuen Sonnenenergie-Dachziegeln keine Probleme aufwerfen können.

Trotz des ungehinderten Zutritts von Regen­ wasser in die Dachziegelmulde unterhalb des Energiewandlerelementes ist der erfindungsge­ mäße Dachziegel absolut regen- und wasserdicht. Dies ergibt sich aus der Konstruktion der soge­ nannten Befestigungsdome, auf denen das platten­ förmige Energiewandlerelement in einem größeren Abstand (z. B. 1-3 cm) zum Boden der Mulde auf­ liegt und die aufsteigend aus dem Boden der Dach­ ziegelmulde in einem Stück mit dem Material des Dachziegels ausgeformt sind. Obwohl diese Dome Durchgangsbohrungen bis auf die Unterseite des Dachziegels aufweisen, kann kein Wasser durch sie hindurchtreten, da lediglich der Fuß der Befestigungsdome vom Regenwasser umspült wird und das Regenwasser in der Dachziegelmulde unter­ halb des Energiewandlerelementes nicht so hoch aufstauen kann, daß es über die Kopffläche der Befestigungsdome in die Durchgangsbohrungen der Befestigungsdome eintreten könnte.

Zudem liegen die Kopfflächen der Befestigungsdome weitgehend abdichtend gegen die Unterseite der plattenförmigen Energiewandlerelemente an und ge­ mäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Er­ findung kann zusätzlich vorgesehen sein, daß zwischen der Kopffläche der Befestigungsdome und der Plattenunterseite des Energiewandler­ elementes eine Gummidichtung angeordnet ist.

Die nach der Lehre der Erfindung vorgeschlagene kombinierte Nutzung der Durchgangsbohrung in den Befestigungsdomen löst gleich mehrere der bisherigen Probleme solcher Sonnenenergie-Dachziegel.

Zum einen kann die Befestigung der plattenförmigen Energiewandlerelemente auf einfachste Weise da­ durch erfolgen, daß diese Elemente an ihrer Unter­ seite Befestigungsansätze (z. B. Schraub- oder Steckzapfen) aufweisen, die lediglich durch die Durchgangsbohrungen der Befestigungsdome hindurch­ gesteckt und an der Unterseite des Dachziegels z. B. mittels einer Überwurfmutter oder einer Aufsatzklemme gekontert werden. Dabei kann und sollte der Durchmesser der Durchgangsbohrung relativ zu den Durchmessern solcher Befestigungs­ ansätze überdimensioniert sein, um Toleranzunge­ nauigkeiten bezüglich der Abstände der Befestigungs­ dome voneinander und/oder der Abstände der Be­ festigungsansätze der Energiewandlerelemente von­ einander auszugleichen.

Durch dieselben Durchgangsbohrungen der Be­ festigungsdome werden auch die Zu- und Ableitungen der Energiewandlerelemente auf die Unterseite des Dachziegels verlegt und dort über Verbindungs- und Sammelleitungen zu einem größeren Verbund zusammengeschaltet. Dafür können handelsübliche Verbindungs- und Leitungssysteme verwendet werden, wie sie der Handwerker kennt.

Werden als Energiewandlerelemente plattenförmige photovoltaische Elemente verwendet, dann ist es besonders einfach, deren Elektroleiter-Anschlüsse durch die Durchgangsbohrungen der Befestigungs­ dome bis auf die Unterseite der Dachziegel zu verlegen. Bei ausreichender Dimensionierung der Durchmesser der Durchgangsbohrungen haben in ein- und derselben Durchgangsbohrung sowohl die Befestigungsansätze der Plattenelemente als auch die Elektroleiter-Anschlüsse Platz.

Ist das plattenförmige Energiewandlerelement ein Wärmetauscher-Element mit einer Wärmeträger­ flüssigkeit, dann können die durch die Durch­ gangsbohrungen der Befestigungsdome hindurch­ geführten Zu- und Abflußleitungen zugleich die Funktion der Befestigungsansätze der Wärme­ tauscher-Elemente übernehmen, da sie hinreichend stabil und zugfest ausgeführt werden können und ihre Fixierung an der Unterseite des Dachziegels durch auf die Zu- und Abflußleitungen aufge­ steckte Klemmelemente leicht möglich ist.

Die Lehre der Erfindung beinhaltet auch den Vor­ teil, daß die Dachziegel einerseits und die Energiewandlerelemente andererseits in unter­ schiedlichen Fertigungsstätten komplett produziert werden können und erst vor Ort auf der Baustelle nach der Dacheindeckung auf einfachste Weise und entsprechend problemlos zusammengesetzt werden. Das erleichtert auch den Ausbau eventuell defekter Energiewandlerelemente und/oder Veränderungsarbeiten an bestehenden Sonnenenergie-Dächern.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen er­ findungsgemäßen Sonnenenergie-Dachziegel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Dach­ ziegel nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt im Prinzip einen bekannten Dach­ ziegel 3 mit den üblichen wasserabführenden Kopffalzungen 4 und Seitenfalzungen 5. In die Deckfläche eines solchen Dachziegels ist inner­ halb einer Dachziegelmulde 6 ein plattenförmiges Energiewandlerelement 7 eingebaut.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Dach­ ziegel nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Erkennbar ist in Fig. 2 der Grundkörper 8 des Dachziegels, der zusammen mit den benachbart verlegten Dachziegeln, die in der Darstellung gemäß Fig. 2 gestrichelt angedeutet sind, eine wasser- und winddichte Dacheindeckung bildet. Das ist bekannt und bedarf keiner weiteren Be­ schreibung.

In den Grundkörper 8 des Dachziegels ist bei dessen Herstellung die Dachziegelmulde 6 mit eingeformt. Dabei werden erfindungsgemäß zu­ gleich auch die vom Boden der Dachziegelmulde aufsteigenden Befestigungsdome 9 in einem Stück mit dem Material des Dachziegels ausgeformt.

Jeder Befestigungsdom 9 besitzt eine innere axiale Durchgangsbohrung 10 und eine obere Kopffläche, auf der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine Gummidichtung 11 aufliegt, die die Unterseite des von den Befestigungsdomen ge­ tragenen Energiewandlerelementes 7 gegen die Kopffläche des Befestigungsdomes und damit gegen die Durchgangsbohrung zusätzlich abdichtet.

Durch die Durchgangsbohrung 10 erfolgt jeweils die Befestigung des Energiewandlerelementes, was in Fig. 2 durch das zeichnerische Symbol 12 eines Ankers kenntlich gemacht ist.

Wahlweise durch den einen oder anderen Befestigungs­ dom erfolgt auch die Verlegung der Zu- und Ab­ leitungen für die Energiewandlerelemente auf die Unterseite des jeweiligen Dachziegels, wo sie mittels Verbindungs- und Sammelleitungen je nach Art des benutzten Energiewandlerelementes (z. B. Solarzellen-Plattenelement oder Wärmetauscher-Element) zu einem größeren Verbund zusammenge­ schlossen werden. Diese Zu- und Ableitungen sowie entsprechende Verbindungs- und Sammelleitungen sind in Fig. 2 nicht mit dargestellt, da sie je nach der Art der verwendeten Energiewandler­ elemente sehr unterschiedlich ausfallen können.

Claims (8)

1. Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie

• - mit einer in die Oberfläche des Dachziegels eingeformten Mulde,
• - in der ein plattenförmiges Energiewandler­ element zur Direktumwandlung der Sonnen­ energie in thermische oder elektrische Energie befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß am Boden der Dachziegelmulde (6) mindestens ein aufsteigender Bodenbefestigungsdom (9) in einem Stück mit dem Material des Dachziegels ausgeformt ist,
• - daß auf der Kopffläche des Domes das platten­ förmige Energiewandlerelement (7) aufliegt und dort befestigt ist
• - und daß das plattenförmige Energiewandler­ element (7) mit einer allseitigen Randfreiheit in der Mulde (6) positioniert ist.

2. Dachziegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Befestigungsdom (9) eine axiale Durch­ gangsbohrung (10) durch den Dom und durch den Dachziegel hindurch aufweist derart,
• - daß die Kopffläche des Domes durchgängig mit der Unterseite des Dachziegels verbunden ist
• - und daß die Befestigung des Energiewandler­ elementes (7) durch die Durchgangsbohrung (10) hindurch ausführbar ist.

3. Dachziegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Durchgangsbohrung (10) hindurch die Zu- und/oder Ableitungen des Energiewandler­ elementes (7) bis auf die Unterseite des Dach­ ziegels verlegt sind.

4. Dachziegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kopffläche des Befestigungs­ domes (9) und der Plattenunterseite des Energie­ wandlerelementes (7) eine Gummidichtung (11) angeordnet ist.

5. Dachziegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der traufenseitige Abschluß der Dachziegel­ mulde (6) offen ausgebildet ist oder mit einer konstruktiv flacheren Neigung als die übrigen Muldenbegrenzungsflächen ausläuft.

6. Dachziegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Energiewandlerelement ein photovoltaisches Element ist, dessen Elektroleiter-Anschlüsse durch die Durchgangs­ bohrung des Befestigungsdomes bis auf die Unterseite des Dachziegels verlegt sind.

7. Dachziegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Energiewandlerelement ein Wärmetauscher-Element mit einer Wärme­ trägerflüssigkeit ist, dessen Zu- und Ableitungen durch die Durchgangsbohrung eines Befestigungs­ domes bis auf die Unterseite des Dachziegels verlegt sind.