DE4411458C2 - Dachpfanne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dachpfanne aus einer Platte aus Ton, Keramik, Beton, Faserzement oder Kunststoff als Träger einer an der Oberseite befe­ stigten Solarplatte mit photovoltaischen Solarzellen, wobei die Solarplatte zumindest mit zwei einander gegenüberliegenden Seiten an der Oberseite der Dachpfanne formschlüssig an den Innenrändern einer Dachpfannen-Ver­ tiefung befestigt ist.

Es ist aus der EP 0440 103 A2 bekannt, auf der Oberseite eines Dachziegels eine Solarplatte zu befestigen. Hierbei hat es sich gezeigt, dass die Dach­ ziegel große Fertigungstoleranzen 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, eine Dachpfanne mit Solarplatte so zu ver­ bessern, dass auch bei großen Fertigungstoleranzen der Dachpfanne die Solarplatte stets einen sichern und genauen Halt findet, ohne die Solarzel­ len beim Einbau zu beschädigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die seitlich vorstehenden, elastischen Vorsprünge der Solarplatte können sich an die unterschiedlichsten Maßabweichungen der Dachpfanne anpassen, so dass stets ein sicherer und fester Halt gegeben ist. Hierbei passen die Solarplatten auch dann in die Dachpfanne hinein, wenn die Innenabmessun­ gen der Dachpfanne erheblich kleiner sind als vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ausnehmungen eine Länge aufweisen, die ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes beträgt. Auch können die Ausnehmungen Nutenabschnitte, Langlöcher, Taschen und/oder Bohrun­ gen sein. Auch sollten die Vorsprünge von einem Rahmen getragen oder gebildet, insbesondere an einem Rahmen angeformt sein, der die Solarzelle(n) umgibt.

Von größtem Vorteil ist es, wenn die Vorsprünge schräg nach unten an der Solarplattenunterseite vorstehen.

Hierdurch sind die Vorsprünge sehr tief an der Solarplatte angeordnet, so dass sie verhältnismäßig niedrig am Dachstein Halt finden und damit das Modul selber hoch im Dachstein sitzt, so dass die Oberseite der Solarplat­ te mit der Oberseite des Dachsteins fluchten kann und somit sich Schmutz nicht in Rändern und Vorsprüngen absetzen kann.

Eine sichere Abdichtung wird erreicht, wenn am oberen Rand des Rahmens seitlich ein Zungenlängsprofil vorsteht, das an der Dachpfanne dichtend anliegt.

Ein besonders dichter Halt der Solarplatte an der Dachpfanne wird dann erreicht, wenn an der Oberfläche der Vorsprünge eine Vielzahl von Mikro­ behältern (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 Zweikomponentenkle­ bers enthalten sein.

Eine besonders gute Verbindung und optimaler Halt des photovoltaischen Elementes im Rahmen der Solarplatte wird dann erreicht, wenn zwischen dem photovoltaischen Element und dem Rahmen ein nicht metallisches, ela­ stisches Material, insbesondere Silikon eingebracht ist, das nach seinem Aushärten eine wasserdichte Verbindung bildet. Hierbei geht das Silikon eine chemische Verbindung zum Glas des photovoltaischen Elementes als auch zum Kunststoff, insbesondere Silikon des Rahmens ein. Dies führt dazu, dass ein unlöslicher Halt geschaffen wird, der die Solarzellen vor dem Eindringen von korrosiven Atmosphärrien schützt.

Durch die Anphasung der Glasscheibe der Solarplatte und einem Übergrei­ fen des härtbaren Kunststoffes insbesondere Silikon wird ein besonderer Kantenschutz der bruchempfindlichen gehärteten Glasscheibe erreicht.

Der Rahmen bildet mit der Glasscheibe eine glatte Ebene. Durch diese An­ ordnung kann Regenwasser ohne Stau glatt ablaufen, ohne dass sich Schmutzpartikel im Randbereich der Solarplatte ansammeln können. Die Lichtdurchlässigkeit der Glasscheibe der Solarplatte bleibt erhalten und eine Langzeitsauberkeit wird gewährt. Ein Reinigen der Solarplatte ent­ fällt.

Das erfindungsgemäße Dachelemente Photovoltaic-System bringt eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Die Dächer können zunächst konventionell ein­ gedeckt werden. Nachträglich können die Solarplatten in die Dachziegel eingedrückt und rutschsicher fixiert werden, die Energieversorgung schrittweise aufgebaut werden, ohne dass das Dach abgedeckt oder verän­ dert werden muß.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest an einer, insbesondere an beiden der zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Solarplatte ein Profil befestigt ist, das mindestens einen nach unten weisenden elasti­ schen Schenkel aufweist, dessen Ende den oder die Vorsprünge bildet, die einschnappend in mindestens einer Ausnehmung der Dachpfannen-Vertiefung einliegen. Hierdurch wird auch über lange Zeit ein sicherer Halt der So­ larplatte erreicht. Insbesondere wenn das Profil aus Edelstahl oder Alumi­ nium ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Einen Schnitt durch die Dachpfanne.

Fig. 2: Eine Draufsicht und Seitenansicht der Dachpfanne.

Fig. 3: Einen Schnitt durch den seitlichen Rand der Solarplatte im Be­ reich einer Längsseite.

Fig. 4: Einen Schnitt durch den seitlichen Rand der Solarplatte im Be­ reich einer Schmalseite mit angeformter Kabelhaltung.

Fig. 5: Einen Schnitt durch den seitlichen Rand der Solarplatte im Be­ reich einer Schmalseite mit angeformter Kabelhaltung.

Fig. 6: Einen Schnitt durch die Solarplatte nach Fig. 5.

Fig. 7: Einen Schnitt durch eine Ausführung, bei der die Trägerplatte der Solarplatte die seitlichen elastischen Vorsprünge bildet.

Fig. 8: Einen Schnitt durch die Dachpfanne in einer dritten Ausführung mit Halteprofilen aus Metall.

Fig. 9: Einen Schnitt durch die Dachpfanne in einer vierten Ausführung mit Halteprofilen aus Metall.

Fig. 10: Die Unterseite der dritten oder vierten Ausführung mit Verstei­ fungsrippen und

Fig. 11: die Oberseite der dritten oder vierten Ausführung mit schwächen­ den Vertiefungen.

Eine Dachpfanne, im folgenden nur noch Dachziegel 1 genannt, besteht aus Ton, Keramik, Beton oder Kunststoff und weist eine nach oben hin offene Vertiefung 2 auf, so dass der Dachziegel 1 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 3 der Vertiefung 2 sind einzelne Ausneh­ mungen 4 eingebracht, in denen Vorsprünge 5 der Solarplatte 6 einliegen. Die Solarplatte 6 deckt damit die Oberseite der Vertiefung 2 vollständig ab, wobei die Solarplatte 6 mit Solarzellen (photovoltaische Elemente) 7 besteht, die von einem Rahmen 8 rundum umgeben sind.

An der Außenseite des rechteckförmigen Rahmens 8 sind an beiden Längs­ seiten die Vorsprünge 5 angeformt, die aus einem wichen Material, insbe­ sondere aus einem weichen Kunststoff (Silikon) bestehen. Der Rahmen 8 kann aus dem gleichen Material gefertigt sein. Die Vorsprünge 5 erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des Seitenrandes des Rahmens 8, son­ dern jede Seite des Rahmens weist zwei oder mehr einzelne Vorsprünge 5 auf, die in entsprechend geformten einzelnen Ausnehmungen der Innenrän­ der bzw. Innenseitenwänden formschlüssig einliegen.

Damit weisen die Ausnehmungen 4 eine Länge auf, die nur ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes 3 betragen. Hiebei können die Ausneh­ mungen 4 Nutenabschnitte, Langlöcher, Taschen und/oder Bohrungen sein.

Die Vorsprünge 5 erstrecken sich am unteren Rand seitlich nach außen schräg nach unten in einem Winkel von ca. 45 Grad, so dass der Rahmen 8 so hoch im Dachziegel 1 liegen kann, dass oberhalb der Solarplatte 6 keine Vertiefung oder nur eine Vertiefung geringerer Höhe besteht. Durch diese Anordnung wird die Abschattung des Dachziegelrandes auf die Solarplatte vernachlässigbar gering, so dass der direkte Lichteinfall auf die Solarzel­ len auch bei schräg niedrig stehender Sonne gewährleistet ist.

Durch die spezielle Anordnung der Vorsprünge 5 unterhalb der Solarplatte 6 entsteht die Feder-Klemmwirkung zur Fixierung der Solarplatte 6 an den Dachziegeln.

Am oberen Rand des Rahmens 8 ist ein zungenförmiges Längsprofil 9 ange­ formt, dass seitlich etwa waagerecht vorsteht und am Innenrand 3 oben dichtend anliegt. An der Oberfläche des Vorsprungs 5 kann eine Vielzahl von Mikrobehältern befestigt sein, die einen Klebstoff enthalten. Hierbei können die Mikrobehälter zum einen Teil eine erste Komponente und zum anderen Teil eine zweite Komponente eines Zweikomponentenklebers enthal­ ten, so dass nach Eindrücken des Vorsprungs 5 in die Ausnehmung 4 die Mikrobehälter zerplatzen, deren Inhalt sich vermischt und einen schnell festwerdenen Kleber bilden.

Zwischen den photovoltaischen Elementen bzw. Solarzellen 7 und den Rah­ men 8 befindet sich ein nichtmetallisches elastisches Material, insbesonde­ re ein Kunststoff (Silikon) 10, das nach seinem Aushärten eine wasserfeste Verbindung zwischen diesen Teilen an ihren Rändern bildet und hiermit auch chemische Verbindungen mit diesen Rändern eingeht.

Eine besonders gute Haftung des Rahmens 8 an der Solarplatte 6 wird da­ durch erreicht, dass die zum Licht gerichteten oberen Kanten 14 der Glas­ scheibe 13 der Solarplatte 6 schräg angephast sind, so dass der chemisch reagierende Kunststoff (Silikon) 10 über die Glasscheibe greift und somit eine festere Verbindung des Rahmens 8 mit der Solarplatte 6 erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch dieses Übergreifen des Kunststoffes 10 über die Glasscheibenkante 13 ein Kantenschutz gegen mechanische und chemische Angriffe gewährleistet ist. Dies ist umso wich­ tiger, da die Glasscheibe gehärtet ist und sehr stoßempfindlich ist.

Durch diese Rahmenanordnung 8 bis 10 wird erreicht, dass Regenwasser glatt abfließen kann und keine schmutzbildenden Partikel im Randbereich abgelagert werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber allen be­ kannten Rahmungen von Solarplatten.

An der Unterseite der Solarplatte 6 ist am Rahmen 8 eine Kabelhalterung 11 nach unten vorstehend angeformt, wobei sowohl an der unteren Schmal­ seite, als an der oberen Schmalseite je eine Kabelhalterung sich an der Solarplatte 6 befindet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 bis 4 dadurch, dass die Vorsprünge 5 eine ballige Außenform haben, deren Hauptachse (Längsachse) waagerecht liegt. Diese Vorsprünge sind besonders flexibel, wenn sie aus einem sehr weichen Material wie z. B. Moosgummi sind und/oder sie sind innen hohl (Hohlkörper, Hohlprofil), wie dies in den Fig. 5 und 6 auf der linken Seite gezeigt ist.

Wie in Fig. 11 dargestellt, kann die Trägerplatte 6a der Solarplatte aus einem biegsamen Material bestehen, an dem hakenförmige Teile 5 zu beiden Seiten vorstehen, um federnd in den Ausnehmungen 4 der Dachpfanne ein­ zurasten.

Durch Eindrücken des Polymer-PV.-Moduls werden die federnden Haken nach innen über die Adaptionsgeometrie gebogen und rasten anschließend in die entsprechenden Vertiefungen in den Dachelementen ein.

Über die Armlänge wird der Federweg der Schnappverbindungen bestimmt, über die Biegestellen wird die Wölbung des Polymer-PV.-Moduls erzeugt.

Die Biegekräfte werden durch die Verrippung von den Solarzellen abgehal­ ten. Die Vorspannung in dem Dachelement wird über die leichte Übergröße der Trägerplatte in dem Dachelement erzeugt.

Durch die Geometrie der Schnappverbindung in Kombination mit den Schwach-Biegestellen wird der PV.-Modul bei leichter Übergröße immer nach oben leicht gewölbt.

Auf einer glasfaserverstärkten Trägerplatte 6a aus Keramik, Beton oder Glas werden Solarzellen fixiert. Zwischen den Solarzellen werden Einker­ bungen 20 in die Trägerplatte 6a eingearbeitet, so dass an diesen schwä­ cheren Stellen 20 die Trägerplatte gebogen werden kann, ohne dass die Biegekräfte die Solarzellen schädigend verbiegen. Ein Verbiegen der Solar­ zellen wird auch dadurch verhindert, dass sich unter den Solarzellen tor­ sionsfeste Verrippungen 21 befinden. Zwischen den Solarzellen ist die Trä­ gerplatte so dünnwandig, dass sie gebogen werden kann (Durchwölbung nach innen).

Zumindest an einer, insbesondere an beiden, der zwei einander gegenüber­ liegenden Seiten der Solarplatte ist ein Profil 17 befestigt, das mindestens einen nach unten weisenden elastischen Schenkel 18 aufweist, dessen Ende den oder die Vorsprünge 19 bildet, die einschnappend in mindestens einer Ausnehmung der Dachpfannen-Vertiefung einliegen. An der Trägerplatte sind damit Adaptionszungen bzw. federnde Haken, insbesondere als Profile als Schnappverschlüsse befestigt, die in die Vertiefungen der Dachziegel bei Durchwölbung einrasten. Bei Entspannen der Durchwölbung bleibt der Polymer-Modul unter leichter Spannung in dem Dachziegel. Hierbei weist das Profil 17 in seinem oberen Bereich eine Ausnehmung, insbesondere eine Längsnut (Längskanal) 16 auf, in der der Seitenrand der Solarplatte insbe­ sondere formschlüssig einliegt. Das Profil 17 ist aus Metall, insbesondere Edelstahl oder Aluminium.

Die Zungen sind so konstruiert, dass sie sich während des Eindrückens des Moduls wölben können. Die leichte Spannung der Trägerplatte, verbunden mit einer geringen Wölbung gleicht Toleranzen der Dachziegel aus. Durch ein geringes Verdrehen der Trägerplatte lassen sich Verwindungstoleranzen unter den Adaptionsnuten ausgleichen. Das blau angelassene V4A- Federelement rastet in die Adaptionsgeometrie der Dachpfanne ein. Das Federelement wird in Vertiefungen der Trägerplatte geschoben und bei dem anschließenden Lamminierungsvorgang fest fixiert.

Dachziegel aus Ton werden gebrannt und haben produktionsbedingt in allen Achsen Toleranzen. Diese werden durch die konstruktionsbedingte Ausfüh­ rung der Trägerplatte ausgeglichen. Die Trägerplatte mit den Solarzellen wird hermetisch in Fluorpolymer-Kunststoff eingeschmolzen. Durch chemi­ sche Haftvermittler und durch Löcher in der Trägerplatte wird ein unlösli­ cher Verbund chemisch und mechanisch zwischen dem Trägermaterial und den Solarzellen geschaffen.

Die Ummantelung der Stromkabel ist im Außenbereich aus dem gleichen Polymer wie das dem Modul einschließenden Polymer. Dadurch wird erre­ icht, dass eine mechanisch-ausreißfeste und witterungsbeständige, korrosi­ onsfeste elektrische Verbindung geschaffen wird.

Folgendes Merkmal ist bei der Dachpfanne besonders vorteilhaft:

Die Zungen an der Trägerplatte rasten in die Adaptionsgeometrien der Dachelemente so ein, dass eine leichte Spannungswölbung den PV.-Modul so an den Dachziegeln adaptiert, dass Fertigungstoleranzen des Dachelementes in Längs-, Quer- und Verwindungsebenen ausgeglichen werden. Die Adapti­ onsgeometrie der Trägerplatte ist somit eine federnde Konstruktion (Schnappverbindung).

Claims (19)

1. Dachpfanne (1) aus einer Platte aus Ton, Keramik, Beton, Faserzement oder Kunststoff als Träger einer an der Oberseite befestigten Solar­ platte (6) mit photovoltaischen Solarzellen (7), wobei die Solarplatte (6) zumindest mit zwei einander gegenüberliegenden Seiten an der Obersei­ te der Dachpfanne formschlüssig an den Innenrändern (3) einer Dach­ pfannen-Vertiefung (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5, 19) aufgrund ihrer Eigenelastizität in Ausnehmungen (4) der Dachpfannen-Vertiefung (2) einschnappend formschlüssig gehalten sind.

2. Dachpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solar­ platte (6) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten pro Seite zwei oder mehr einzelne Vorsprünge (5) aufweist, die in entsprechend ge­ formten einzelnen Ausnehmungen (4) der Innenränder (3) formschlüssig einliegen.

3. Dachpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausneh­ mungen (4) am unteren Seitenrand der Dachpfanne seitlich einliegen.

4. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorsprünge (5) aus einem elastischen Material insbe­ sondere Gummi oder weichem Kunststoff bestehen.

5. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Ausnehmungen (4) eine Länge aufweisen, die ein Bruchteil der Gesamtlänge des Innenrandes (3) beträgt.

6. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Ausnehmungen (4) Nutenabschnitte, Langlöcher, Ta­ schen und/oder Bohrungen sind.

7. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorsprünge (5) von einem Rahmen (8) getragen oder gebildet, insbesondere an einem Rahmen angeformt sind, der die Solar­ platte (6) umgibt.

8. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorsprünge (5) schräg nach unten an der Solarplat­ tenunterseite vorstehen.

9. Dachpfanne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Rand des Rahmens (8) seitlich ein Zungenlängsprofil (9) vor­ steht, das an der Dachpfanne (1) dichtend anliegt.

10. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an der Oberfläche der Vorsprünge (5) eine Vielzahl von Mikrobehältern (Mikropheres) (12) befestigt sind, die einen Klebstoff enthalten.

11. Dachpfanne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mikrobehältern (12) zum einen Teil eine erste Komponente und zum an­ deren Teil eine zweite Komponente eines Zweikomponentenklebers ent­ halten sind.

12. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen dem photovoltaischen Element (7) und dem Rah­ men (8) ein nicht metallisches, elastisches Material (10), insbesondere Silikon eingebracht ist, das nach seinem Aushärten eine wasserdichte Verbindung bildet.

13. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Glasscheibe (13) der Solarplatte (6) an den zum licht­ zugewandten Kanten (14) ringsherum angephast ist.

14. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorsprünge (5) von einem Hohlkörper insbesondere einem Hohlprofil aus elastischem Material gebildet sind.

15. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Vorsprung einen ovalen Querschnitt besitzt.

16. Dachpfanne nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zumindest an einer, insbesondere an beiden, der zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Solarplatte ein Profil (17) befe­ stigt ist, das mindestens einen nach unten weisenden elastischen Schenkel (18) aufweist, dessen Ende den oder die Vorsprünge (19) bil­ det, die einschnappend in mindestens einer Ausnehmung der Dachpfan­ nen-Vertiefung einliegen.

17. Dachpfanne nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (17) in seinem oberen Bereich eine Ausnehmung, insbesondere eine Längsnut (Längskanal) (16) aufweist, in der der Seitenrand der Solar­ platte insbesondere formschlüssig einliegt.

18. Dachpfanne nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Schenkel (18) sich über die gesamte Länge der Solarplatte erstreckt.

19. Dachpfanne nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, dass das Profil (17) aus Metall, insbesondere Edelstahl oder Alumi­ nium, ist.