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Die
nachfolgende Erfindung bezieht sich auf ein Solarenergie-Komplettsystem, insbesondere
auf ein Solarenergie-Komplettsystem, das eine Solarmodul-Anordnung
auf einem Gebäudedach,
insbesondere auf einem Flachdach, betrifft.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Systeme bekannt, die dazu
dienen, entweder elektrische Energie oder Warmluft-Energie aus Sonneneinstrahlung
zu gewinnen. Bekannte Photovoltaiksysteme werden dabei entweder
flach auf Gebäudedächern oder
an Hauswänden
installiert, ebenso ist es möglich,
auf Aufständerungssystemen
Photovoltaiksysteme oder entsprechend Solarmodule mittels Aufständerungselementen
auf Flachdächern
mit einer Neigung bis meistens 30° Grad
anzuordnen. Dächer
mit einer Dachneigung beziehungsweise Dächer, auf denen eine Neigung
bereitgestellt ist, werden dabei zumeist großflächig mit Solarmodulen bestückt. Die
Solarmodule werden sinnvoll derart ausgerichtet oder nahezu flach
auf dem Gebäudedach montiert,
dass eine optimale Sonneneinstrahlung gewährleistet ist. Die Solarmodule
werden daher während der
Sonneneinstrahlung stark aufgeheizt. Auch die Luft, die unter den
Solarmodulen beziehungsweise in Zwischenräumen zwischen mehreren Solarmodulen
steht, heizt sich auf, ebenfalls das Material, aus dem das Dach
selbst besteht. Es kommt zu Stauwärme und gegebenenfalls zu Überhitzung
der Solarmodule. Der Wirkungsgrad der Solarmodule kann durch Überhitzung
der Solarmodule und gegebenenfalls Schädigung derselben herabgesetzt
werden.
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Um
Solarmodule an Gebäudedächern oder
an Hauswänden
anzuordnen, wird üblicherweise
auf dem Gebäudedach
oder an der Wand eine Metall-Unterkonstruktion
bereitgestellt, die zumeist erfordert, dass die Dachhaut durchdrungen
wird. Auf diese Metall-Unterkonstruktion wird entsprechend eine
gekonterte, zweite Unterkonstruktion angeordnet, die geeignet ist,
um die Solarmodule zu tragen. Solche Systeme werden beispielsweise
in "Solare
Luftheizsysteme", Ökobuch,
1. Auflage 2005, Ökobuch-Verlag Staufen bei Freiburg 2005,
Seite 144 ff., beschrieben. Die Anordnung der Unterkonstruktion
zum Tragen der Solarmodule erfordert häufig aufwändige Abdichtung, vor allem
um die Dachhaut des Flachdaches gegen Eindringen von Feuchtigkeit
zu schützen.
Die aufgeheizte Luft, die bei Sonneneinstrahlung unter den Solarmodulen
entsteht, wird nicht genutzt. Dabei geht wertvolle Wärmeenergie
verlo ren.
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BESCHREIBUNG
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Solarenergie-Komplettsystem und
ein Verfahren zum Aufbau desselben bereitzustellen. Diese Aufgabe
wird durch ein Solarenergie-Komplettsystem
mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
21 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung bezieht sich auf ein Solarenergie-Komplettsystem,
das geeignet ist, auf einem flach geneigten Dach mit First angeordnet
zu werden, und mittels dessen Strom, Warmluft, Klimaluft und/oder
Warmwasser erzeugt und Abwärme
genutzt werden kann. Es umfasst eine Vielzahl von flächig angeordneten
Solarmodulen und von Hohlprofilen sowie einen auf dem First angeordneten
Abluft- bzw. Zuluftkanal. Dabei sind die Solarmodule derart auf
den Hohlprofilen angeordnet, dass sich zu dem Abluft- bzw. Zuluftkanal
hin Kanäle
bilden, die sich in den Abluft-/Zuluftkanal öffnen. Eine Vorrichtung zur
Luftabsaugung bzw. zur Zuluftversorgung, die an dem Abluft- bzw.
Zuluftkanal angeordnet ist, ermöglicht,
dass die durch die besondere Anordnung der Solarmodule und der Hohlprofile
geschaffenen Kanäle,
die gegenüber
der Außenluft
abgedichtet sind, die unter den Solarmodule entstehende Hitze durch
Betätigung
der Vorrichtung zur Abluftabsaugung vorteilhaft absaugen. Diese
erhitzte Luft kann dabei vorteilhaft weiterer Energiegewinnung zugeführt werden.
Durch die Zufuhr von Zuluft über
die genannte Vorrichtung zur Zuluft- bzw. Abluftversorgung, also
durch reverse Betätigung
der vorgenannten Vorrichtung, kann die heiße, stehende Luft durch Zuluft über den
Abluft-/Zuluftkanal in die unter den Solarmodulen und unter den
Hohlprofilen bereitgestellten Kanäle überführt werden. Die gute Durchlüftung verhindert
vorteilhaft ein Überhitzen
der Solarmodule und stellt die Erhaltung des optimalen Wirkungsgrads
der Module sicher.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass auf der Dachhaut zumindest eine erste Schicht
Folienmaterial oder eine bituminierte Schweißbahn angebracht ist, auf der
die Hohlprofile angeordnet werden. Eine zweite Schicht an Folienmaterial
oder eine bituminierte Schweißbahn
wird über
die Hohlprofile gelegt und mit der ersten Schicht an Folienmaterial
adhäsiv,
chemisch oder photochemisch verbunden, so dass die Hohlprofile vorteilhaft
ortsfest auf dem Dach positioniert sind, ohne dass für ihre Anordnung
die Dachhaut durchdrungen werden musste. Dies ist besonders vorteilhaft
deswegen, da eine Nachabdichtung der Dachhaut entfällt. Es
wird eine zusätzliche,
geschlossene wasserführende
Dachhaut geschaffen.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass die Schweißbahn oder das Folienmaterial, welches
die erste und/oder die zweite Schicht bildet, eine bituminöse Dachpappe
sein kann, die durch einfaches Verschweißen ermöglicht, dass die Hohlprofile
auf der Dachhaut ortsfest positioniert werden können, es kann sich vorteilhaft
jedoch ebenfalls um eine Kunststofffolie handeln, die entweder durch
Selbstvernetzung bei In-Kontakt-Bringen der beiden Schichten, durch
selbstklebendes Verhalten oder durch photochemisches Vernetzen eine
feste Verbindung der Hohlprofile auf dem Dach ermöglicht.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass die an dem Giebel angeordnete Vorrichtung zur
Abluftabsaugung bzw. zur Zuluftversorgung ein Ventilator ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass auf einer Oberseite des Hohlprofils, also
auf seiner dem Dach abgewandten Seite, auf dem ebenfalls sich gegenüberliegende
Solarmodule aufliegen, ein Zwischenraum besteht, der ein Kabelkanalprofil
aufnimmt.
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Schließlich bezieht
sich eine Ausführungsform
darauf, dass das Kabelkanalprofil und/oder die Rahmen der Solarmodule
durch Verschrauben oder Vernieten mit dem Hohlprofil verbunden sind.
Dabei bleibt die Dachhaut ebenfalls vorteilhaft unverletzt und kann
der Wasserabführung
dienen.
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Noch
eine Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass über
dem Hohlprofil ein Solarmodul-Befestigungsprofil angeordnet ist,
welches vorteilhaft den Kabelkanal bereitstellt, und mit einem Abdeckprofil
schützend
bedeckt ist und das, abhängig
von seinem Material, das aus einem sehr harten Kunststoff oder aus
einem Metall bzw. einer Metallverbindung bestehen kann, eine belastbare
Oberfläche
bereitstellt, die gegebenenfalls zur Bereitstellung als Revisionspfad
genutzt werden kann. Vorteilhaft kann dann bei einer Revision der
Solarenergie-Komplettsystemanlage ein Revisionsschemel auf einem
oder mehreren dieser Revisionspfade bewegt werden, so dass die Gefahr
einer Beschädigung
der Solarmodule erheblich verringert wird. Außerdem dient das Befestigungsprofil,
das vorteilhaft einen hufförmigen
Querschnitt aufweisen kann, wenn es offen bleibt, vorteilhaft als „Auffangwanne" für Laub und ähnliche
lose Materialien, die also nicht auf den Solarmodulen liegen bleiben
und den Wirkungsgrad des Moduls bzw. des ganzen Modul-Strings mindern
und weniger Strom erzeugen.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich darauf, dass die Schmalseiten des Hohlprofils wasserdicht geschlossen
werden können.
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Diese
und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und
den begleitenden Figuren ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der
Beschreibung. Gegenstände
oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich
sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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1a zeigt
eine Draufsicht auf einen First eines Dachs und den auf den First
angeordneten Abluft-/Zuluftkanal mit Luftstromvolumen-Reglern sowie
mit links und rechts des Abluft-/Zuluftkanals angeordneten Solarmodulen,
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1b zeigt
eine Querschnittsansicht des Solarenergie-Komplettsystem auf dem
First,
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2a zeigt
eine Dachfläche
mit dem darauf angeordneten Solarenergie-Komplettsystem in der Draufsicht,
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2b zeigt
eine perspektivische Ansicht des Hohlprofils mit Kabelkanalprofil,
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2c zeigt
ein Kabelkanalprofil mit eingelegtem Kabel in einer Seitenschnittansicht
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2d zeigt
eine perspektivische Ansicht des Befestigungsprofils, das einen
hutförmigen
Querschnitt aufweist, mit darüber
angeordnetem Abdeckprofil,
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3a zeigt
eine Seitenansicht des Daches mit Dachgefällekeilen zur Verstärkung der
Dachneigung.
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3b zeigt
ein Detail der Seitenansicht des Daches aus 3a
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Ehe
die Erfindung nachfolgend im Detail beschrieben wird, ist deutlich
zu machen, dass die in dieser Erfindung verwendete Terminologie
zum Zweck der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen gewählt ist,
sie soll daher nicht beschränken.
Nachfolgend werden daher Begriffe hinsichtlich ihrer Bedeutung für die vorliegende
Erfindung definiert. So wird nachfolgend unter einem „Dachfirst" oder kurz „First" die höchste Kante
an einem geneigten Dach verstanden. Dort treffen, außer beim
Pultdach, zwei Dachflächen
aufeinander. Ein Sonderfall ist das Flachdach, bei Flachdächern mit
Gefällesystem
gibt es ebenfalls einen First, der durch die höchstgelegene Kante jeweils
einer Dachfläche
bereitgestellt wird.
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Als „Solarmodule" werden vorliegend
im Wesentlichen flache Photovoltaikelemente zur Gewinnung von Strom
aus Sonnenenergie bezeichnet. Diese können monokristalline ausgestattete
Solarmodule sein.
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Unter
einem "Ventilator" wird nachfolgend
jede Vorrichtung verstanden, die geeignet ist, Luft aus dem erfindungsgemäßen Solarenergie-Komplettsystem
abzusaugen oder Luft in dieses hineinzufördern.
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Ferner
wird unter einer "Abdichtschnur" jedes längliche
abdichtende Material verstanden, das geeignet ist, in Ritzen oder
Spalte eingebracht zu werden, um diese luftdicht zu verschließen.
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Unter „Folie" wird nachfolgend
jedes geeignete Material, insbesondere bituminöse Bahnen, die sich verschweißen lassen,
auch „Schweißbahnen" verstanden, welches
geeignet ist, die Hohlprofile wasserdicht zu umhüllen.
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Grundsätzlich umfassen
die vorliegenden erfindungsgemäßen Solarenergie-Komplettsysteme,
die geeignet sind, auf einem Dach mit First oder einem Pultdach
angeordnet zu werden, eine Vielzahl von flächig angeordneten Solarmodulen
und eine Vielzahl von Hohlprofilen. Jedes Hohlprofil hat dabei zumindest
einen seitlich angeformten Flansch, vorzugsweise sogar zwei angeformte
Flansche. Auf dem First oder der Hochseite des Pultdaches ist ein
Abluft-/Zuluftkanal angeordnet. Die Hohlprofile sind auf der Dachhaut
des Daches, das vorzugsweise ein Dach mit einer geringen Neigung,
also vorzugsweise kein Steildach sein wird, angeordnet, dass die
Solarmodule mit zwei Seiten jeweils auf einem Hohlprofil zur Auflage
kommen, so dass quasi zwei Hohlprofile eine Schiene bilden, auf
der eine Vielzahl von Solarmodulen angeordnet werden kann. Dabei bilden
die Seitenwände
der Hohlprofile und die darauf aufliegen den, von den Hohlprofilen
getragenen Solarmodule mit der Dachhaut einen Kanal. Die Hohlprofile
des erfindungsgemäßen Solarenergie-Komplettsystems sind
grundsätzlich
so auf der Dachhaut angeordnet, dass diese nicht verletzt wird.
Dazu wird vorteilhaft eine erste Schicht Folienmaterial auf der
Dachhaut angebracht, die bereits aus der die Dachhaut bildenden
bituminösen
Dachpappe bestehen kann. Auf dieser ersten Schicht Folienmaterial
oder der Schweißbahn
werden die Hohlprofile in der Weise angeordnet, dass sie im Wesentlichen
parallel zueinander zu liegen kommen, und somit eine "Schienenanordnung" für eine Vielzahl
von Solarmodule bilden, die darauf die Dachfläche bedeckend angeordnet werden
können.
Sobald die Hohlprofile auf der Dachhaut angeordnet sind, wird eine
zweite Schicht, die aus Folienmaterial, die insbesondere durch Bitumen-Schweißbahn-Material
bereit gestellt werden kann, entweder vollflächig oder zumindest teilflächig über den
Hohlprofilen abgelegt und die erste Schicht an Folienmaterial oder
Bitumen-Schweißbahn
wird mit der zweiten Schicht an Folienmaterial oder Bitumen-Schweißbahn derart
verbunden, dass die Hohlprofile auf dem Dach positioniert sind.
Die Anordnung der zweiten Schicht kann ferner eine Windsog- und
Seitenwindfestigkeit der Anlage bereitstellen; darüber hinaus kann
die zweite Schicht zusätzlich
zu der ersten eine weitere wasserführende Schicht bilden.
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Wenn
beispielsweise das Folienmaterial eine bituminöse Dachpappe ist, kann vorteilhaft
die zweite Schicht ebenfalls aus bituminöser Dachpappe bestehen, dann
kann durch Verschweißen
der beiden Dachpappenschichten eine feste Verbindung hergestellt
und die Hohlprofile somit positioniert werden. Dieses Material hat
den Vorteil, dass es wasserdicht ist und somit auf der Dachfläche eine
Wasserablauffläche
bildet. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass sowohl die erste Schicht
von Folienmaterial als auch die zweite aus einem Kunststoffmaterial
besteht, so dass eine adhäsive,
chemische oder photochemische Verbindung zwischen den beiden Folienschichten
herstellbar ist. Gerade bei Kunststofffolien, die vorteilhaft wasserabweisend
gefertigt werden können
und die mit speziellen Nanostrukturen beschaffen sein können, um
etwa Algenwachstum zu verhindern oder besonders rasch Wasser abzuführen, oder
die auch schmutzabweisend sein können,
gibt es den Vorteil, dass diese selbstvernetzend, selbstklebend
oder photochemisch vernetzend sein können. Das heißt, dass
bereits durch Sonneneinstrahlung bewirkt werden kann, dass eine
photochemisch aktive Folie sich mit einer zweiten Folienschicht
verbindet. Abhängig
von der Dimension der Hohlprofile wird nun ein tragfähiges System
geschaffen, das ähnlich
einer Konterlattung auf einem Ziegeldach ist, zu seiner Anbringung
auf der Dachhaut jedoch keine Beschädigung desselben erfordert.
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Es
ist anzumerken, dass, obwohl mit der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine
Beschädigung durch
durchbohren der Dachhaut vermieden wird, das wasserdichte Abschließen der
Hohlprofile dazu führt, dass
die wasserführende
Schicht nicht mehr auf der Gebäudedachhaut
direkt liegen wird, sondern über
der obersten Folienschicht. Daher führt in diesem Fall ein Durchbohren
der Gebäudehaut,
die bei Verschrauben der Hohlprofile in Situationen, in denen extreme
Windsogkräfte
zu erwarten sind, etwa bei Hochhäusern, durchgeführt werden
könnte,
nicht mehr zu Undichtigkeiten der Gebäudehaut.
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Die
nunmehr von der Folie überlappten,
eingeschweißten
und parallel angeordneten Hohlprofile werden nun mit Solarmodulen
derart belegt, dass zwei sich gegenüberliegende Seiten eines Solarmoduls,
das üblicherweise
rechteckig oder quadratisch sein wird, auf zwei Kanten eines Hohlprofils
zu liegen kommen. Das Solarmodul überbrückt damit den Abstand zwischen
den beiden Hohlprofilen. An den nicht auf den Hohlprofilen aufliegenden
weiteren zwei sich gegenüberliegenden
Seiten eines Solarmoduls werden weitere Solarmodule abgedichtet
angeordnet, bis die Dachfläche
zum First hin belegt ist.
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Es
ist möglich,
die dicht liegende Reihe von Solarmodulen durch eine dazu quer liegende
Anordnung von Solarmodul-Befestigungsprofilen zu unterbrechen, die
jedoch ebenfalls abgedichtet angeordnet werden. Diese können ein
Querschnittsprofil wie etwa das Querschnittsprofil eines Hutes haben.
Das Profil dient unter anderem als Laubfänger. Der somit von den Seitenwänden zweier
benachbarter Hohlprofile, einer Reihe an Solarmodulen und der Dachhaut
bereitgestellte Kanal mündet
am First in einen dort angeordneten Abluft-/Zuluftkanal, der ebenfalls
auf den Hohlprofilen, die in ihn hineinmünden, angeordnet ist. Damit
wird vorteilhaft erreicht, dass auch das Festlegen des Abluft-/Zuluftkanals
keine Durchdringung der Dachhaut erfordert. Dieser kann darüber hinaus
an der Gebäudekonstruktion
von außen
festgelegt werden.
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Es
werden somit zum einen Kanäle
bereitgestellt, die jeweils unter den Solarmodulen liegen, zum zweiten
werden kleinere Kanäle
durch die Hohlprofilen selbst bereitgestellt. Auch unter diesen
wird Aufheizwärme
produziert. Die Vielzahl dieser Kanäle mündet in den Abluft-/Zuluftkanal,
der am First angeordnet ist und an dem eine Vorrichtung zur Abluftaufsaugung
und/oder zur Zuluftversorgung derart angeordnet ist, dass vorteilhaft
warme Luft aus den Kanälen
abgesaugt und der weiteren Energiegewinnung zugeführt werden kann,
oder dass kalte Luft in die Kanäle
geführt
bzw. gedrückt
werden kann um die Solarmodule zu kühlen.
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Da
die Solarmodule jeweils nur auf dem Rand eines Hohlprofils zur Auflage
kommen, bei dem es sich um ein Hohlprofil mit trapezförmigem Querschnitt
oder um ein anderes, dem Fachmann geeignet erscheinendes Hohlprofil
handeln kann, damit die Befestigung mittels der zweiten Folien-
oder Schweißbahnschichten
geschickter realisiert werden kann, bleibt zwischen zwei Reihen
von Solarmodulen auf den Hohlprofilen ein Zwischenraum bestehen,
auf dem ein Solarmodul-Befestigungsprofil angeordnet werden kann.
Dieses Solarmodul-Befestigungsprofil kann als ein Kabelkanalprofil
verwendet werden, um elektrische Kabel der Solarmodul-Kabelinstallation
unterzubringen. Selbstverständlich
können
separate Kabelkanalprofile zusätzlich
eingesetzt werden.
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Um
sowohl die mit Folie oder Schweißbahnen überdeckten Hohlprofile zu sichern
und zu schützen, kann
ein Solarmodul-Befestigungsprofil derart auf den Zwischenraum zwischen
zwei Solarmodulreihen gesteckt werden, dass das Hohlprofil in seiner
ganzen Länge
durch das Solarmodul-Befestigungsprofil bedeckt wird. Um auch auf
den Solarmodul-Befestigungsprofilen angeordnete Kabel oder um die
Kabelkanalprofile zu schützen,
kann ein Abdeckprofil bereitgestellt werden:
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Dieses
ist vorteilhaft C-förmig
oder U-förmig
und umgreift das oder die bereitgestellten Kabelkanalprofile bzw.
wird in das Solarmodul-Befestigungsprofil gesteckt. Wenn das Abdeckprofil
aus einem stabilen Material wie etwa einem Metall oder einem Hartkunststoff
mit einer gewissen Stärke
beschaffen ist, so können
diese belastbar sein und auf dem Dach Revisionspfade bereitstellen.
Das heißt,
dass auf den Solarmodul-Befestigungsprofilen mit Abdeckprofil eine
Vorrichtungen wie beispielsweise ein Montageschemel abgestellt werden kann,
auf den zu Revisionszwecken gesessen oder gekniet werden kann. Dieser
Montageschemel ist somit entlang aller geschaffenen Hohlprofil-"Schienen" bewegbar. Damit
wird vorteilhaft ermöglicht,
dass die Solarmodule geschützt
werden und dass auch derjenige, der eine solche Revision oder Arbeiten
auf dem Dach vornimmt, davor geschützt ist, sich an den Solarmodulen
zu verletzen.
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Bei
den Solarmodulen kann es sich um monokristalline Solarmodule, Dünnschicht-Solarmodule,
respektive Photovoltaikelemente, oder andere geeignete Solarmodule,
die beispielsweise nur Warmluft produzieren, handeln.
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Die
Hohlprofile verlaufen rechtwinklig zum Dachfirst. Es ist möglich, quer
zu den Hohlprofilen und ebenfalls quer zu den Reihen an Solarmodulen
jeweils nach einer Mehrzahl aneinandergereihter Solarmodulen Solarmodul-Befestigungsprofile
für dieselben
anzuordnen, wobei ein solches Solarmodul-Befestigungsprofil parallel
zum Abluft-/Zuluftkanal verläuft.
Zu den jeweiligen Dachgiebeln hin kann die von den Solarmodulen überstrichene
Fläche
durch Profile abgeschlossen sein, insbesondere durch Profile, die
etwa aus Aluminium, einem Polyurethan-Sandwich-Element oder einem
Kunststoff beschaffen sein können.
Diese Profile können die
gesamte die Dachfläche
bedeckende Solarmodulanordnung umgeben und können geeignet sein, Elektrokabel,
insbesondere auch Elektrokabel, die entlang der Hohlprofile geführt werden,
aufzunehmen und zusammenzuführen.
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Üblicherweise
werden die Solarmodule auf Rahmen bereitgestellt, etwa auf Aluminiumrahmen.
Solche Solarmodule können
monokristalline Solarmodule sein, dann werden die Rahmen bevorzugt
eine U-Form aufweisen. Mittels dieser Rahmen können die Solarmodule auf die
Hohlprofile geschraubt bzw. geklemmt werden, ohne dass die eine
Gefahr für
die wasserführende
Haut des Daches bestünde.
Auch der Abluft-/Zuluftkanal kann mit den Hohlprofilen, die sich
in ihn hinein erstrecken, verschraubt oder vernietet werden. An
geeigneter Position, vorzugsweise an einem der beiden Enden eines
Dachfirsts, wird eine Vorrichtung wie etwa ein Ventilator zur Abluft- und Zuluftbereitstellung
angeordnet. Damit kann die erhitzte Luft, die unter den Solarpaneelen steht,
abgesaugt werden. Vorteilhaft kann diese erhitzte oder auch vorgewärmte Luft
zur weiteren Energiegewinnung, insbesondere zur Vorwärmung von
Wasser, das etwa im Haus benötigt
wird, verwendet werden. Ferner kann sie zur Einspeisung in vorhandene
Warmluft-Blech-Kanalheizungen eingesetzt werden, die häufig in gewerblichen
Nutzungsflächen
zur Anwendung kommen. Die Wärme
kann aber auch zur Erzeugung von klimatisierter Luft verwendet werden.
Bedarfsweise kann auch kältere
Umgebungsluft unter die Solarmodule geblasen werden, wenn die Lufttransportrichtung
des Ventilators umgekehrt wird.
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Damit
die Luftabsaugung aus den auf dem Dach bereitgestellten Kanälen effizient
erfolgt, werden alle bei der Anordnung der Solarmodule aus den Hohlprofilen
und bei der Anordnung des Abluft-/Zuluftkanals auf dem First entstehenden
Spalten und Ritzen abgedichtet, was vorteilhaft mit einer Abdichtungsschnur
erfolgen kann. Hierbei kann es sich um jedwedes längliche
Schnur- oder Litzenmaterial handeln, welches abdichtungsgeeignet
ist; in Frage kommt etwa ein gegen Ultraviolettlicht beständiges Material
wie ein UV-beständiges Moosgummi.
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Die
Absaugvorrichtung, mittels welcher die warme Luft aus dem Abluft- /Zuluftkanal abgesaugt
wird, kann unmittelbar mit einer Wärmepumpe gekoppelt sein. Ferner
kann sie einen oder mehrere Luftvolumenstromregler aufweisen. Damit
wird weitere Stromerzeugung oder andere Energiegewinnung z. B. Kaltluftgewinnung
zwecks Raumklimatisierung möglich.
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Schließlich können in
alle bereitgestellten, warme Luft führenden Kanäle Vorrichtungen zur Erwärmung von
Wasser, etwa Wasserschläuche
oder -Leitungen eingebracht werden. Damit kann die unter den Solarmodulen
entstehende Wärme
zusätzlich
genutzt werden.
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1a zeigt
eine Draufsicht auf den First mit dem erfindungsgemäßen Solarenergie-Komplettsystem, wobei
die Solarmodule 2 im rechten Winkel zu der Firstlinie A-A
stehen. Die im Wesentlichen rechteckigen Solarmodule 2 liegen
mit ihren langen Seiten, respektive mit ihren Rahmen, die eine Metallunterkonstruktion 3 bilden,
auf jeweils zwei benachbarten, parallel verlaufenden, ebenfalls
im rechten Winkel zu der Firstlinie A-A stehenden Hohlprofilen 8 auf.
Wie aus 1a ersichtlich, ragen die Hohlprofile 8 in
den Abluft-/Zuluftkanal 4 hinein. Damit kommt der Abluft-/Zuluftkanal 4 auf
den Hohlprofilen 8 zu liegen und kann an diesen befestigt, etwa
mit ihnen verschraubt oder vernietet werden.
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1b zeigt
in einer schematischen Seitenschnittansicht den auf Hohlprofilen 8 aufliegenden
Abluft-/Zuluftkanal 4, der, um zusätzlich geschützt zu werden,
vorliegend mit einer Schutzplatte 21 versehen ist. Diese
kann etwa aus Alu-Riffelblech von 2 mm Stärke bestehen. Die Schutzplatte 21 ist
auf Kantenverstärkungswinkeln 20 angeordnet,
die aus Aluminium sein können
und die entlang der beiden Kanten des Abluft-/Zuluftkanals 4 abgedichtet
aufgelegt sind. Damit wird der Abluft-/Zuluftkanal 4 vorteilhaft
gegen Beschädigung,
insbesondere durch Hagel oder andere Witterungseinflüsse, geschützt und
er wird begehbar, beispielsweise zu Revisionszwecken.
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Wie
vorliegend gezeigt, kann innerhalb des Abluft-/Zuluftkanals 4 unmittelbar über den
Hohlprofilen 8 eine Abdeckplatte 15 aufgelegt
werden. Diese kann sogar wärmegedämmt sein.
Diese Abdeckplatte 15, die den Boden des zentralen Lüftungskanal
bildet, kann entlang der Firstlinie A-A mit Absaugöffnungen
in Verbindung mit Luftstromvolumen-Reglern 16', die mit den
Ansaugöffnungen 16 gekoppelt
sind, wie auch gezeigt in 1a, versehen
sein. Die Solarmodule 2 grenzen an den Abluft-/Zuluftkanal 4 derart
an, dass der bereitgestellte Kanal 13 für die Zu- beziehungsweise Abfuhr
warmer Luft, beziehungsweise für
Frischluft zum Kühlen der
Module 2 sich di rekt in den Abluft-/Zuluftkanal 4 öffnet. An
der Grenzfläche
der Solarmodule 2 zu der Abluft-/Zuluftöffnung 4 kann eine
Abdichtung durch ein Dichtungsband oder eine Abdichtschnur bereitgestellt werden.
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Die
Breite der Solarmodule 2 wird im Bereich von 40,0 bis 100,0
cm liegen, bevorzugt sind 80 cm Breite, eine Länge kann im Bereich von 1,20
m bis 180,0 cm liegen, bevorzugt sind 160 cm. Die Dicke kann im Bereich
von 3,0 cm bis 6,0 cm liegen, bevorzugt sind 4,5 bis 5,0 cm Dicke
für konventionelle,
monokristalline Solarmodule, bei Dünnschicht-Solarmodule kann
durchaus eine geringere Dicke, und zwar im Bereich von unter 5 cm,
bis zu 5,0 mm vorliegen.
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2a zeigt
die Draufsicht auf eine Dachfläche
mit einem am First angeordneten Abluft-/Zuluftkanal 4,
auf dem ein Ventilatorgehäuse 5 mit
einem Ventilator 6 angeordnet ist. Hohlprofile 8 sind
im rechten, aber auch in einem jeden anderen Winkel zu der Firstlinie
A-A angeordnet, jeweils zwei Hohlprofile bilden eine Auflage für eine Reihe
an Solarmodulen 2. Es sind jeweils zwei Solarmodule 2 unmittelbar
benachbart auf den Hohlprofilen 8 abgelegt, nach einer
Höhe von
zwei Solarmodule einer Reihe erstreckt sich ein Abluftstutzen 17 quer
zu mehreren Reihen an Solarmodulen 2 parallel zur Firstlinie
A-A über
die Fläche
des Solarenergie-Komplettsystems. Vorteilhaft ist pro 1 Hohlprofilreihe
je ein Luftstromvolumen-Regler 17 in dem Abluft-/Zuluftkanal angeordnet.
Grundsätzlich
können
die Hohlprofile in einem jeden anderen geeigneten Winkel zu der
Firstlinie A-A angeordnet sein und die entsprechende Auflage für die Module
ausbilden, so dass die erfindungsgemäßen Kanäle bereitgestellt werden.
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Eine
Reihe an Solarmodulen 2 bildet jeweils einen Kanal 13,
dessen darunter erwärmte
Luft in den Abluft-/Zuluftkanal überführt werden
kann, da der Kanal 13 unmittelbar in den Abluft-/Zuluftkanal
mündet.
Die Hohlprofile 8 werden nicht durch die Solarmodul-Befestigungsprofile 9 durchbrochen,
die auch die Solarmodule 2 an ihrer Stirnseite befestigen
können.
Die Solarmodul-Befestigungsprofile 9 sind vielmehr auf
den Hohlprofilen 8 verschraubt und überbrücken die stirnseitige Zwischenräume zwischen
jeweils einem Paar von Solarmodulen 2 in einer Reihe und
dem benachbarten Paar an Solarmodulen 2. Selbstverständlich wird
der Fachmann wissen, dass die Solarmodul-Befestigungsprofile 9 als
Kabelkanal dienen können,
oder mit Kabelkanälen 19 zusätzlich versehen
sein können.
Diese liegen sind den Unterprofilen auf, die planeben ausgefüllt werden
können,
siehe 2d.
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Wie
insbesondere aus den Details der 2b bis 2d deutlich
wird, kön nen
Vorrichtungen zur Aufnahme von Kabeln entlang der Hohlprofile 8 vorgesehen
sein. 2b zeigt, dass an den Trapezseitenflächen der
Hohlprofile ein Kabelkanalprofil 19 angeordnet werden kann.
Ferner kann zwischen zwei sich gegenüberliegenden langen Seiten
zweier Solarmodule 2, die für gewöhnlich eine rechteckige Oberfläche aufweisen
werden, ein Zwischenraum 7 bereitstehen, der geeignet ist,
ein Kabelkanalprofil 19 oder ein Solarmodul-Beferigungsprofil,
das der Kabelaufnahme dient, aufzunehmen. Ein Kabelkanalprofil 19 kann
einen lichten Querschnitt von bis zu 20 × 20 mm aufweisen und ist daher
geeignet, Elektrokabel 10 für die Solarmodul-Kabelanlage, insbesondere
eine Solar-Stringkabelinstallation aufzunehmen. Das Kabelkanalprofil 19 kann
aus einem Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC) beschaffen sein.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der auf den Hohlprofilen bereitstehende Zwischenraum 123 mm
breit. Dies ergibt sich aus der Anordnung von Metallunterkonstruktionselementen,
die aus gängigen
und kommerziell erwerblichen Trapezblechen zu Hohlprofilen 8 geschnitten
werden können,
und den Größen der
Solarmodule. Selbstverständlich
sind auch andere Breiten für
Zwischenräume
möglich.
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2c zeigt
ein in das Kabelkanalprofil 19 eingelegtes Elektrokabel 10.
Das Kabelkanalprofil 19 kann vorteilhaft ebenfalls an das
Hohlprofil 8 angeschraubt oder damit vernietet werden,
ohne dass die Dachhaut in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Es
kann auch zwischen zwei Querseiten zweier Solarmodule ein Solarmodul-Befestigungsprofil 9,
das aus Aluminium sein kann, auf die Hohlprofile 8 verschraubt
werden. Diese Solarmodul-Befestigungsprofile 9 müssen nicht
zwischen allen Querseiten angeordnet werden, es ist ausreichen,
sie etwa nach jedem zweiten Solarmodul 2 einer Reihe anzuordnen.
Dieses Solarmodul-Befestigungsprofil 9 dient gleichzeitig
als quer verlaufender Querkabelkanal 19, der mit einem
Solarmodul-Befestigungsprofil 9 flächenbündig verbunden
werden kann.
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Zu
den Giebelseiten hin kann die Solarenergie-Komplettsystemanlage
mit Kabelkanal-Unterprofilen 9 abgeschlossen sein, die
vorzugsweise aus Aluminium, Kunststoff oder einem anderen geeigneten
Metall oder einer Metallverbindung beschaffen sein können.
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Um
die erfindungsgemäße Solarenergie-Komplettsystemanlage
auf einem Dach 1 anzubringen, kann wie folgt vorgegangen
werden:
Zunächst
wird die Fläche
des Daches 1, die vorgesehen ist, mit dem Solarenergie-Komplettsystem
belegt zu werden, mit einer ersten Schicht Folienmaterial, die durchaus
mehrlagig sein kann, belegt. Auf diese Schicht Folienmaterial werden
sodann die Hohlprofile 8 in der gewünschten Position platziert,
die vorzugsweise parallel zu den Frontgiebelseiten verlaufen wird.
Die Hohlprofile 8 stehen vorliegend im rechten Winkel zu
einer Seitenwand des Abluft-/Zuluftkanals 4, der nachfolgend
am First angeordnet werden wird. Wenn die Hohlprofile auf der ersten
Folienschicht platziert sind, werden sie von einer zweiten, ebenfalls
durchaus mehrlagigen Schicht an Folienmaterial bedeckt und die Schichten
werden durch Verschweißen
oder Verkleben miteinander verbunden. Damit werden die Hohlprofile
ortsfest auf dem Dach positioniert. Die gleiche Vorgehensweise gilt auch
für bituminöse Schweißbahnen.
Grundsätzlich
können
die Hohlprofile auch in einem anderen Winkel zu einer Seitenwand
des Abluft-/Zuluftkanals
angeordnet werden, sofern die erfindungsgemäßen Kanäle ausgebildet werden.
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Sobald
die Hohlprofile 8 stabil angeordnet sind, kann auf dem
First der Abluft-/Zuluftkanal 4 angeordnet werden. Er kommt
auf den Enden der Hohlprofile 8 zu liegen und wird durch
diese vom First beabstandet. Der Abluft-/Zuluftkanal 4 kann
mit den Hohlprofilen 8 verschraubt oder vernietet werden.
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Nun
können
die Solarmodule 2 angeordnet werden. Hierzu wird jeweils
ein Solarmodul, welches vorzugsweise rechteckig oder quadratisch
ist, so über
zwei parallel verlaufenden benachbarten Hohlprofilen 8 positioniert,
dass seine Metallunterkonstruktion 3 gerade auf deren Kanten
sicher und abgedichtet zur Auflage kommt. Die Solarmodule weisen üblicherweise
einen Rahmen aus Metall auf, der entsprechend an den Auflagekanten
mit den Hohlprofilen 8 verschraubt oder vernietet oder
verklemmt werden können.
Parallel zum First werden so mehrere Reihen an Solarmodulen 2 auf
den die Unterkonstruktion bildenden Hohlprofilen 8 angeordnet.
Nach zwei oder mehreren Reihen an Solarmodulen kann ein Solarmodul-Befestigungsprofil 9,
das einen Querschnitt hat, der einem Hutquerschnitt gleicht, für die Solarmodule,
welcher gleichzeitig als Kabel-Kanal oder als Laubfänger dient
und mit einem Abdeckprofil 9 versehen werden kann, quer
zu den Hohlprofilen 8 auf die Hohlprofile 8 aufgelegt
werden. Das Befestigungsprofil 9 mit Abdeckprofil 14 ist
so beschaffen, dass es als Kabelkanal dienen kann.
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Sobald
die Dachfläche
von den Giebeln bis zur Traufe mit den Solarmodulen und entsprechenden
Solarmodul-Befestigungsprofilen 9 belegt ist, können die
Zwischenräume 7,
die zwischen zwei parallelen Reihen an Solarmodule 2 an
der Oberseite der Hohlprofile bestehen, geschlossen werden, indem
auf den Hohlprofilen 8 zunächst Hohlprofil-Kabelkanäle 19 bereitgestellt
werden. Diese sind geeignet, die aus den Solarmodulen austretenden
Elektrokabel aufzunehmen. Nun noch verbleibende Ritzen zwischen
zwei sich gegenüberliegenden
Solarmodulen 2, zwischen denen ein Solarmodul-Befestigungsprofil 9 angeordnet
ist, können
durch entsprechende Abdeckmaterialien beziehungsweise Abdichtmaterialien
wie Moosgummi oder Abdichtschnur geschlossen werden.
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Die
zum First hin weisende letzte Reihe an Solarmodulen 2,
welche an eine Außenwand
des Abluft-/Zuluftkanals 4 angrenzt, wird ebenfalls abdichtend
angeordnet, beziehungsweise es wird ein Dichtungsband oder eine
andere geeignete, möglicherweise
UV-beständige
und wasserfeste Abdichtmasse in Zwischenräume eingebracht. Schließlich können Alu-Kantenverstärkungswinkel 21 auf
die vom Dach abgewandten Kanten des Abluft-/Zuluftkanals 4 aufgelegt
werden, auf diese wiederum wird ein Alu-Riffelblech als Schutzplatte 20 gelegt,
das etwa 2 mm Stärke
aufweisen kann. Selbstverständlich
können
auch andere Metall- oder Kunststoffmaterialien als abschließende Schutzelemente
auf den Abluft-/Zuluftkanal aufgelegt werden.
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Falls
es als erforderlich angesehen wird, können die in den Abluft-/Zuluftkanal ragenden
Hohlprofile 8, die einen Trapezquerschnitt aufweisen können, wobei
der Querschnitt jedoch auch durchaus eine andere als Trapezform
haben kann, nach oben durch eine entlang der Firstlinie A-A verlaufende
Abdeckplatte 15, die gleichzeitig der Boden des Abluft-/Zuluftkanals 4 ist,
abgedeckt werden. In entsprechenden Abschnitten weist diese Platte
sodann Ansaugöffungen 16 und
Luftstromvolumen-Regler 16' auf,
die unterschiedliche Dimensionen, abhängig von dem Abluft-/Zuluftkanal 4 und
der Beabstandung der sich von zwei Hohlprofilen 8 gegenüberliegender Dachflächenseiten ergibt. Schließlich wird
an einer entsprechend am Ende eines Kanals bereitgestellten Öffnung des
Abluft-/Zuluftkanals 4 nach außen ein Gehäuse 5 eines Absaug-/Einblas-Ventilators 6 angeordnet.
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Die
Inbetriebnahme des Ventilators im Saugmodus bewirkt, dass nunmehr
die Luft aus den dicht abgeschlossenen Kanälen, die durch die Hohlprofile
und durch die von den Hohlprofilen 8, der Dachhaut und
der von Solarmodule 2 gebildeten Kanäle 13 kommt, abgesaugt
werden kann, wie Pfeile a in 2a verdeutlichen. Eine
Um kehrung des Betriebsmodus von Saugen nach Blasen bewirkt, dass
entsprechend Luft von außen durch
die genannten Kanäle
geblasen und die Solarmodule 2 zum vorteilhaften Erhalt
ihres Wirkungsgrads von unten gekühlt werden können.
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Um
eine Revision der Elemente vorzunehmen, die auf dem Dach 1 angeordnet
sind, wird lediglich auf die Revisionspfade, die durch die stabil
abgedeckten Solarmodul-Befestigungsprofile 9 mit den Abdeckprofilen 14 bereitgestellt
sind, eine Revisionsvorrichtung wie etwa eine vierbeinige, die Module überspannende
Revisionsplattform aufgelegt. Diese kann wie auf Schienen entlang
der Revisionspfade bewegt werden und stellt dabei vorteilhaft sicher,
dass die Solarmodule 2 und weitere Bestandteile der Konstruktion
nicht beschädigt werden,
der Bediener selbst kann bequem und geschickt auf dem Dach 1 hantieren.
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Vorteilhaft
wird nun der Abluft-/Zuluftkanal 4 an eine Wärmepumpe
angeschlossen, so dass die in der erwärmten Luft zur Verfügung stehende
Energie ökonomisch
weiter genutzt werden kann, entweder, indem unmittelbar Wasser aufgeheizt
wird oder indem damit Strom oder Kaltluft zur Raumklimatisierung
erzeugt wird. Vor allem aber wird die Warmluft in der Jahres-Übergangszeit
und in der Winterzeit in die Warmluft-Blech-Kanalheizungen, eingespeist,
die Kaltluft im Sommer. Der Wärmebedarf
meist großer,
gewerblicher Gebäude-Nutzflächen, die
im Regelfall mit solchen Warmluft/Klimaluft-Blechkanälen ausgestattet
sind, wird ganz oder teilweise gedeckt. Es ist eine beachtliche
Wärmekosten/Klimatisierungskosten-Ersparnis
und somit Energieeinsparung damit verbunden.
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Durch
einen technischen Prozess kann aus der abgesaugten Warmluft Kaltluft
zur Raumklimatisierung erzeugt werden. Diese wird im Sommer in die
gleichen Lüftungskanäle eingeleitet
wie die Warmluft zum Heizen in den kälteren Monaten.
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3a zeigt,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
ferner um Gefällekeile 23 ergänzt sein
kann, die ein entsprechendes Mindestgefälle von 3 % bereitstellen,
diese können
aus Materialien wie Styropor, Holz oder Leichtmetall beschaffen
sein. Die Gefällekeile
werden auf der Folienschicht über
den Hohlprofilen 8 angebracht, sie können gegebenenfalls durch eine
dritte Schicht an Folie auf den darunter befindlichen angeordnet
und damit verbunden werden. Der Dachgefällekeil 23, der die
Ebene, auf der die Solarmodule angeordnet werden, gegebenenfalls
sogar vollflächig
bedecken mit Neigung versehen kann, kommt vorzugsweise dann zum
Einsatz, wenn ein Dachgefälle
von mindestens 3% sichergestellt werden soll, welches notwendig
ist, um die Selbstreinigung der Solarmodule zu gewährleisten.
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Die
Neigung bzw. Das Gefälle
ist hierbei auf den Dachrand- und Gully-Anschlüsse bezogen. Bei der Dachkeilmontage
des erfindungsgemäßen Komplettsystems
kann grundsätzlich
wie folgt vorgegangen werden:
Eine ca. 50 mm hohe Hohlprofil-Unterkonstruktion
mit einem bevorzugten, Achsmaß von
86 oder 43cm wird mit Schweißbahnen
oder Folien eingeklebt. Dies sichert die Funktion der Dach-Entwässerung
wie bisher, da ein Abstand zur Dachhaut von ca. 5 cm entsteht bzw.
besteht. Auf die Hohlprofile wird eine Lage von Styropor- oder anderen Dachgefällekeilen
befestigt.
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Diese
Lage von Gefällekeilen
wird wiederum im gleichen Achsabstand von 86 oder 43 cm mit 5 cm hohen
Trapez-Hohlprofilen versehen, diese werden mit Schweißbahnen
oder Folien belegt und wasserdicht mit der darunter befindlichen
Folienschicht verbunden. Dabei wird der Kanal zur Abwärmeführung bereitgestellt.
Die übereinander
angeordneten Hohlprofile können
eine Länge
von 250 mm, eine Breite von 50 mm und eine Stärke von 1 mm haben, werden
durch den dazwischen angeordneten Gefällekeil hindurch miteinander verschraubt
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Auf
die obere von den Hohlprofilen bereitgestellte Ebene werden mit
Hilfe von Dichtbändern
die monokristallinen Solarmodule, die Abmessungen von beispielsweise
80 cm × 160
cm × 5
cm aufweisen können und
eine Leistung von etwa 180 Watt bereitstellen können, oder alternativ Dünnschicht-Solarmodule,
die Abmessungen von ca. 0,5 cm × 43
cm × 560
cm aufweisen, befestigt.
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3b zeigt
im Detail, dass Hohlprofile 8 mit einer Hohlprofil-Unterkonstruktion 22 verschraubt
sein können,
dazwischen ist ein Gefällekeil 23 angeordnet.
ferner ist gezeigt, dass der Abluft-Zuluftkanal 4 eine
Abdeckplatte 15 aufweist, die als Boden dient; sie hat
die Ansaugöffnungen 16,
in welche vorliegend die Luftvolumenstromregler 16' eingesetzt
sind. An der Kante, die zwischen dem sich auf dem dachnach oben
erstreckenden Abluft-Zuluftkanal 4 und den Solarmodulen 2 bildet,
kann zur Windableitung ein Windabweiserblech 24 angeordnet
sein.
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1
|
Dach |
|
2
|
Solarmodul |
|
3
|
Metallunterkonstruktion |
|
4
|
Abluft-/Zuluftkanal |
|
5
|
Ventilator-Gehäuse |
|
6
|
Ventilator |
|
7
|
Zwischenraum |
|
8
|
Hohlprofil |
|
9
|
Solarmodul-Befestigungsprofil |
|
10
|
Elektrokabel |
|
11
|
Dachfirstlinie |
|
12
|
Flansch |
|
13
|
Kanal |
|
14
|
Abdeckprofil |
|
15
|
Abdeckplatte |
|
16
|
Ansaugöffnung |
|
16'
|
Luft-Volumenstromregler |
|
17
|
Abluftstutzen |
|
18
|
Querkabelkanal |
|
19
|
Kabelkanal |
|
20
|
Kantenverstärkungswinkel |
|
21
|
Schutzplatte |
|
22
|
Gefällekeil |
|
23
|
Hohlprofil-Unterkonstruktion |
|
24
|
Windabweiserblech |