DE4331425A1 - Solarmodul mit Lochplatte - Google Patents

Solarmodul mit Lochplatte

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Description

Die Erfindung betrifft eine Solarplatte mit photovoltaischen Solarzellen und einer darunter angeordneten Trägerplatte, die von Kunststoff umschlossen sind und eines die Solarplatte tragenden Dachziegels/Dachsteins.
Es ist bekannt, Solarmodule mit einer Glasscheibe als Trägerplatte über den Solarzellen herzustellen. Weiterhin ist bekannt, Trägerplatten unterhalb der Solarzellen ein­ zusetzen. Diese Trägerplatten werden mit Kunststoffmate­ rialien miteinander verklebt. In der Praxis zeigt sich, daß die Auswahl der Trägerplatten auf eine gute Verhaftung untereinander beschränkt ist. Trägerplatten aus Metall­ strukturen haben weiterhin den Nachteil, daß sie stromleitend sind und Isolationsprobleme auftreten können.
Weiterhin ist bekannt, auf der Oberseite eines Dachziegels eine Solarplatte zu befestigen. Hierbei hat es sich gezeigt, daß die Solarplatten häufig keine ausreichende Stabilität haben und die Dachziegel große Festigungstoleranzen besitzen, so daß die Solarplatten nicht genügend angepaßt werden können und damit entweder nicht genügend fest am Dachziegel sitzen oder aber nicht hineinpassen.
Aufgabe der Erfindung ist es Stabilität, Robustheit, Dichtigkeit und konstruktive Einfachheit einer Solarplatte der eingangs genannten Art zu verbessern.
Ferner ist es Aufgabe, einen Dachziegel/Dachstein mit Solarplatte so zu verbessern, daß auch bei großen Fertigungstoleranzen und fertigungsbedingtem Torsionsverzug des Dachziegels/Dachsteins die Solarplatte stets einen sicheren und genauen Halt findet.
Ferner ist es Aufgabe, die Gestaltung der Solarplatte den Bedürfnissen einer Wand- und Dachverkleidung anzupassen und zu verbessern.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trägerplatte eine Vielzahl von über die Fläche verteilte Öffnungen aufweist, durch die der Kunststoff hindurchreicht und dadurch ein unlösbarer Verbund entsteht.
Die gelochte Trägerplatte bietet in Verbund mit dem Kunststoff der Solarplatte einen optimalen Halt, so daß die Solarzellen sicher, dicht und bruchfrei gelagert sind.
Ein besonderer Vorteil der Trägerplatte besteht darin, daß Vertiefungen entsprechend der Geometrie der Solarzellen eingeprägt sind, in die die Solarzellen fixiert werden. Es wird damit erreicht, daß das über der Solarzelle befindliche Kunststoffmaterial eine glatte, ebene Fläche bildet.
Von besonderem Vorteil ist die Verrippung der Trägerplatte. Sie kann so gestaltet werden, daß eine wesentliche Versteifung der Trägerplatte erfolgt. Zum anderen dienen die Verrippungskanäle einer besseren Hinterlüftung der Trägerplatte und somit einer intensiveren Wärmeabfuhr von den Solarzellen. Außerdem können die Verrippungen so gestaltet werden, daß die Kabelführung hindurchgeht.
Vorteilhaft ist die Einstellung der Trägerplatten zu einem stark wärmeemittierenden System, damit die Wärme von den Solarzellen schneller abgeführt wird und somit der Wirkungsgrad des Solarsystems erhöht wird.
Die Trägerplatte kann vorteilhafterweise als Preß-Prägeteil oder über Extrusionstechnik als preiswertes Massenprodukt hergestellt werden.
Von besonderem Vorteil ist, daß über diese Massenproduktionstechniken Kabelführungen/-halterungen direkt mit an die Trägerplatte angeformt werden können und damit die Verlegung und Verbindung elektrischer Kabel einfach und fixiert erfolgt. Es werden lose herumhängende Verkabelungen vermieden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Trägerplatte seitlich Vorsprünge aufweist, um in Ausnehmungen eines Dachziegels/Dachsteins hineinzureichen.
Die seitlich vorstehenden, auf Grund der flexiblen Trägerplatte elastischen Vorsprünge der Solarplatte können sich an die unterschiedlichsten Maßabweichungen am Dachziegel/Dachstein anpassen, so daß stets ein sicherer und fester Halt gegeben ist. Hierbei passen die Solarplatten auch dann in den Dachziegel/Dachstein hinein, wenn die Innenabmessungen des Dachziegels- Dachsteins erheblich kleiner sind als vorgesehen und die Ausnehmung in den Dachziegeln/Dachsteinen verdreht verzogen sind.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Ausnehmungen eine Länge aufweisen, die ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes beträgt.
Eine weitere Ausführungsform zur Fixierung der Solarplatte in den Dachziegel/Dachstein besteht darin, daß Einführungsschlitze in die Ausnehmungen reichen, über die die Solarplatte in die Ausnehmungen ohne Verspannung eingeführt und fixiert wird.
Ein besonders dichter Halt der Solarplatte am Dachziegel/Dachstein wird dann erreicht, wenn an der Oberfläche der Vorsprünge eine Vielzahl von Mikrobehältern (Mikropheres) befestigt sind, die einen Klebstoff enthalten. Hierbei kann in den Mikrobehältern zum einen Teil eine erste Komponente und zum anderen Teil eine zweite Komponente eines Zweikomponentenklebers enthalten sein.
Das erfindungsgemäße Dachelemente Photovoltaic-System bringt eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Die Dächer können zunächst konventionell eingedeckt werden. Nachträglich können die Solarplatten in die Dachziegel eingedrückt und rutschsicher fixiert werden, die Energieversorgung schrittweise aufgebaut werden, ohne daß das Dach abgedeckt oder verändert werden muß.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist eine Solar-Schieferplatte, die als normales Wand- und Dachverkleidungselement auf die Dächer und Wände als Schutz gegen Witterungseinflüsse genagelt wird.
Diese Solar-Schieferplatten sind in den gleichen Größen der handelsüblichen Wandverkleidungselemente hergestellt und damit mit den traditionellen Systemen kompatibel.
Die Solarzellen sind so angeordnet, daß sie in den überlappungsfreien, offenen Zonen der Solar-Schieferplatte angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist die Solar-Schieferplatte, da sie in Doppelfunktion als Schutz und Energiegewinnungsverkleidung fungiert, keinerlei Aufständerungssysteme benötigt und die Kosten der handelsüblichen Schieferplatte damit verrechnet werden können und somit ein preiswertes Solarsystem darstellt.
In der Solarplattentechnik mit gelochter und verrippter Trägerplatte lassen sich sehr preiswert ebenfalls normale Photovoltaic-Module herstellen. Die rahmenlosen Solarmodule lassen sich auf den Unterbau nageln oder verschrauben. Durch den Fortfall der metallischen Rahmung werden die üblichen Korrosionsprobleme vermieden sowie Blitzeinschläge verhindert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist die Photovoltaic-Jalousie. Die Trägerplatte wird vorteilhafterweise endlos so extrudiert, daß sie in der konstruktionsüblichen Wölbung mit Vertiefungen hergestellt ist, in die Solarzellen eingesetzt werden. Rückseitig sind Kanäle eingearbeitet, die die Kabel aufnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Schnitt durch den Aufbau einer Solarplatte,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Trägerplatte,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Solarplatte mit Verrippung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Solarplatte nach Fig. 5
Fig. 5 einen Schnitt durch den Dachziegel/Dachstein in einer ersten Ausführung,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform,
Fig. 7 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform,
Fig. 8 eine Draufsicht einer dritten Ausführung,
Fig. 9 eine Draufsicht Bajonettverschluß,
Fig. 10 eine Draufsicht auf ein Solarjalousieblatt
Fig. 11 einen Schnitt durch das Jalousieblatt,
Fig. 12 eine Draufsicht auf die Solarplatte in üblicher Solarzellenanordnung,
Fig. 13 Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform (Schiefer-Verkleidungsplatte).
Ein Dachziegel/Dachstein, im folgenden nur noch Dachziegel 17 genannt, besteht aus Ton, Keramik, Beton oder Kunststoff und weist eine nach oben hin offene Vertiefung 18 auf, so daß der Dachziegel 17 einen U-förmigen Querschnitt großer Breite besitzt, dessen freie Schenkel nach außen abgewinkelt sind, um die traditionellen, verzahnenden, verpfalzenden Überlappungen zu schaffen.
In den seitlichen Innenrändern 29 der Vertiefung 18 sind einzelne Ausnehmungen 19 eingebaut, in denen Vorsprünge 15, 21 einer Solarplatte 14 einliegen. Die Solarplatte 14 deckt damit die Oberseite der Vertiefung 18 vollständig ab, wobei die Solarplatte 14 Solarzellen (photovoltaische Elemente) 4 aufweist, die von einer darunter liegenden Trägerplatte 8 gestützt sind.
An der Außenseite der Solarplatte 14 sind an beiden Längsseiten Vorsprünge 15, 21 angeordnet, die an der Trägerplatte 8 angeformt sind. Die Vorsprünge 15, 21 erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des Seitenrandes der Trägerplatte 8, sondern jede Seite der Trägerplatte weist zwei oder mehr einzelne Vorsprünge 15 auf, die in entsprechend geformten einzelnen Ausnehmungen der Innenränder bzw. Innenseitenwänden des Dachziegels 17 formschlüssig einliegen.
Damit weisen die Ausnehmungen 18 eine Länge auf, die nur ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes 29 betragen. Hierbei können die Ausnehmungen 19 Nutenabschnitte, Langlöcher, Taschen und/oder Bohrungen sein.
Durch die spezielle Anordnung der Vorsprünge 15 und die Flexibilität der Solarplatte und der Trägerplatte entsteht die Feder-Klemmwirkung zur Fixierung der Solarplatte 14 an dem Dachziegel. In einer Ausführungsform liegen die Vorsprünge in Bajonett-Verbindung ähnlichen Längsausnehmungen an der Unterstützungskonstruktion insbesondere eines Dachziegels/Dachsteins einliegen.
An der Unterseite der Solarplatte 14 ist an die Trägerplatte 8 und die unterste Kunststoffschicht 9 eine Kabelhalterung 20 nach unten vorstehend angeformt, wobei sowohl an der unteren Schmalseite, als auch an der oberen Schmalseite je eine Kabelhalterung sich an der Solarplatte 14 befindet.
Die als Lochplatte ausgeführte Trägerplatte 8 besteht aus Kunststoff insbesondere mit Glasfasern und/oder Metall und weist eine Vielzahl von kreisrunden Öffnungen 25 auf, die in gleichen Abständen angeordnet sind. Durch die Öffnungen 25 tritt ein Schmelzkleber-Kunststoff 9, hindurch, der zu beiden Seiten an der Trägerplatte anliegt. Hierbei hat die Solarplatte folgenden in Fig. 1, 2, 3 gezeigten Aufbau:
  • - Als oberste Schicht 1 ein transparenter, hochlicht­ durchlässiger Kunststoff 1 (insb. Acryl oder Teflon),
  • - darunter ein Glasfasergewebe oder Vlies 2 mit angeglichenem Brechungsindex,
  • - darunter eine Schicht 3 aus hochtransparentem Kunststoff wie Schicht 1,
  • - darunter Solarzellen 4, die insbesondere von transparentem Schmelzkleber umgeben sein können,
  • - darunter eine innere Schmelzkleberschicht 5, die transparent oder farbig ausgelegt sein kann,
  • - darunter eine Distanzhalterung 6 (die entfallen kann, wenn die Trägerplatte nichtleitend ist (GFK etc.)),
  • - darunter eine weitere innere Schmelzkleberschicht 7 (die entfällt, wenn Schicht 6 entfällt),
  • - darunter eine flexible Trägerplatte 8, die eingefärbt sein kann,
  • - darunter eine unterste transparente oder farbige Schmelzkleberschicht 9.
Die beiden Schmelzkleberschichten 7, 8 sind in ihrem Material durch die Öffnungen 25 der Trägerplatte 8 hindurch miteinander stofflich verbunden, so daß ein inniger Verbund gegeben ist. Die gesamte Solarplatte bildet somit eine Verbundschichtplatte hoher Festigkeit und Beständigkeit, in der auch die Solarzellen im Kunststoff allseitig eingeschlossen sind.
Die Trägerplatte 8 aus Kunststoff oder Metall weist seitliche Vorsprünge 15 auf, um in Ausnehmungen 19 eines Dachziegels/Dachsteins 17 hineinzureichen.
Diese seitlichen Vorsprünge 15 sind ebenfalls allseitig von dem Kunststoff umschlossen.
Beim Einsetzen der Solarplatte kann diese von Hand etwas gebogen werden, wodurch sie sich in ihrer Breite verkürzt, so daß die Vorsprünge 15 leicht in die Ausnehmungen 19 gelangen insbesondere einrasten können.
In der Ausführung nach Fig. 3 weist die Trägerplatte Rippen 11 auf, die an der Unterseite Kanäle 12 bilden, in die elektrische Leitungen 13 gelegt werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform 27, 28 der Solarplatte als normale Photovoltaic-Module oder Schieferplatte befinden sich in der äußeren Randzone Löcher 26 zur Befestigung der Solarplatte auf Unterstützungskonstruktionen insbesondere ohne Nägel und Schrauben.
Die Solarplatte kann als Jalousieblatt 23 mit Solarzellen 4 ausgeführt werden, wobei die notwendige Wölbung 24 der Solarplatte als Jalousieblatt durch das Extrusionswerkzeug eingestellt werden kann.

Claims (24)

1. Solarplatte mit photovoltaischen Solarzellen (4) und einer darunter angeordneten Trägerplatte (8), die von Kunststoff (1, 3, 5, 7, 9) umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) eine Vielzahl von über die Fläche verteilte Öffnungen (25) aufweist, durch die der Kunststoff hindurchreicht.
2. Solarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Schmelzkleber insbesondere eine Schmelzkleberfolie ist.
3. Solarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein ein reaktionsfähiges Harz ist.
4. Solarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff die Solarzellen (4) allseitig umgibt.
5. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (4) an der Oberseite von einer transparenten, hochlichtdurchlässigen Kunststoffschicht (1, 3) abgedeckt sind.
6. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obersten Schichten (1, 3) eine transparente Glasfaser (2) mit gleichem Brechungsindex wie das Material der beiden äußeren Schichten (1, 3) sind.
7. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Solarzellen eine Glasfaserschicht (2) aus Gewebe oder Vlies angeordnet ist.
8. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der äußeren Schutzschicht strukturiert ist.
9. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) aus Kunststoff oder Metall besteht.
10. Solarplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der Trägerplatte (8) mit Glasfasern verstärkt ist.
11. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) Rippen (11) aufweist.
12. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) eingefärbt ist.
13. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) mit wärmeleitendem Material insbesondere Schiefermehl gefüllt ist.
14. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) flexibel ist.
15. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) seitlich Vorsprünge (15) aufweist, um in Ausnehmungen (19) eines Dachziegels/Dachsteins (17) hineinzureichen.
16. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (8) seitlich insbesondere gebogene Vorsprünge (21) aufweist, um federnd in Ausnehmungen (19) eines Dachziegels/Dachsteins (17) hineinzureichen.
17. Dachziegel/Dachstein (1) zur Aufnahme einer Solarplatte (6) nach einem der vorherigen Ansprüche aus einer vollflächigen Platte aus Ton, Keramik, Beton oder Kunststoff dadurch gekennzeichnet, daß die Solarplatte mit ihren auf gegenüberliegenden Seiten pro Seite zwei oder mehr einzelnen Vorsprüngen (15) in entsprechend geformten einzelnen Ausnehmungen (19) der Innenränder (18) des Dachziegels/Dachsteins formschlüssig einliegt, wobei die Ausnehmungen (19) am Seitenrand des Dachziegels/Dachsteins seitlich angeordnet sind.
18. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in BaJonett-Verbindung ähnlichen Längsausnehmungen an der Unterstützungskonstruktion insbesondere eines Dachziegel/Dachsteins einliegen.
19. Dachziegel/Dachstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (19) eine Länge aufweisen, die ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes (18) beträgt.
20. Solarplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Vorsprünge (15,21) eine Vielzahl von Mikrobehältern (Mikrospheres) (16) befestigt sind, die einen Klebstoff enthalten.
21. Solarplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mikrobehältern (16) zum einen Teil eine erste Komponente und zum anderen Teil eine zweite Komponente eines Zweikomponentenklebers enthalten sind.
22. Verwendung einer Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als nagelbares Solar-Bauelement ohne Rahmen für Außenwand oder Dach.
23. Verwendung einer Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Jalousie.
24. Verwendung einer Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Schilder.
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