DE19803343A1

DE19803343A1 - Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor

Info

Publication number: DE19803343A1
Application number: DE19803343A
Authority: DE
Inventors: Zvonko Zdjelar
Original assignee: FLEHMIG STEN 04109 LEIPZIG DE
Current assignee: FLEHMIG STEN 04109 LEIPZIG DE
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-05

Description

Die Erfindung wird als solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor bezeichnet.

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Sonnenkollektor, der unter Aufnahme von So larstrahlung sowohl der Erzeugung von warmen Wasser als auch der Erzeugung von elek trischen Strom dient. Dieser Sonnenkollektor ist in Form und Verwendung wie ein Dach ziegel ausgelegt. Er ermöglicht die Nutzung von Vakuumisolation zur effizienten Wärme dämmung und von wassergekühlten photovoltaischen Zellen zur erhöhten Stromausbeute.

Die individuelle Nutzung von Solarkollektoren bei Ein- oder Mehrfamilienhäusern basiert häufig noch auf den ältesten Typ der Kollektoren, einem kastenförmigen Gehäuse, das durch Glasscheiben abgedeckt ist und auf die entsprechende Dachseite montiert wird. Nachteile dieser Lösung sind die Veränderung des Dachstuhles und die großen Material- und Energiemengen, die bei der Kleinst- und Kleinserienherstellung verwendet werden, sowie das benötigte Isoliermaterial. Es gibt eine Vielzahl von Entwicklungen, die eine Massenherstellung von Sonnenkollektoren ermöglichen sollen, wie die europäischen Pa tentanmeldungen 0 330 701, 0 026 862 und 0 018 543, aber leider verlangen diese Lösun gen hohe Investitionskosten und eine Veränderung des Dachstuhles. Sie erweisen sich nur dann als günstig, wenn der Dachstuhl schon in der Bauphase entsprechend gestaltet wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solarthermischen Solarkollektor oder eine photovoltaische Zelle oder beides in einem Gehäuse zu integrieren, daß in seiner Geome trie mit nur geringen Abweichungen den gebräuchlichsten Dachziegeln, wie beispielsweise der Frankfurter Pfanne entspricht und der bei der Herstellung nur geringe Material- und Energieinvestitionen benötigt und somit schnellstmöglich eine positive ökologische Ge samtenergiebilanz aufweist. Durch das dachziegelförmige Gehäuse wird die Möglichkeit geschaffen, die Montage ohne Veränderungen des Dachstuhles und ohne spezielle techni sche Kenntnisse und Werkzeuge zu realisieren. Das für die Isolation erforderlichen Vaku um kann vor Ort mit allgemein zugänglichen Hilfsmitteln, (Fahrradpumpe mit umgedreh ter Manschette), erzeugt werden. Die Gestaltung aller Bauteile ist für die Massenprodukti on ausgelegt. Der Kollektor ist für das gesamte Temperaturspektrum des Jahres konstru iert, es ist keine Umrüstung für Winterbetrieb nötig. Die Wartung kann von der Dachau ßenseite erfolgen, die Zugänglichkeit zu den zwischen den solarthermisch- photovoltaischen Dachziegelkollektor und der Dachisolation verlaufenden Sammelleitun gen ist gegeben.

Die Erfindung soll in ihren Aussehen und ihren Maßen den regional gebräuchlichsten Dachpfannen entsprechen, als Beispiel dient hier die Frankfurter Pfanne. Die Lösung be steht aus einem Kollektorgrundkörper, auf den über eine Kunststoffdichtung das Kollek torgehäuse aufgebracht wird. Der Kollektorgrundkörper und das Kollektorgehäuse werden aus Glas im Preßverfahren oder aus gut lichtdurchlässigen Kunststoff im Spritzverfahren hergestellt. Der aus gewebeverstärktem Gummi gefertigte Absorber wird ähnlich einem Luftkissen durch Vulkanisieren von einer Ober- und einer Unterhälfte hergestellt und hat einen Zu- und einen Ablaufstutzen, die an den Enden als Flansche gestaltet sind. Die end gültige Form nimmt der Absorber erst dann an, wenn er im Kollektorgehäuse mit Wasser befüllt wird.

Die Erfindung ermöglicht drei Ausführungsvarianten: erstens als reiner photovoltaischer Kollektor, zweitens als reiner solarthermischer Kollektor mit Vakuumisolation und drittens als solarthermischer und photovoltaischer Kombinationskollektor.

Bei der ersten Variante wird der Absorber in das Kollektorgehäuse gelegt und die Kunst stoffdichtung wird mit dem Kollektorgehäuse und dem Kollektorgrundkörper verklebt. Der mittlere Gewindestutzen dient bei dieser Variante zur Aufnahme einer Ventilhülse mit Blitzventil zur Evakuierung des Gehäuses.

Bei der zweiten Variante wird die photovoltaische Zelle in das Kollektorgehäuse gelegt, die Kunststoffdichtung auf die obere Kante des Kollektorgehäuses aufgedrückt, das Ge häuse in den Kollektorgrundkörper eingepaßt und mit Überwurfmuttern zu einer luftdich ten Einheit verschraubt.

Bei der dritten Variante wird unter der photovoltaischen Zelle ein vereinfachter, dünner gestaltete solarthermische Absorber so im Kollektorgehäuse integriert, daß er großflächig an der photovoltaischen Zelle anliegt. Diese Variante gestattet, die photovoltaische Zelle durch die zirkulierende Flüssigkeit im Absorber zu kühlen. Eine Vakuumisolation ist hier nicht möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Ausführungsvarianten anhand der Zeichnung erläutert sind. Dabei zeigt

Fig. 1 Kombinationskollektor in Variante 1 als evakuierbarer solarthermischer Kollektor in allen Ansichten,

Fig. 2 Kombinationskollektor in Variante 2 als reiner photovoltaischer Kollektor in allen An sichten,

Fig. 2a Kombinationskollektor in Variante 3 mit solarthermischen Absorber und photovol taischer Zelle in allen Ansichten,

Fig. 3 Kollektorgehäuse (1) in allen Ansichten mit zwei horizontalen und einem vertikalen Schnitt,

Fig. 4 Kollektorgrundkörper (2) in allen Ansichten mit zwei horizontalen und einem vertika len Schnitt,

Fig. 5 Kombination von Kollektorgehäuse (1), Kollektorgrundkörper (2) und Kunststoffdich tung (3) in vier Ansichten, vier horizontalen und zwei vertikalen Schnitten,

Fig. 6 Kunststoffdichtung (3) in vier Ansichten,

Fig. 7 solarthermischer Absorber (4) in vier Ansichten,

Fig. 8 photovoltaische Zelle (8),

Fig. 9 drei vergrößerte Schnittdarstellungen:

- Anschluß der Wasserleitungen an den Kombinationskollektor
- Stutzen mit Ventil zur Evakuierung
- in Kollektorgehäuse eingepaßte Kunststoffdichtung,

Fig. 10 drei Darstellungen der Montage auf dem Dachstuhl.

Der obenliegende Kollektorgrundkörper (2) hat an der Oberkante je nach Ausführungsva riante zwei oder drei Gewindehalbschalen (2.2). Zur Aufnahme des darunterliegenden Kollektorgehäuses (1) befinden sich auf der Unterseite eine rechteckige Vertiefung (2.1) und an der Unterkante zwei Aussparungen (2.3). In diese beiden Aussparungen (2.3) wird das Kollektorgehäuse (1) mit den sich an seiner unteren Kante befindenden Arretierungs stiften (1.3) eingerastet. Zur luftdichten Verbindung zwischen Kollektorgrundkörper (2) und Kollektorgehäuse (1) dient eine Kunststoffdichtung (3). Sie hat an der Unterseite eine rechteckige Nut, mit der sie die Oberkante des Kollektorgehäuses (1) umschließt. Das Kollektorgehäuse (1) hat an der Oberkante ebenfalls, je nach Ausführungsvariante, zwei oder drei Gewindehalbschalen (1.1), die mit den Gewindehalbschalen (2.2) des Kollektor grundkörpers (2) jeweils zwei oder drei Gewindestutzen bilden. Auf der Oberseite des Kollektorgehäuses (1) ist ein Lager (1.2) zur Aufnahme des Absorbers und auf der Unter seite befinden sich an der Oberkante zwei Auflagekanten (1.4) zum Auflegen des Kollek tors auf die Dachlatten. Im unteren Viertel der Unterseite sind entsprechend der Profilie rung der Frankfurter Pfanne die hochliegende Mittelwulst (1.6) und der Stützfuß (1.5) ein gearbeitet. In dem Kollektorgehäuse (1) sind entsprechend der Ausführungsvariante der solarthermische Absorber (4), die photovoltaische Zelle (8) oder beides untergebracht.

Bei der Ausführungsvariante 1, bei der sich im Kollektorgehäuse (1) nur der solarthermi sche Absorber (4) befindet, kommt der dritte Gewindestutzen zu Anwendung. Der dritte, mittlere Gewindestutzen dient dabei zur Aufnahme der Baugruppe zur Evakuierung des Kollektors. Sie besteht aus einem in den Gewindestutzen gesteckten Gummipfropfen (3.1) mit axialem Loch, einer darüberliegenden Scheibe, einer Zwischendichtung und einer Scheibe mit Ventilhülse (7), in die das Blitzventil (7.1) eingesteckt ist. Mit einer Über wurfmutter (5), die auf den Gewindestutzen geschraubt wird, wird die Scheibe mit Ventil hülse (7) gegen den Gummipfropfen (3.1) verspannt und so eine luftdichte Verbindung gewährleistet. Die beiden äußeren Gewindestutzen dienen dem Anschluß der Zu- und Ab laufleitungen (6, 6.1) an den Zu- und Ablaufstutzen des Absorbers (4). Die Zu- und Ab laufstutzen, die an ihren Enden jeweils einen Flansch (4.1, 4.2) haben, werden an der Stirn fläche der Gewindestutzen gegen die ebenfalls als Flansch gestalteten Enden der Zu- und Ablaufleitungen (6, 6.1) mit Überwurfmuttern (5) verspannt. Somit werden die einzelnen Kollektoren durch flexible Schlauchleitungen seriell oder parallel untereinander dicht ver bunden.

Bei der zweiten Variante wird im Kollektorgehäuse (1) nur die photovoltaische Zelle (8) aufgenommen, es werden nur zwei Gewindestutzen benötigt. Die Gewindestutzen dienen hier dazu, die elektrischen Anschlüsse (8.1, 8.2) abgedichtet in den Kollektor zu führen. Zur Montage werden dabei wie in Variante 1 Überwurfmuttern (5) verwendet.

Die dritte Variante vereinigt den Absorber (4) und die photovoltaische Zelle (8) im Kol lektorgehäuse (1). Dabei liegt der vereinfachte, dünner gestaltete Absorber (4) in der ka stenförmigen Vertiefung (1.2) des Kollektorgehäuses (1) unter der photovoltaischen Zel le (8), so daß es zu einer großen Berührungsfläche kommt, die einen hohen Wärmeüber gang ermöglicht. Die beiden äußeren Gewindestutzen dienen hier wie in Variante 1 dem Anschluß des Absorbers (4). Der mittlere Gewindestutzen wird für die Durchführung der elektrischen Anschlüsse der photovoltaischen Zelle (8) verwendet.

Bezugszeichenliste

1

Kollektorgehäuse

1.1

Gewindehalbschale, untere

1.2

Lager zur Aufnahme der photovoltaischen Zelle

1.3

Arretierungsstift

1.4

Auflagekante für Dachbalken

1.5

Stützfuß

1.6

Mittelwulst

2

Kollektorgrundkörper

2.1

Vertiefung zur Aufnahme des Kollektorgehäuses

2.2

Gewindehalbschale, obere

2.3

Aussparung zur Aufnahme des Arretierungsstiftes

3

Kunststoffdichtung

3.1

Gummipfropfen

4

Absorber

4.1

Flansch am Zulaufstutzen

4.2

Flansch am Ablaufstutzen

5

Überwurfmuffer

6

Zulaufleitung für Kaltwasser mit beiderseitigen Flanschenden

6.1

Ablaufleitung für Warmwasser mit beiderseitigen Flanschenden

7

Gehäuse für Blitzventil

7.1

Blitzventil

8

photovoltaische Zelle

8.1

elektrischer Anschluß für die photovoltaische Zelle

8.2

elektrischer Anschluß für die photovoltaische Zelle

Claims

1. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kollektorgrundkörper (2), die Kunststoffdichtung (3) und das Kollektorgehäuse (1) die drei Grundelemente des Solarkollektors sind, der das äußere Aussehen eines Dachzie gel hat.

2 Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1, der dadurch ge kennzeichnet ist, daß das Kollektorgehäuse (1) an seiner oberen Kante zwei oder drei Ge windehalbschalen (1.1) und zwei Auflagekanten (1.4) hat, auf der Oberseite ein La ger (1.2) hat, an der unteren Kante zwei Arretierungsstifte (1.3) und an der Unterseite im unteren Bereich ein Stützfuß (1.5) und eine hochliegende Mittelwust (1.6) hat.

3. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 und 2, der da durch gekennzeichnet ist, daß der Kollektorgrundkörper (2) an der oberen Kante zwei oder drei Gewindehalbschalen (2.2) hat und auf der Unterseite eine Vertiefung (2.1) zur Auf nahme des Kollektorgehäuses (1) und zwei Aussparungen (2.3) zur Aufnahme der Arretie rungsstifte (1.3) hat.

4. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 3, der da durch gekennzeichnet ist, daß die Kunststoffdichtung (3) eine Nut zur formschlüssigen Verbindung mit dem Kollektorgehäuse (1) hat.

5. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 4, der da durch gekennzeichnet ist, daß sich im Kollektorgehäuse (1) ein Absorber (4) befindet, des sen Zu- und Ablaufstutzen Flansche (4.1, 4.2) sind, die an den Stirnflächen der aus zwei Gewindehalbschalen (1.1, 2.2) bestehenden Gewindestutzen anliegen.

6. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 5, der da durch gekennzeichnet ist, daß sich im Kollektorgehäuse (1) eine photovoltaische Zelle (8) befindet, deren elektrische Anschlüsse (8.1, 8.2) durch die zweiteiligen Gewindestutzen geführt und abgedichtet werden.

7. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 6, der da durch gekennzeichnet ist, daß sich im Kollektorgehäuse (1) ein elastischer Absorber (4) befindet, dessen Zu- und Ablaufstutzen Flansche (4.1, 4.2) sind, die an den Stirnflächen der aus zwei Gewindehalbschalen (1.1, 2.2) bestehenden Gewindestutzen anliegen und daß sich im Kollektorgehäuse (1) eine photovoltaische Zelle (8) befindet, deren elektrische Anschlüsse (8.1, 8.2) durch den mittleren Gewindestutzen herausgeführt werden.

8. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 7, der da durch gekennzeichnet ist, daß durch die Überwurfmutter (5) und den aus zwei Gewinde halbschalen (1.1, 2.2) bestehenden Gewindestutzen die Flanschenden der Zu- und Ablauf stutzen (4.1, 4.2) des Absorbers (4) hermetisch dicht aber lösbar mit den Enden der flexi blen Verbindungsschläuche (6.1, 6.2) verbunden werden.

9. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 8, der da durch gekennzeichnet ist, daß sich das Blitzventil (7.1) allein dadurch montieren läßt, daß es mit seinem Oberteil in den Gummipfropfen (3.1) und mit seinem Unterteil in das Ven tilgehäuse (7) gesteckt wird.

10. Solarthermisch-photovoltaischer Dachziegelkollektor nach Anspruch 1 bis 9, der da durch gekennzeichnet ist, daß die Kollektoren untereinander mit elastischen Leitungen mit Flanschen an beiden Enden (6.1, 6.2) verbunden werden.