DE202008002585U1

DE202008002585U1 - Solar-Kollektor als Thermie- und PV-Kollektor

Info

Publication number: DE202008002585U1
Application number: DE202008002585U
Authority: DE
Original assignee: Uti Holding and Management AG
Current assignee: Uti Holding and Management AG
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2018-02-26

Abstract

Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte obere Abdeckschicht des Wärmetauschers weitgehend plan und gleichzeitig Aufnahmefläche für den Aufdruck von photovoltaischem Aufnahmematerial ist.

Description

Solar-Kollektoren werden in der Regel entweder als Thermie-Kollektoren zur Erzeugung thermischer Energie oder als Photovoltaik(PV)-Kollektoren zur Stromerzeugung hergestellt. Wenn beide Leistungen erwartet werden, muß eine Dachfläche entweder nebeneinander für beide Kollektorenarten zur Verfügung stehen, was bei entsprechend großem Bedarf sowohl dann optisch, als auch in der Abmessung Probleme aufwirft. Es sei denn, es erfolgt eine Volleindeckung des Daches.
Außerdem haben die Kollektoren durch die übliche Glasabdeckung ein relativ hohes qm-Gewicht, was sich in der Dachbelastung erheblich auswirkt und sehr oft bauliche Veränderungen der Dachstruktur erfordert. Nicht nur das: Auch die hauptsächlich verwendeten Systeme bei Thermie-Kollektoren erfordern neben dem hohen Gewicht in der Herstellung auch teurere Materialien, insbesondere Kupfer und erheblich höhere Produktionszeiten und -kosten. Gleiches gilt auch für die PV-Kollektoren, die gewichtsmäßig den Thermie-Kollektoren nahekommen.
Die Dachbelastung insgesamt liegt also bei einer Verlegung von Thermie- und PV-Kollektoren bei einer üblichen Leistung etwa doppelt so hoch, wie wenn beide Leistungsträger in einem Kollektor vereinigt wären. Dies liegt an der dopplt erforderlichen Glasabdeckung und dem in beiden Fällen erforderlichen, stabilen Metallrahmen. Dadurch sind auch die Montagekosten und der oft statisch erforderliche Zusatz-Aufwand bei der Verlegung der In- und Aufdach-Montage-Gestelle erheblich, was dann den Gesamtaufwand weiter beeinflusst.
Was liegt deshalb näher, als dass erfindungsgemäß ein Weg gewählt wurde, der nicht nur das Gewicht des Kollektors qm-mäßig auf die Hälfte reduziert, sondern auch beide Aufgaben, nämlich die Erzeugung von Wärme (warmes Brauchwasser, Prozeßwärme und Heizungsunterstützung) und die Lieferung von Strom ermöglicht. Die Aufgabe, die PV-Zellen auch noch zu kühlen und so deren Leistung noch erheblich gegenüber dem üblichen PV-Kollektor zu steigern, ergab sich dann von selbst.
Der Thermie-Solarkollektor erhält als Flachkollektor eine plane Oberfläche aus dünnem Blechmaterial, bevorzugt Aluminium, das gleichzeitig als Abdeckmaterial für den direkt darunter angeordneten Wärmetauscher dient. Dünn und aus Aluminium deshalb, damit die Einstrahlung der Solarwärme schnell und ohne eine dämmende Zwischenschicht, in die Wärmeträger-Flüssigkeit übergeht. Diese Abdeckfläche ist gleichzeitig – mit einer dünnen Kunststoff- oder sonstigen Trennschicht überzogen – Aufnahmefläche für die Aufbringung von Photovoltaik-Zellen, -Folien oder Laminaten.
Außerdem ist es möglich, die verwendete Metallschicht über dem Wärmetauscher direkt mit photovoltaischem Aufnahmematerial zu bedrucken und dieses, genauso wie PV-Zellen und -Folien, mit einer als Außenschutz dienenden, glasähnlichen, leichten Kunststoff-Deckschicht zu versehen, Hierfür wird sowohl das bekannte Plexiglas, aber auch insbesondere ein neues, besonders fließfähiges, steifes, schlagzähes und witterungsfestes, tieftemperaturunempfindliches Polypropylen mit glasähnlicher Transparenz verwendet.
Bei Verwendung von PV-Laminaten können diese, direkt auf der Oberfläche des Kollektors aufgebracht, als Witterungs- und Windschutz dienen.
Fertigungstechnisch befindet sich direkt unter dem Wärmetauscher ein mit Kunstofffolie oder -platte abgedecktes geschlossen- oder offenporiges Kunststoffschaumpaket, das gegen das obere Abdeckblech drückt und mit diesem durch die Löcher und an den Rändern des Wärmetausches fest verschweißt ist, so dass sich die Wärmeträger-Flüssigkeit in einem dichten Kunststoffbeutel befindet und nach unten durch den Schaum temperaturmäßig abgeschirmt ist.
Der ganze Kollektor wird durch an den Rändern der thermoplastisch miteinander verschweißten unteren und oberen Abdeckbleche angeordneten Stehfalz- und Überdeckungs-Ansätze aus dem Material des oberen und unteren Abdeckbleches vollständig umrahmt und kann mit einem Klipps-System mit dem Nachbar-Kollektor und über dafür speziell entwickelte Montageleisten und selbstschraubende Schrauben mit dem darunterliegenden Unterbau wie Ziegel- oder Schindeldach, Blech- und Bitumendach, Lattung, Verbretterung, Sparren oder sonstigem Gebälk, auch ohne Entfernung der bisherigen Dachbeläge und Isolierungen, verbunden werden.
Die für den Transport der sich selbsttragenden Verbund-Solarplatten, die als Thermie-Kollektoren ohne PV-Schicht ein Maximalgewicht von etwa 5 kg/qm, mit Photovoltaik-Schicht je nach Aufbau bei 7 (Aufdruck), 8 (Laminat) oder bis zu 10 kg/qm (Zellen) wiegen, erforderliche Verpackung wird nämlich gleichzeitig in Schaumplatten geliefert, die dann z. B. auf ein Ziegel- oder sonstiges Dach zum Ausgleich von Unebenheiten gelegt un damit zur weiteren Wärmeisolierung des Gebäudes verwendet werden. Zumindest bei Dachsanierungen, die den Hauptmarktanteil für das Produkt ausmachen können, können so Kosten in Höhe von bis zur Hälfte üblicher Gesamtkosten für den Verwender gespart werden.
Durch diesen Verzicht auf bisher statisch stärker zu wählende und die bestehende Dachhaut durchdringende Verbindungsprofile, schwere und teure Montage-Aufbauten und kostspielige Indachausführungen reduzieren sich insbesondere die Montagekosten üblicherweise auf einen Bruchteil, die Kosten des Thermiekollaktors auf die Hälfte und der anteilige PV-Kollektor ebenfalls erheblich, so dass die Endkosten eines Vollsolardaches für Wärme und Strom wesentlich unter den Marktpreisen liegen. Dabei ist die Leistungssteigerung durch die Kühlung der Solarzellen mit ca. 15–35%, je nach Leistungsstandort und Intensität der Sonneneinstrahlung, noch nicht berücksichtigt.
Auf der Unterseite des Kollektors befinden sich an den erforderlichen Stellen durch das untere Abdeckblech und das Isoliermaterial führende Öffnungen, die mit einem Metall- oder Kunststoffrohr verkleidet die Stecknippel für die Zuführung der Thermoflüssigkeit aufnehmen oder mit der entsprechenden Einrichtung für die Speicherung und Weiterführung der Wärme und des erzeugten Stroms verbunden werden. Außerdem befindet sich dort auch der aus nichtleitendem Material gefertigte Kasten für die Aufnahme der Elektro-Zu- und Abfluss-Steckverbindungen, die außerhalb des Wärmeträgerflüssikeit führenden Teils des Kollektors ebenfalls auf der Unterseite angebracht sind.
Die Verbindung der Kollektoren an den Breitseiten erfolgt als Stossverbindung, wobei die obere, überstehende Abdeckschicht mit den seitlichen Stehfalzverbindungen die andere, stumpfe Seite des fertig verkleideten Kollektors in voller Breite überdeckt und so eine sichere Dachabdeckung gewährleistet.

Claims

Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte obere Abdeckschicht des Wärmetauschers weitgehend plan und gleichzeitig Aufnahmefläche für den Aufdruck von photovoltaischem Aufnahmematerial ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor, dadurch gekennzeichnet, dass die obere direkte Abdeckschicht des Wärmetauschers gleichzeitig Aufnahmefläche zur Aufbringung von Photovoltaik-Zellen, -Folien oder -Laminaten ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Abdeckschicht direkt über dem photovoltaischen Aufnahmematerial oder den Photovoltaik-Zellen, -Folien oder -Laminaten mit einer als abschließender Außenschutz dienenden, glasähnlichen, transparenten Kunststoff-Deckschicht versehen ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdeckschicht aus besonders fließfähigem, steifem, schlagzähem. witterungsfestem und tieftemperatur-unempfindlichen Polypropylen mit glasähnlicher Transparenz besteht.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass sich direkt unter der oberen Abdeckschicht ein mit abgesenkten Löchern in einer durchflußgerechten Struktur versehenes Blech als Wärmetauscher befindet.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Wärmetauscherblech durch ein Paket aus geschlossen- oder offenporigem Kunststoffschaum mit oberer und unterer Abdeckung aus Kunststofffolie oder -platte gegen das obere Abdeckblech drückt und mit diesem durch die Löcher und ringsum an den Seiten dicht im thermostatischen Schweißverfahren mit dem oberen Abdeckblech verbunden ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialpaket nach Anspruch 5 durch die untere Abdeckung aus Kunststofffolie oder -platte mit dem unteren Abdeckblech und an den seitlichen Rändern mit dem unteren Stehfalzrand im thermostatischen Schweißverfahren fest verbunden ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialpaket nach Anspruch 5 keine untere Abdeckung aus Kunststofffolie oder -platte aufweist und der Schaum durch die Verbindung zum unteren Abdeckblech thermoplastisch direkt verschweißt ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher von unten über ein durch die Plattenstärke führendes Anschlußsystem für die Wärmeträgerflüssigkeit angefahren wird und ein gleiches direktes Anschlußsystem für den Stromabfluß aus der PV-Schicht vorhanden ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser Stromanschluss ausserhalb der Wärmeträgerflüssigkeit führenden Schicht befindet.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlußsysteme in Steck-Verbindungsweise funktionieren und die Durchgänge zum Wärmetauscher und für den Stromanschluß zum Kunststoffschaum hin verkleidet sind.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser an den beiden Längsseiten eine Stehfalz-Verbindung angeformt hat, die mit einem Klipps- und Schiebe-Montage-System korrespondiert.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser am oberen und unteren Ende zwei direkte Anstoß-Anschlußseiten hat, wobei eine der Seiten einen Überstand der oberen Abdeckschicht einschließlich der seitlichen Stehfälze zur Überdeckung der glatten Anstoßseite aufweist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeflüssigkeit gleichzetig die über dem Wärmetauscher liegende PV-Schicht kühlt und dadurch deren Leistung pro Grad C Kühlung um bis zu 0,5% erhöht.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass das senkgelochte Wärmetauscherblech zum oberen Abdeckblech hin an allen Rändern überstehend und durch die Lochungen des Bleches voll mit einer thermoplastisch an das Abdeckblech angeschweissten Kunststoffschicht verbunden ist.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass das gegen das Wärmetauscherblech drückende Materialpaket nur aus geschlossen- oder offenporigem, unvernetztem Schaum besteht, der durch Anschmelzung an den oberen und unteren Schichten die Abdichtung und die Verbindung durch thermoplastische Schweissung zum oberen und unteren Abdeckblech herstellt.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nur etwa 5 kg, 7 kg oder 8 kg pro qm wiegt, so dass zwei Montagekräfte ohne weitere Transportmittel Kollektoren von 7 bis 10 qm Größe montieren können.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageleisten im Schiebesystem in der Höhe zur Unterbringung von Wärmeisoliermaterial bsi um 30 cm aufgestockt werden können.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportverpackung in der Stapelung ausschließlich aus Schaumplatten besteht, die dann zur Dachisolierung eingesetzt werden.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageleisten statisch ausreichend mit selbstschneidenden Schrauben in jeweils notwendiger Abmessung mit dem Untergrund verbindbar sind.
Solarkollektor als Thermie- und PV-Kollektor nach Anspruch 1–20, dadurch gekennzeichnet, dass dieser voll recycclbar ist.