DE19921044A1 - Solardachmodul - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solardachmodul zum Einbau in ein mit Dacheindeckungselementen (16) wie Dachziegeln oder Dachsteinen eingedecktes Dach (18) mit einer an benachbarte Dacheindeckungselemente (16) über Falze überlappend anschließbaren, im Umriß rechteckigen Tragstruktur (12) und einer fest mit der Tragstruktur (12) verbundenen, photovoltaische Solarzellen (56) tragenden Solarzellenplatte (14). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Tragstruktur durch einen in das Dach (18) eindeckbaren Tragrahmen (12) gebildet ist, der eine die Rahmenöffnung (36) umlaufend begrenzende Stützpartie (38) zur randseitigen Befestigung der Solarzellenplatte (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solardachmodul zum Einbau in ein mit Dacheindeckungselementen wie Dachziegeln oder Dachsteinen eingedecktes Dach mit einer an benachbarte Dacheindeckungselemente über Falze überlappend an­ schließbaren, im Umriß rechteckigen Tragstruktur und einer fest mit der Tragstruktur verbundenen, photovol­ taische Solarzellen tragenden Solarzellenplatte.

Solardachmodule dieser Art lassen sich aufgrund der ziegelkompatiblen Verfalzung der Tragstruktur wie ge­ wöhnliche Dachziegel in flexibler Weise und auch in äs­ thetischer Hinsicht vorteilhaft ohne besondere Eingrif­ fe in die Dachhaut integrieren. Dabei werden Ziegel eingespart, und es werden die Montage- und Abdichtungs­ probleme eines aufgeständerten Dachaufbaus vermieden. Für die Tragstruktur wurden bisher plattenförmige Un­ terkonstruktionen vorgeschlagen, an welchen die Solar­ platten jedoch mit einigem Bauaufwand über Schraub- oder Rastmittel befestigt werden müssen, um auch die erforderliche Regendichtheit sicherzustellen. Dieser gehäuseähnliche Aufbau hat den weiteren Nachteil, daß der Wirkungsgrad der Solarzellen durch Wärmestau nega­ tiv beeinflußt wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Solargenerator der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß bei einfacher Kon­ struktion und geringem Montageaufwand den auftretenden Witterungsbelastungen Rechnung getragen und zugleich ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen, Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Solarzel­ lenplatte rückseitig weitgehend freizuhalten, um eine höhere Energieausbeute zu gewährleisten. Um dies zu er­ möglichen, wird vorgeschlagen, daß die Tragstruktur durch einen in das Dach eindeckbaren Tragrahmen gebil­ det ist, der eine die Rahmenöffnung umlaufend begren­ zende Stützpartie zur randseitigen Befestigung der So­ larzellenplatte aufweist. Damit wird in Material spa­ render Weise eine Tragkonstruktion geschaffen, welche bei geringem Gewicht einfach handzuhaben ist und eine gute Hinterlüftung der Solarzellenplatte über die Rah­ menöffnung sicherstellt.

Vorteilhafterweise ist die Solarzellenplatte im Bereich ihrer Seitenränder umlaufend flüssigkeitsdicht mit der Stützpartie des Tragrahmens stoffschlüssig verbunden. Eine bevorzugte Ausführung sieht hier vor, daß die So­ larzellenplatte über eine vorzugsweise aus einer härt­ baren Silikonmasse bestehende Klebstoffschicht mit der Stützpartie verklebt ist. Damit wird die Herstellung beträchtlich vereinfacht und zugleich die erforderliche Dichtheit gegen Eindringen von Wasser gewährleistet. Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß die Solarzellenplatte im Bereich ihrer der Stütz­ partie zugewandten Randkante über eine die Randkante umgreifende elastische Klebstoffschicht mit der Stütz­ partie verbunden ist. Durch diese Maßnahme läßt sich eine weitgehend spannungsfreie Lagerung der Platte er­ reichen.

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Stützpartie eine in der Rahmenebene liegende Auflagefläche zum Ankleben eines Randbereichs der So­ larzellenplatte aufweist. Dabei können an der Auflage­ fläche nach oben abstehende Abstandshalter zur Freihal­ tung einer Klebefuge zwischen der Auflagefläche und der Solarzellenplatte vorgesehen sein.

Um die Abdichtung weiter zu verbessern und zugleich die Solarzellenplatte zu fixieren und deren Rand gegen Be­ schädigung zu sichern, ist es von Vorteil, wenn der Tragrahmen vorzugsweise an dem firstseitigen Rahmen­ schenkel sowie den daran angrenzenden seitlichen Rah­ menschenkeln eine zu der Auflagefläche hin abgestufte Randstufe zur kantenseitigen Abstützung der Solarzel­ lenplatte aufweist. An seinem traufseitigen Rahmen­ schenkel kann der Tragrahmen eine oder mehrere im Ab­ stand voneinander angeordnete, nach oben abstehende An­ schlagrippen zur kantenseitigen Abstützung der Solar­ zellenplatte bei gleichzeitiger Verbesserung des Was­ serablaufs aufweisen.

Herstellungstechnisch ist es von Vorteil, wenn der Tragrahmen als einstückiges Formteil ausgebildet ist. Dabei ist es auch zur Gewichtseinsparung vorteilhaft, wenn der Tragrahmen als Spritzgußteil aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen ausgebildet ist.

Zur Erhöhung der Verwindungssteifigkeit und zusätzli­ chen Abstützung der Solarzellenplatte wird vorgeschla­ gen, daß der Tragrahmen mehrere zwischen gegenüberlie­ genden Rahmenschenkeln sich erstreckende, rückseitig an der Solarzellenplatte vorzugsweise außerhalb der Berei­ che der Solarzellen verlaufende Aussteifungssprossen aufweist.

Vorteilhafterweise besitzt der firstseitige Rahmen­ schenkel des Tragrahmens eine nach unten abstehende Einhängenase zum Einhängen an der Traglattung des Da­ ches.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Tragrahmen eine Deckfläche von mehreren in einer einzelnen Deckreihe nebeneinanderlie­ genden Dacheindeckungselementen. Dadurch wird eine äs­ thetische Einbindung in die Dacharchitektur ermöglicht, und es werden die bei Überdeckung mehrerer Ziegelreihen auftretenden Montageprobleme und Höhensprünge vermie­ den. Für eine problemlose Dachverlegung ist es günstig, wenn der Tragrahmen formgleich zur Verfalzung der Dacheindeckungselemente ausgebildete Schenkelfalze zur regensicheren Eindeckung in das Dach aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einer So­ laranlage, die mehrere anstelle von Dacheindeckungsele­ menten in ein Dach eingedeckte, elektrisch miteinander verschaltete Solardachmodule aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 drei Solardachmodule in einem mit Falzziegeln eingedeckten, ausschnittsweise dargestellten Gebäudedach in Draufsicht,

Fig. 2 ein Solardachmodul bestehend aus einem Tragrahmen und einer darin befestigten, abge­ brochen dargestellten Solarzellenplatte in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 den Tragrahmen im Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 den Tragrahmen in einem teilweise unterbroche­ nen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2; und

Fig. 5 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung des Tragrahmens nach Fig. 4 mit eingeklebter Solarzellenplatte.

Die in der Zeichnung dargestellten Solardachmodule 10 bestehen im wesentlichen aus einem Tragrahmen 12 und einer darauf befestigten Solarzellenplatte 14 und las­ sen sich wie gewöhnliche Dachziegel 16 einzeln oder im Verband in ein Dach bzw. eine Dachhaut 18 integrieren.

Der im Umriß rechteckige Tragrahmen 12 ist als Spritz­ gußteil einstückig aus Kunststoff ausgebildet und weist vier Rahmenschenkel 20, 22, 24, 26 auf (Fig. 2). Diese sind in einem jeweiligen Falzbereich 28, 30, 32, 34 ei­ nem Dachziegelfeld von entsprechender Deckfläche nach­ gebildet und damit mit benachbarten Dachziegeln 16 oder weiteren Solardachmodulen 10 überlappend regensicher in Eingriff bringbar. Zur Vereinfachung der Montage und harmonischen Einpassung in das Deckbild ist der Tragrahmen 12 auf die Decklänge eines einzelnen Dach­ ziegels 16 beschränkt, während die Deckbreite mehrere Dachziegel umfaßt.

An ihrer Oberseite bilden die Rahmenschenkel 20, 22, 24, 26 eine die Rahmenöffnung 36 umlaufend begrenzende Stützpartie 38 zur Lagerung der Solarzellenplatte 14, so daß deren Rückseite im wesentlichen freigehalten ist. Dabei können zur Erhöhung der Verwindungssteifig­ keit des Tragrahmens 12 Aussteifungssprossen 40 vorge­ sehen sein, welche sich gitterförmig zwischen gegen­ überliegenden Rahmenschenkeln 20,26; 22,24 erstrecken und die Rahmenöffnung 36 in Öffnungsbereiche 42 unter­ teilen. Die Stützpartie 38 weist eine streifenförmig um die Rahmenöffnung 36 umlaufende, in der Rahmenebene liegende Auflagefläche 44 zum Ankleben des entsprechen­ den unteren Randbereichs der Solarzellenplatte 14 auf. Entlang der Auflagefläche 44 verteilt sind nach oben überstehende kugelige Erhebungen 46 angeformt, welche als Abstandshalter zur Freihaltung einer Klebefuge die­ nen. Zur kantenseitigen Abstützung der Solarzellenplat­ te 14 ist die Auflagefläche 44 an dem firstseitigen Rahmenschenkel 20 sowie den seitlichen Rahmenschenkeln 22, 24 durch eine Randstufe 48 begrenzt, während an dem traufseitigen Rahmenschenkel 26 zu diesem Zweck mehrere im Abstand voneinander angeordnete, nach oben abstehen­ de Anschlagrippen 50 vorgesehen sind. Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, weist der firstseitige Rahmenschen­ kel 20 eine an seiner Unterseite abstehende Einhängena­ se 52 zum Einhängen in die in Firstrichtung verlaufende Traglattung des Daches auf.

Die Solarzellenplatte 14 besteht in an sich bekannter Weise aus einer transparenten Glasplatte 54, an deren Unterseite eine Vielzahl von photovoltaischen Halblei­ terzellen 56 in seitlichem Abstand voneinander auflami­ niert sind. Zur flüssigkeitsdichten starren Verbindung mit dem Tragrahmen 12 wird die Solarzellenplatte 14 in die Stützpartie 38 eingesetzt und dort randseitig mit der Auflagefläche 44 und der Randstufe 48 über eine Klebstoffschicht 58 vorzugsweise Silikonkleber verbun­ den (Fig. 5). Die Klebstoffschicht 58 wird raupenförmig so dick aufgetragen, daß die durch die Abstandshalter 46 freigehaltene Klebefuge 60 vollständig ausgefüllt wird und zugleich im Bereich der Randkante 62 gegenüber der Randstufe 48 eine elastische Klebstoff-Zwischen­ schicht geschaffen wird. Im Einbauzustand verlaufen die Aussteifungssprossen 40 zweckmäßig im Bereich zwischen den Solarzellen 56, so daß diese rückseitig im wesent­ lichen freigehalten und damit keiner ungleichmäßigen thermischen Belastung unterworfen sind.

Zum elektrischen Anschluß der Solarzellenplatte 14 sind die Verbindungsleitungen zu den Solarzellen 56 in einer nicht gezeigten Anschlußdose zusammengeführt, welche im Einbauzustand in den vergrößerten Öffnungsbereich 42' in der linken firstseitigen Rahmenecke eingreift. In einer Solaranlage lassen sich mehrere der vorstehend beschriebenen Solardachmodule 10 unter entsprechender Reduzierung der Standardeindeckung in die Dachhaut in­ tegrieren und miteinander verschalten, wobei die er­ zeugte elektrische Energie gegebenenfalls in das öf­ fentliche Netz eingespeist wird.

Claims (15)

1. Solardachmodul zum Einbau in ein mit Dacheindeckungselementen (16) wie Dachziegeln oder Dachstei­ nen eingedecktes Dach (18) mit einer an benachbarte Dacheindeckungselemente (16) über Falze überlappend anschließbaren, im Umriß rechteckigen Tragstruktur (12) und einer fest mit der Tragstruktur (12) ver­ bundenen, photovoltaische Solarzellen (56) tragen­ den Solarzellenplatte (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruktur durch einen in das Dach (18) eindeckbaren Tragrahmen (12) gebildet ist, der eine die Rahmenöffnung (36) umlaufend begrenzende Stütz­ partie (38) zur randseitigen Befestigung der Solar­ zellenplatte (14) aufweist.

2. Solardachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Solarzellenplatte (14) im Bereich ihrer Seitenränder umlaufend flüssigkeitsdicht mit der Stützpartie (38) des Tragrahmens (12) stoff­ schlüssig verbunden ist.

3. Solardachmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Solarzellenplatte (14) über eine vorzugsweise aus einer härtbaren Silikonmasse bestehende Klebstoffschicht (58) mit der Stützpar­ tie (38) verklebt ist.

4. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenplatte (14) im Bereich ihrer der Stützpartie (38) zuge­ wandten Randkante (62) über eine die Randkante (62) umgreifende elastische Klebstoffschicht (58) mit der Stützpartie (38) verbunden ist.

5. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpartie (38) eine in der Rahmenebene liegende Auflagefläche (44) zum Ankleben eines Randbereichs der Solarzellen­ platte (14) aufweist.

6. Solardachmodul nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Auflagefläche (44) nach oben abstehende Abstandshalter (46) zur Freihaltung ei­ ner Klebefuge (60) zwischen der Auflagefläche (44) und der Solarzellenplatte (14) vorgesehen sind.

7. Solardachmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) vorzugsweise an dem firstseitigen Rahmenschenkel (20) sowie den daran angrenzenden seitlichen Rahmenschenkeln (22, 24) eine zu der Auflagefläche (44) hin abge­ stufte Randstufe (48) zur kantenseitigen Abstützung der Solarzellenplatte (14) aufweist.

8. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) an seinem traufseitigen Rahmenschenkel (26) eine oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete, nach oben abstehende Anschlagrippen (50) zur kantensei­ tigen Abstützung der Solarzellenplatte (14) auf­ weist.

9. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) als einstückiges Formteil ausgebildet ist.

10. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) als Spritzgußteil aus Kunststoff, insbesondere Polypro­ pylen oder Polyethylen ausgebildet ist.

11. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) mehrere zwischen gegenüberliegenden Rahmenschenkeln (20,26; 22, 24) sich erstreckende, rückseitig an der Solarzellenplatte (14) vorzugsweise außerhalb der Bereiche der Solarzellen (56) verlaufende Ausstei­ fungssprossen (40) aufweist.

12. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der firstseitige Rah­ menschenkel (20) des Tragrahmens (12) eine nach un­ ten abstehende Einhängenase (52) zum Einhängen an der Traglattung des Daches (18) aufweist.

13. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) ei­ ne Deckfläche von mehreren in einer einzelnen Deck­ reihe nebeneinanderliegenden Dacheindeckungselemen­ ten (16) umfaßt.

14. Solardachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) formgleich zur Verfalzung der Dacheindeckungsele­ mente (16) ausgebildete Schenkelfalze (28, 30,32, 34) zur regensicheren Eindeckung in das Dach (18) auf­ weist.

15. Solaranlage, gekennzeichnet durch mehrere anstelle von Dacheindeckungselementen (16) in ein Dach (18) eingedeckte, elektrisch miteinander verschaltete Solardachmodule (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.