DE3419299A1 - Module for photovolteic solar cells - Google Patents
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Abstract
Description
Modul für photovoltaische Solarzellen Module for photovoltaic solar cells
Die Erfindung betrifft ein Modul für photovoltaische Solarzellen, das zur Dacheindeckung von Gebäuden geeignet ist. Es wurde bereits ein plattenförmiges Modul für photovoltaische Solarzellen vorgeschlagen, das die Form eines Dachziegels hat. Dieses Dachziegel-Modul enthält beispielsweise 9 Solarzellen, die mit einer lichtdurchlässigen Abdeckschicht versehen sind und miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Solarzellen sind in den Dachziegeln dicht eingegossen oder eingebettet, so daß eine wetterbeständige, für die Dacheindeckung von Gebäuden geeignete Modulplatte entsteht. Mit diesen Ziegelmodulen können Dächer teilweise oder in ihrer Gesamtheit eingedeckt werden, je nach dem, in welchem Ausmaß die Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden soll. Die einzelnen Solarzellen-Dachziegel werden miteinander in der Form verschaltet, daß der Gesamtgenerator die gewünschten Strom- und Spannungsverhältnisse aufweist.The invention relates to a module for photovoltaic solar cells, that is suitable for roofing buildings. It was already a plate-shaped one Proposed module for photovoltaic solar cells that has the shape of a roof tile Has. This roof tile module contains, for example, 9 solar cells with a transparent cover layer are provided and electrically conductive to each other are connected. The solar cells are tightly cast or embedded in the roof tiles, so that a weather-resistant modular panel suitable for roofing buildings arises. With these tile modules, roofs can be partially or entirely be covered, depending on the extent to which the solar energy is converted into electrical Energy is to be converted. The individual solar cell roof tiles are connected to each other interconnected in such a way that the overall generator has the desired current and voltage ratios having.
Der genannte plattenförmige Dachziegel-Modul mit photovoltaischen Solarzellen hat sich bewährt. Bei der Eindeckung von Gebäudedächern mit diesem Dachziegel ist jedoch die Dachneigung und die Stellung des Daches zum Sonnenlauf durch den Bebauungsplan vorgegeben, so daß vielfach eine optimale Stellung der Dachziegel-Module gegenüber dem Verlauf und dem Stand der Sonne nicht möglich ist.The said plate-shaped roof tile module with photovoltaic Solar cells have proven their worth. When covering building roofs with this roof tile however, is the roof pitch and the position of the roof to the path of the sun through the Zoning plan given, so that in many cases an optimal position of the roof tile modules compared to the course and the position of the sun is not possible.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Modul für photovoltaische Solarzellen für den genannten Zweck anzugeben, das unabhängig vom Bebauungsplan für ein Gebäude eine optimale Einstellung der photovoltaischen Solarzellen gegenüber dem Stand und dem Verlauf der Sonne ermöglicht. Diese Aufgabe wird erEindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Modul aus einer Grundplatte und einem Solarzellen enthaltenden Träger besteht, wobei die Grundplatte und der Träger mechanisch miteinander verbunden sind, und daß der die Solarzellen enthaltende Träger in einer gegenüber der Grundplatte einstellbaren Winkelposition fixiert ist.The invention is therefore based on the object of a module for photovoltaic Specify solar cells for the stated purpose, regardless of the development plan an optimal setting for the photovoltaic solar cells for a building the position and the course of the sun. This task he is in accordance with the invention solved in that the module consists of a base plate and a solar cell containing There is a carrier, the base plate and the carrier mechanically connected to one another are, and that the carrier containing the solar cells in one opposite the base plate adjustable angular position is fixed.
Der die Solarzellen enthaltende Träger kann vorzugsweise um eine oder zugleich um beide von zwei senkrecht zueinander verlaufenden, in der Ebene der Grundplatte liegenden Achsen geschwenkt werden. Bei der Dacheindeckung mit dem erfindungsgemäßen Modul entspricht dann eine der beiden Achsen der Fallinie des Daches und die andere Achse einer Horizontallinie. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Moduls wird erreicht, daß der die Solarzellen enthaltende Träger unabhängig von der mit ihm verbundenen Grundplatte in einer die Sonneneinstrahlung optimal ausnutzenden Position angeordnet werden kann. Dadurch wird man bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Solarzellen auf Gebäuden unabhängig vom Bebauungsplan, der geographischen Ausrichtung des Gebäudes und der Dachneigung.The carrier containing the solar cells can preferably be one or at the same time around both of two mutually perpendicular, in the plane of the base plate horizontal axes are swiveled. When roofing with the inventive Module then corresponds to one of the two axes of the line of fall of the roof and the other Axis of a horizontal line. Due to the design of the module according to the invention it is achieved that the carrier containing the solar cells is independent of the connected to it in a baseplate that makes optimal use of solar radiation Position can be arranged. This will help you to generate energy using photovoltaic solar cells on buildings regardless of the development plan, the geographical one Orientation of the building and the roof pitch.
Für die Einstellung des Trägers gegenüber der Grundplatte kann vorteilhafterweise eine, in der jeweils geeigneten Position fixierbare Rastereinstellung vorgesehen werden. Ferner besteht die Möglichkeit, zwischen der Grundplatte und der Trägerplatte ein der gewünschten Einstellung entsprechendes Abstandsteil anzuordnen, das zugleich den Träger mechanisch fest mit der Grundplatte verbindet. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Module wird vorteilhafterweise auf ein Baukastensystem mit entsprechend ausgebildeten Abstandsteilen unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Winkelneigung zurückgegriffen, aus dem dann die, für ein bstitcs Gebäude geeigneten Abstandsteile ausgesucht und zwischen die Grundplatte und die Trägerteile des Solarmoduls eingefügt werden. Dieses Baukastensystem enthält dann beispielsweise im Querschnitt dreieckige Volumenteile mit unterschiedlichen, einer Rastereinteilung entsprechenden Winkeln. Die Grundplatte weist wiederum die Form eines Dachziegels auf, die die entsprechenden Einrastfugen bzw. Falze für die benachbarten Dachziegel enthält.For the adjustment of the carrier relative to the base plate can advantageously a grid setting that can be fixed in the appropriate position is provided will. There is also the possibility of between the base plate and the carrier plate to arrange a spacer corresponding to the desired setting, which at the same time the carrier mechanically fixed to the base plate connects. In the Production of the modules according to the invention is advantageously based on a modular system with appropriately designed spacers of different sizes and different Angular inclination is used, from which then the one suitable for a bstitcs building Spacers selected and between the base plate and the carrier parts of the solar module inserted. This modular system then contains, for example, in cross section triangular volume parts with different, corresponding to a grid division Angles. The base plate in turn has the shape of a roof tile, which the contains corresponding snap-in joints or folds for the neighboring roof tiles.
Die Erfindung soll nachfolgend noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.In the following, the invention is also intended to be based on exemplary embodiments are explained in more detail.
Die Figur 1 zeigt ein Dachziegel-Modul gemäß dem Stand der Technik.FIG. 1 shows a roof tile module according to the prior art.
Figur 2 zeigt ein Dachziegel-Modul nach der Erfindung, bei dem der Träger für die Solarzellen um die der Falllinie des Daches entsprechende Achse geschwenkt ist.Figure 2 shows a roof tile module according to the invention, in which the Support for the solar cells pivoted around the axis corresponding to the line of slope of the roof is.
Bei der Anordnung nach der Figur 3 ist der die Solarzellen enthaltende Träger um eine Horizontallinie geschwenkt und bei der Anordnung nach Figur 4 ist der Solarzellenträger um beide genannten Achsen gedreht.In the arrangement according to FIG. 3, the one containing the solar cells The carrier is pivoted about a horizontal line and in the arrangement according to FIG the solar cell carrier rotated about both axes mentioned.
Figur 5 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein Gebäude mit den erfindungsgemäßen Dachziegel-Modulen.FIG. 5 shows a basic diagram of a building with the inventive Roof tile modules.
Der bekannte Dachziegel-Modul gemäß Figur 1 besteht aus einer Trägerplatte 1, in die die Solarzellen 3 eingebettet sind. Diese Solarzellen werden so in den Träger eingebettet, daß die einzelnen Solarzellen durch eine lichtdurchlässige Abdeckplatte, die beispielsweise aus Glas besteht, vor äußeren Einflüssen geschützt sind.The known roof tile module according to Figure 1 consists of a carrier plate 1, in which the solar cells 3 are embedded. These solar cells are so in the Carrier embedded that the individual solar cells through a translucent cover plate, which consists of glass, for example, are protected from external influences.
Die Solarzellen sind untereinander verschaltet, wobei sowohl eine Parallelschaltung als auch eine Hintereinanderschaltung in Frage kommt, je nach dem, welche Strom- und Spannungsverhältnisse am Ausgang des Moduls gewünscht sind. Die Solarzellen 3 können beispielsweise aus einkristallinem oder aus polykristallinen Sili-ium bestehen, wobei unterschiedliche Größen in Betracht kommen. Geeignet sind beispielsweise Solarzellen mit Abmessungen von 5 x 5, 5 x 10 oder 10 x 10 cm. Die Trägerplatte 1 ist an den Seitenkanten mit Nuten oder Falzen 8 versehen, die für den Eingriff in benachbarte Platten oder in herkömmliche Dachziegel geeignet sind, so daß Gebäudedächer mit dem dargestellten Dachziegel-Modul teilweise oder ganz eingedeckt werden können.The solar cells are interconnected, with both one Parallel connection as well as a series connection comes into question, depending on which current and voltage ratios are required at the output of the module. The solar cells 3 can, for example, be made of monocrystalline or polycrystalline Sili-ium exist, whereby different sizes come into consideration. Are suitable for example solar cells with dimensions of 5 x 5, 5 x 10 or 10 x 10 cm. the Carrier plate 1 is provided on the side edges with grooves or folds 8, which for interventions in adjacent panels or in conventional roof tiles are suitable, so that building roofs with the roof tile module shown partially or completely can be covered.
Die erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 2 besteht wiederum aus einer Grundplatte 1, die mit einer Trägerplatte 2, die die Solarzellen 3 enthält, mechanisch verbunden ist. Beispielsweise besitzt die Grundplatte 1 eine Vertiefung 13, in die die Trägerplatte mit den Solarzellen 3 so eingelegt werden kann, daß eine im wesentlichen plane Oberfläche des Moduls entsteht. Die Trägerplatte 2 kann jedoch um die beiden senkrecht zueinander verlaufenden Achsen 4 und 5 gedreht werden.The arrangement according to the invention according to FIG. 2 in turn consists of one Base plate 1, which with a carrier plate 2, which contains the solar cells 3, mechanically connected is. For example, the base plate 1 has a recess 13 into which the carrier plate with the solar cells 3 can be inserted so that a substantially flat surface of the module is created. The carrier plate 2 can, however, around the two mutually perpendicular axes 4 and 5 are rotated.
Diese beiden Achsen verlaufen parallel zu den Außenkanten der rechteck-förmigen Grundplatte 1. Es können Dachziegel-Module erstellt werden, bei denen die Trägerplatte 2 nur um die Achse 4 oder nur um die Achse 5 schwenkbar ist oder bei denen die Trägerplatte 2 um beide Achsen geschwenkt bzw. gekippt werden kann. Bei der Anordnung nach der Figur 2 ist die Trägerplatte 2 um die Achse 4 geschwenkt, die bei der Eindeckung eines Gebäudedaches mit den Dachziegel-Modulen der Fallinie des Daches entspricht. An der Verbindungsstelle 9 zwischen der Grundplatte 1 und der Trägerplatte 2 ist ein Drehlager oder ein Gelenk vorgesehen, das so ausgestaltet ist, daß die beiden Teile 1 und 2 des Dachziegel-Moduls in der gewünschten gegenseitigen Position fixiert wer- den können. Winkel al zwischen der Trägerplatte 2 und der Grundplatte 1 wird so gewählt, daß die Solarzellen 3 optimal gegenüber dem Sonnenverlauf orientiert sind und das Solarzellenmodul den höchsten Wirkungsgrad aufweist.These two axes run parallel to the outer edges of the rectangular one Base plate 1. Roof tile modules can be created in which the carrier plate 2 is pivotable only about the axis 4 or only about the axis 5 or in which the carrier plate 2 can be pivoted or tilted around both axes. In the arrangement according to the Figure 2, the carrier plate 2 is pivoted about the axis 4, which is when the roofing of a building roof with the roof tile modules corresponds to the fall line of the roof. At the connection point 9 between the base plate 1 and the carrier plate 2 is a pivot bearing or a joint is provided which is designed so that the two Parts 1 and 2 of the roof tile module fixed in the desired mutual position who- the can. Angle al between the carrier plate 2 and the base plate 1 is chosen so that the solar cells 3 are optimally oriented with respect to the course of the sun and the solar cell module has the highest efficiency.
Es besteht auch die Möglichkeit, zwischen der Grundplatte 1 und dem Träger 2 eine Lauf- oder Einrastschiene 7 vorzusehen, an der der Träger 2 in einer gewünschten Position gegenüber der Grundplatte 1 fixiert werden kann. Bei der dargestellten Raster- oder Lochschiene 7 entspricht jede Rasterstellung einer fixierbaren Position.There is also the possibility of between the base plate 1 and the Carrier 2 to provide a running or latching rail 7 on which the carrier 2 in a desired position relative to the base plate 1 can be fixed. In the illustrated Grid or perforated rail 7 corresponds to each grid position of a fixable position.
Bei der Anordnung nach der Figur 3 wurde der Träger 2 für die Solarzellen 3 um die Unterkante der Grundplatte und damit um eine Horizontallinie 5 im Falle der Dacheindeckung geschwenkt. Diese Schwenkung um die genannte Achse wird insbesondere dann erforderlich sein, wenn ein einzudeckendes Gebäude zwar ein nach Süden ausgerichtetes Dach aufweist, die Dachneigung jedoch für eine optimale Nutzung der Sonneneinstrahlung zu gering ist. Bei der Anordnung nach der Figur 3 sind zwischen der Trägerplatte 2 und der Grundplatte 1 Zwischenteile 6 mit einem dreieck-förmigen Querschnitt eingefügt.In the arrangement according to FIG. 3, the carrier 2 was used for the solar cells 3 around the lower edge of the base plate and thus around a horizontal line 5 in the case the roof covering swiveled. This pivoting about said axis is particularly be necessary if a building to be covered is a south-facing one Has roof, but the roof pitch for optimal use of the solar radiation is too low. In the arrangement according to Figure 3 are between the carrier plate 2 and the base plate 1 inserted intermediate parts 6 with a triangular cross-section.
Diese Abstandsteile 6 werden vorzugsweise mechanisch fest mit der Grundplatte 2 und mit dem Träger 1 verbunden und können einem Baukastensystem entnommen werden, in dem sich Abstandsteile für unterschiedliche Winkel a2 zwischen der Grundplatte 1 und dem Träger 2 befinden. Die Abstandsteile 6 können als Volumenkörper oder als Hohlkörper in der dargestellten Weise ausgestaltet sein.These spacers 6 are preferably mechanically fixed to the Base plate 2 and connected to the carrier 1 and can be taken from a modular system in which there are spacers for different angles a2 between the base plate 1 and the carrier 2 are located. The spacers 6 can be as solid or as Hollow body be designed in the manner shown.
In der Figur 4 ist noch ein Dachziegel-Modul dargestellt, bei dem die Trägerplatte 2 für die Solarzellen 3 um beide Achsen 4 bzw. 5 verdreht und in dieser für die Sonneneinstrahlung günstigsten Position fixiert ist.In the figure 4, a roof tile module is shown in which the carrier plate 2 for the solar cells 3 rotated about both axes 4 and 5 and in this for the Sun exposure is fixed in the most favorable position.
Zur Fixierung des Trägers 2 und der Grundplatte 1 können unterschiedliche Hilfsmittel verwendet werden. Es kann sich wiederum um Abstandsstücke 6 aus einem Baukastensystem um Lauf- oder Rasterschienen 7 oder um fixierbare Lagerstellen 9 handeln. Im Hinblick auf den vielfach erheblichen Winddruck wird man jedoch Abstandshalterungen oder Abstandsstücke bevorzugen, wobei diese Teile so als Hohlkörper ausgestaltet sein können, daß die Solarzellen von der Rückseite der Trägerplatte 2 durch die vorhandene Luftströmung gekühlt werden.To fix the carrier 2 and the base plate 1, different Aids are used. It can again be spacers 6 from one Modular system around running or grid rails 7 or around fixable bearing points 9 Act. In view of the often considerable wind pressure, however, spacers will be used or prefer spacers, these parts being designed as hollow bodies may be that the solar cells from the back of the carrier plate 2 through the existing air flow can be cooled.
In der Figur 5 ist noch ein Haus 10 mit einem Dach 11 dargestellt, bei dem Dachziegel mit unterschiedlicher Einstellung für eine Teileindeckung verwendet werden.In the figure 5 a house 10 is shown with a roof 11, used in the roof tiles with different settings for a partial covering will.
Das Dach 11 besteht aus Teilen, die senkrecht zueinander verlaufen, so daß beispielsweise ein Typ des Dachziegel-Moduls im Teil 12a Verwendung findet, bei dem die Träger für die Solarzellen um die Horizontalachse 5 gemäß Figur 3 gekippt sind, während die Dachziegel-Module im Teil 12b auf dem in anderer Richtung verlaufenden Dachteil um die Fallinie des Daches geschwenkt sind.The roof 11 consists of parts that are perpendicular to each other, so that, for example, one type of roof tile module is used in part 12a, in which the carrier for the solar cells is tilted about the horizontal axis 5 according to FIG are, while the roof tile modules in part 12b on the one running in the other direction Roof part are pivoted around the fall line of the roof.
Hierbei handelt es sich also um Dachziegel-Module vom Typ der Figur 2. Auf diese Weise lassen sich beide Teile des Daches zumindest teilweise mit Solarzellenmodulen eindecken, die jeweils optimal gegenüber der Sonne ausgerichtet sind.These are therefore roof tile modules of the figure type 2. In this way, both parts of the roof can be at least partially covered with solar cell modules stock up, which are each optimally aligned with the sun.
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