DE19823356A1

DE19823356A1 - Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie

Info

Publication number: DE19823356A1
Application number: DE19823356A
Authority: DE
Inventors: Walter Saga
Original assignee: TONINDUSTRIE HEISTERHOLZ ERNST
Current assignee: TONINDUSTRIE HEISTERHOLZ ERNST
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie mit einer Mittelfeldmulde, in die ein Solarmodul positionierbar ist. Es wird vorgeschlagen, den Seitenfalzteil und/oder den Deckfalzteil des Dachziegels im Bereich der Mittelfeldmulde abgesenkt auszuformen derart, daß die Mittelfeldmulde eines ersten Dachziegels in die Mittelfeldmulde eines benachbarten Dachziegels übergeht, wodurch in einem Ziegeldach eine doppelformatige oder mehrfachformatige Feldmulde für die Aufnahme eines Solarmoduls gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie. Wenn im folgenden von Dachziegel gesprochen wird, dann schließt dies schutzrechtlich Dachpfannen aus einem Betonmaterial mit ein.

Es ist bekannt, Dachziegel mit einer in das Mittelfeld des Dachziegels eingeformten Mulde herzustellen derart, daß in diese Mittelfeld mulde ein plattenförmiges Solarmodul zur Direktumwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie einsetzbar ist (vergl. hierzu die DE 196 19 369 A1 der Anmelderin oder die DE 41 41 664 C1). Die Mittelfeld mulde des Dachziegels ist firstseitig durch einen Kopffalzteil und an den Seiten einer seits durch einen Seitenfalzteil (wasser führend mit nach oben offenen Seitenfalznuten) und andererseits durch einen Deckfalzteil (überdeckend mit nach unten vorstehenden Deck falzrippen) begrenzt.

In dem plattenförmigen Solarmodul, so wie sie heute handelsüblich angeboten werden, sind mehrere Solarzellen zu einer mechanischen Einheit verbunden. Die einzelnen Solarzellen sind dabei elektrisch in Serie und/oder parallel miteinander verschaltet, so daß das Modul eine höhere Spannung als eine Einzel zelle liefern kann und/oder einen stärkeren Strom erzeugen kann. Je nach Ausführungsform des Solarmoduls ist die Modulfläche aus Formatgründen und wegen der einzuhaltenden Abstände zwischen den einzelnen Solarzellen nicht vollständig mit Solarzellen belegt. Deshalb ist der Wirkungsgrad eines Solarmoduls um das Maß der Flächenausnutzung geringer als der Wirkungsgrad der Solarzellen. Das macht sich insbesondere bei kleinformatigen Solarmodulen bemerkbar.

Die Industrie hat sich deshalb auf groß formatige Solarmodule spezialisiert, die als Großflächenmodule auf ein bereits bestehendes Ziegeldach montiert werden, wo sie dem Be trachter jedoch einen unschönen Anblick ver mitteln. Versuche, solche Großflächenmodule statt auf dem Dach in einer optisch besseren Weise in ein Ziegeldach zu integrieren, sind mit einem artfremden Trägermaterial gemacht worden (z. B. mit einem aus Blech geformten Trägerelement für das Großflächenmodul, siehe hierzu DE 296 01 715 U1), jedoch konnten solche artfremden Trägerelemente optisch und handwerklich nicht überzeugen, da ein zum Ziegeldach artfremdes, großformatiges Träger element den verschiedenen Falzziegelkonstruktionen der im Format kleineren Dachziegel nicht hin reichend genau angepaßt werden kann, zumal da die meisten Dachziegel als Verschiebeziegel mit variierenden Decklängen verlegt werden. Daraus resultiert immer eine erhöhte Anfälligkeit gegen Undichtigkeiten der Dacheindeckung im Übergangs bereich zwischen dem Trägerelement des Solar moduls und dem Ziegeldach selbst, die nur mit einem teuren Aufwand dauerhaft vermieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wesentlich kostengünstigere Lösung für die Integration größerer plattenförmiger Solarmodule in ein Ziegeldach zu finden, das traditionell mit Falzziegeln eingedeckt ist und bei dem die Flächenabmessungen der Solarmodule das normale Format eines Dachziegels überschreiten, ohne daß es deshalb zu den genannten Anpassungs- und Dichtigkeitsproblemen der Dacheindeckung kommen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß (ausgehend von einem normalen handelsüblichen Dachfalzziegel) der Seiten falzteil und/oder der Deckfalzteil des Dach ziegels im Bereich der Mittelfeldmulde ab gesenkt ausgeformt ist derart, daß die Mittel feldmulde eines ersten Dachziegels in die Mittelfeldmulde eines benachbarten Dachziegels im wesentlichen mit planer Erstreckung über geht und daß in die auf diese Weise aus zwei oder mehreren Dachziegeln gebildete doppel formatige oder mehrfach-formatige Feldmulde ein plattenförmiges Solarmodul positionierbar ist, dessen äußere Abmessungen dem Format der Feldmulde angepaßt sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion eines Dach ziegels ermöglicht die Integration größerer Solarmodule in größeren Feldmulden eines Ziegeldaches, ohne daß die bewährte Verfalzung der standard-formatigen Dachziegel geändert werden muß und ohne daß artfremde Träger elemente des Solarmoduls mit den genannten Anpassungs- und Dichtigkeitsproblemen in das Ziegeldach eingebaut werden müssen.

Dabei ist es ein ganz wesentlicher Kosten vorteil, daß die Dachziegel nach der Lehre der Erfindung auf den vorhandenen Fertigungs anlagen der Dachziegelwerke produziert werden können. Keine Formpresse, kein Trockenrahmen, keine Brennkassette und kein Brennofen muß geändert werden und keine Umsetz- und Stapel vorrichtung der bestehenden Produktionsanlagen muß umgerüstet werden, um die erfindungsgemäßen Dachziegel zu produzieren. Lediglich die Preß formen sind gegen neue Preßformen mit den Formmerkmalen der erfindungsgemäßen Dachziegel auszutauschen, wobei im Prinzip drei neue Preß formen ausreichen, um einen sogenannten linken Ziegel, einen rechten Ziegel und einen soge nannten Mittelziegel nach der Lehre der Er findung herzustellen. Der linke Ziegel hat im Vergleich zu der herkömmlichen Bauform eines Dachziegels an seiner rechten Seite einen ab gesenkten Deckfalzteil. Der rechte Ziegel besitzt an seiner linken Seite den abgesenkten Seitenfalzteil, und bei dem sogenannten Mittel ziegel ist sowohl der Seitenfalzteil als auch der Deckfalzteil abgesenkt. Aus diesen drei Typ-Ziegeln lassen sich ohne großen Aufwand oder Anpassungsarbeiten doppel-formatige oder mehrfach-formatige Feldmulden zur Aufnahme entsprechend großer Solarmodule in ein Ziegel dach integrieren.

Eine besondere Dichtigkeit der Feldmulde gegen eindringendes Wasser in die abgesenkten Falz teile des Dachziegels sowie auch eine bessere und vereinfachte Verlegung der erfindungsgemäßen Dachziegel auf einem Schrägdach wird nach Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung durch ein Dachziegelelement erreicht, bei dem ein fertig gebrannter linker Dachziegel mit einem fertig gebrannten rechten Dachziegel werks seitig mit ihren aufeinandergelegten abge senkten Falzteilen miteinander verklebt sind derart, daß als fertige Bau- und Verlegeein heit ein Dachziegelelement mit einer doppel formatigen Feldmulde gebildet ist, die vom Dachdecker in der üblichen Weise auf dem Dach verlegt wird, ohne daß er sich um eine sorg fältige Ausrichtung der an der Bildung der Feldmulde beteiligten Dachziegel kümmern muß. Zugleich ermöglicht ein solches Dachziegel element auch die werksseitige Montage des in der Feldmulde einliegenden Solarmoduls, sofern nicht vorgezogen wird, ein Solardach mit den erfindungsgemäßen Dachziegeln oder Dachziegel elementen zweistufig aufzubauen, d. h. erst die Dachziegel-Eindeckung und sodann die Montage der Solarmodule in den Feldmulden des Ziegel daches.

In der gleichen Weise können nach Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung fertig gebrannte Dachziegel auch zu einem Dachziegelelement mit einer dreifach-formatigen Feldmulde werks seitig zusammengeklebt werden, jedoch dürfte ein solches Dachziegelelement bereits ein Gewicht haben, das von einem Dachdecker nicht mehr so ohne weiteres zu handhaben ist.

Für das wasserdichte Verkleben der abgesenkten Falzteile der Dachziegel zu einem Dachziegel element der erfindungsgemäßen Art ist ein Zweikomponentenkleber auf Epoxidharz-Basis gut geeignet (z. B. Viscopox Beton- u. Tonkleber BTK-13 der Fa. Viscopox, D-46236 Bottrop).

Die Positionierung und Befestigung der Solar module in den Feldmulden der Dachziegel oder der Dachziegelelemente kann z. B. gemäß der Lehre der Patentanmeldung DE 196 19 369 A1 erfolgen, die die Ausformung von Befestigungs domen am Boden der Dachziegelmulden vorsieht, die auch mit Durchgangsbohrungen versehen sein können, durch die die Stromleiter des Solarmoduls problemlos zu- und abgeführt werden können.

Ergänzend zu den vorgenannten Befestigungs domen oder auch zur alleinigen Verwendung wird nach Anspruch 4 der vorliegenden Er findung vorgeschlagen, in die Verklebung der abgesenkten Falzteile eines Dachziegelelementes eine oder mehrere Haltevorrichtungen mit ein zukleben, die sich in die Feldmulde hineiner strecken und dort zur sturmsicheren Befestigung des Solarmoduls dienen. Solche Haltevorrichtungen können z. B. Clipvorrichtungen aus einem nicht rostenden Federstahlblech sein, und für das positionsgenaue Einkleben (Einbetten) in die Klebenaht der abgesenkten Falzteile kann der übergreifende Deckfalzteil auch entsprechende Ausnehmungen aufweisen.

Ebenso können in die wasserdichte Verklebung der aufeinanderliegenden abgesenkten Falzteile eines erfindungsgemäßen Dachziegelelementes elektrische Stromleiter mit eingeklebt sein, die als elektrische Durchgangsleiter die Feldmulden-Seite des Dachziegelelementes mit der Unterseite des Ziegeldaches verbinden, so daß bei einem erfindungs gemäßen Dachziegelelement die äußere und die Unterdachverkabelung der in den Feldmulden montierten Solarmodule problemlos ist.

Obwohl im Vorstehenden von einer doppel-formatigen oder mehrfach-formatigen Feldmulde der erfindungs gemäßen Dachziegel oder Dachziegelelemente ge sprochen ist, muß hervorgehoben werden, daß die Feldmulden systembedingt eine größere Feldfläche für die Aufnahme eines Solarmoduls zur Verfügung stellen als es der besagten Verdoppelung oder Vermehrfachung der bisher bekannten Mittelfeld mulde eines Einzelziegels entsprechen würde. Dies deshalb, da auch die abgesenkten Falzteile, über die sich das Solarmodul hinwegerstreckt, für eine zusätzliche Flächennutzung zur Verfügung stehen. Das aus einzelnen Solarzellen bestehende Solarmodul kann somit mit einer entsprechend besseren Flächenausnutzung hergestellt werden.

In der Praxis werden vorwiegend (derzeit zu fast 90%) Solarzellen auf der Basis von kristallinem Silizium hergestellt, deren photovoltaischer Wirkungsgrad ein Maximum bei etwa 25°C Betriebstemperatur erreicht und mit steigender Betriebstemperatur deut lich abfällt. Dies macht sich bei einem Solardach bemerkbar, da die Einsatztemperaturen der Solarmodule in einer Feldmulde der er findungsgemäßen Dachziegel oder Dachziegel elemente typischerweise bei 60 bis 100°C liegen.

Um die Einsatztemperaturen der Dach-Solar module an die optimale Betriebstemperatur der Silizium-Solarzellen anzupassen, wird nach Anspruch 6 der Erfindung vorgeschlagen, die Tiefe der Feldmulde der Dachziegel oder Dachziegelelemente und die Befestigungshöhe des Solarmoduls in der Feldmulde so zu be messen, daß unterhalb des Solarmoduls in der Feldmulde ein Wärmetauscher-Element mit einer Wärmeträgerflüssigkeit positionier bar ist, dessen Zu- und Ableitungen in dem Kopffalzteil des Dachziegels oder des Dach ziegelelementes verlegt sind.

Das Wärmetauscher-Element führt die Stauwärme unterhalb des Solarmoduls sowie die von semitransparenten Solarmodulen hindurchge lassenen Energieanteile der Sonnenstrahlung ab und nutzt diese zusätzlich, wobei aber zugleich das Solarmodul gekühlt wird und dadurch die Solarzellen in einem Betriebs temperaturbereich arbeiten können, der einen besseren photovoltaischen Wirkungsgrad ver spricht.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung zwei erfindungsgemäße Dach ziegel mit einer doppel-formatigen Feldmulde.

Erkennbar ist ein erster Dachziegel 2 mit dem Seitenfalzteil 3, mit dem Deckfalzteil 4 und mit einem in der Darstellung vereinfacht ge zeichneten Kopffalzteil 5.

Entsprechend ist auch der zweite Dachziegel 6 mit dem Seitenfalzteil 7, dem Deckfalzteil 8 und dem Kopffalzteil 9 ausgeführt.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Doppel falzziegel bekannter Bauart sind nach der Lehre der Erfindung bei dem dargestellten linken Dachziegel der Deckfalzteil 4 und bei dem dargestellten rechten Dachziegel der Seitenfalzteil 3 abgesenkt ausgeformt, d. h. sie sind abgeflacht und in ihrer Bau höhe niedriger ausgeführt derart, daß die Mulde 10 des ersten Dachziegels, die bei den herkömmlichen Dachziegeln als Mittel feldmulde von dem firstseitigen Kopffalz teil 5 und den seitlichen Falzteilen 3 und 4 begrenzt ist, nunmehr in die Mulde 11 des benachbarten zweiten Dachziegels im wesentlichen mit planer Erstreckung über geht, wodurch eine so benannte doppel formatige Feldmulde gebildet ist, die aus den beiden Mulden 10 und 11 zuzüglich der Breite des abgeflachten und abgesenkten Deckfalzteil 8 zusammengesetzt ist.

In diese Feldmulde ist bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel das Solar modul 12 eingesetzt.

Claims

1. Dachziegel zur Nutzung der Sonnenenergie

- mit einer in das Mittelfeld der Oberfläche des Dachziegels eingeformten Mulde, die firstseitig durch einen Kopffalzteil und zu den Seiten durch einen Seitenfalzteil und einen Deckfalzteil des Dachziegels begrenzt ist
- und in der ein plattenförmiges Solarmodul zur Direktumwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie positionierbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Seitenfalzteil und/oder der Deck falzteil des Dachziegels im Bereich der Mittelfeldmulde abgesenkt ausgeformt ist derart, daß die Mittelfeldmulde (10) eines ersten Dachziegels (2) in die Mittelfeld mulde (11) eines benachbarten Dachziegels (6) im wesentlichen mit planer Erstreckung über geht
- und daß in die auf diese Weise aus zwei oder mehreren Dachziegeln gebildete doppel-formatige oder mehrfach-formatige Feldmulde ein plattenförmiges Solarmodul (12) positionierbar ist, dessen äußere Abmessungen dem Format der Feldmulde angepaßt sind.

2. Dachziegelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein erster Dachziegel (2) mit einem abgesenkten Seitenfalzteil (3) und ein zweiter Dachziegel (6) mit einem abge senkten Deckfalzteil (8) hergestellt ist
- und daß die aufeinandergelegten abgesenkten Falzteile des ersten und des zweiten Dach ziegels miteinander wasserdicht verklebt sind derart, daß als fertige Baueinheit ein Dachziegelelement mit einer doppel formatigen Feldmulde gebildet ist.

3. Dachziegelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein erster Dachziegel mit einem ab gesenkten Seitenfalzteil, ein zweiter Dachziegel mit einem abgesenkten Deck falzteil und ein dritter Dachziegel mit einem abgesenkten Seitenfalzteil und einem abgesenkten Deckfalzteil hergestellt ist
- und daß die aufeinandergelegten abgesenkten Falzteile des ersten, zweiten und dritten Dachziegels miteinander wasserdicht ver klebt sind derat, daß als fertige Baueinheit ein Dachziegelelement mit einer dreifach formatigen Feldmulde gebildet ist.

4. Dachziegelelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß in die wasserdichte Verklebung der ab gesenkten Falzteile eine oder mehrere Haltevorrichtungen mit eingeklebt sind, die sich in die Feldmulde hineinerstrecken und dort zur Befestigung des Solarmoduls dienen.

5. Dachziegelelement nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß in die wasserdichte Verklebung der abge senkten Falzteile elektrische Stromleiter mit eingeklebt sind, die als elektrische Durchgangsleiter die Feldmulden-Seite des Dachziegelelements mit der Unterseite des Dachziegelelements verbinden.

6. Dachziegel nach Anspruch 1 oder Dachziegel element nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Tiefe der Feldmulde und die Befestigungs höhe des Solarmoduls in der Feldmulde 50 be messen ist, daß unterhalb des Solarmoduls in der Feldmulde ein Wärmetauscher-Element mit einer Wärmeträgerflüssigkeit positionierbar ist, dessen Zu- und Ableitungen in dem Kopf falzteil des Dachziegels oder des Dachziegel elementes verlegt sind.