EP1029206A1 - Sonnenkollektor - Google Patents

Sonnenkollektor

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Publication number
EP1029206A1
EP1029206A1 EP98942444A EP98942444A EP1029206A1 EP 1029206 A1 EP1029206 A1 EP 1029206A1 EP 98942444 A EP98942444 A EP 98942444A EP 98942444 A EP98942444 A EP 98942444A EP 1029206 A1 EP1029206 A1 EP 1029206A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collector
solar
solar collector
unit
active
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98942444A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gustav Rudolf Grob
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INTERCASE HOLDING
Original Assignee
ICEC AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ICEC AG filed Critical ICEC AG
Publication of EP1029206A1 publication Critical patent/EP1029206A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/69—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of shingles or tiles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
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    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
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    • Y02B10/20—Solar thermal
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Definitions

  • the present invention relates to a solar collector device according to the preamble of patent claim 1.
  • thermal collectors for converting solar radiation into heat
  • photovoltaic collectors for converting solar radiation into electrical energy.
  • a heat transfer medium for example a glycol water mixture
  • collector modules with a heat exchange chamber, through which the heat transfer medium flows, have proven their worth. Since the pressure prevailing in the chamber can be relatively high, ribbed plates are preferably used to form the chamber.
  • Photovoltaic collector modules generally consist of a flat carrier on which solar cells connected in parallel or in series are arranged. To protect against the effects of the weather, the solar cells are covered with a translucent protective element, usually with a film or a glass pane. Furthermore, solar module modules are known which combine both collector types in one housing. These sandwich-type solar module modules are highly efficient because the heat transfer medium is also used as a coolant for the solar cells. Such combined solar module modules are known, for example, from DE-A- '120' 943, DE-A-4'206'931 and DE-A-4 '222' 806. A relatively large, sunlit collector area is required for energy conversion by means of solar energy for both types of solar collectors.
  • the solar panel modules are preferably installed on roofs or integrated into the facades of buildings. Installation in inclined surfaces, for example in roofs, is to be preferred, since the choice of an ideal angle dependent on the degree of latitude maximizes the solar radiation acting on the solar collector.
  • the generally cuboid-shaped solar unit modules are placed in a checkerboard-like manner on a waterproof sub-roof area in accordance with the prior art, and the joints between the individual modules are sealed.
  • the individual modules are also connected to one another with conduit elements.
  • the modules according to the prior art have the disadvantage that their assembly is time-consuming and requires careful work, especially for the joint seals.
  • Each solar collector module has an active parallelepiped-shaped unit with thermal and photovoltaic collectors, which is structured as follows in the direction of solar radiation: Three flat glasses arranged one behind the other form two air or vacuum chambers, which are followed by a heat-exchange chamber of a first thermal collector, which is also translucent and carries a heat exchange medium. Behind this first thermal collector, the solar cells of a photovoltaic collector are arranged, the blackened back of which forms a thermal dark radiator. A second thermal collector is arranged behind the photovoltaic collector. A fastening unit is attached behind this active cuboid unit.
  • the solar collector module disclosed in DE-A-4 '210' 975 has the disadvantages of a complex, expensive, heavy and also not very pressure-resistant construction.
  • the solar collector device has only thermal collectors.
  • Each solar collector module is plugged together with adjacent solar collector modules arranged further up and down in the sloping roof, the plug connection simultaneously forming a connecting line for a heat transfer medium flowing through the thermal collectors.
  • the assembly is very easy. It will also no additional line coupling elements are required to connect the individual thermal collectors.
  • the fastening unit forms a cantilevered extension plate of the pluggable active collector unit
  • a shingle-like covering is present which forms a weather-resistant roof skin or facade without additional joint seals.
  • the solar module modules according to the invention can thus be used instead of roof tiles or shingles to cover a roof.
  • a good double covering is sufficient for the solar collector device according to the invention.
  • the individual solar module modules can preferably be mutually fixed with fastening means, the fastening units in one row being connectable to active collector units in the next but one upper row, so that an intermediate module connecting the heat exchange chambers of the upper and lower rows is transitions.
  • the fastening means are preferably snap elements such as resilient plastic hooks which engage past the solar collector modules of the row in between and the modules of the next row above. As a result, the individual modules can be anchored to one another without screw or rivet connections and without using any tools.
  • thermal collectors are preferably formed by heat exchange chambers, the opposite side surfaces of which contact one another in a punctiform manner. As with the ribbed sheet, this creates a pressure-resistant chamber. In contrast to the ribbed sheet, however, an improved wetting of the chamber walls and thus a better heat transfer is achieved.
  • the active collector unit has both thermal and photovoltaic collectors.
  • the photocells of the photovoltaic collector are preferably arranged on the sunlit front of the thermal collector, the electrical lines being protected on the fastening unit. This arrangement makes it possible to use simple electrical connecting elements, which are also attached to the fastening unit.
  • Figure la is a view of an inventive solar collector module from above;
  • Figure lb is a view of the solar panel module according to Figure la from below;
  • Figure 2 shows a longitudinal section through the solar panel module according to Figure la along A-A and shown with broken lines a longitudinal section along B-B;
  • FIG. 3 shows a view of solar collector modules assembled to form a solar collector device
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the solar collector device according to FIG. 3;
  • FIG. 5a shows a view of a solar collector module according to the invention with serial wiring from above, the wiring being shown in broken lines;
  • FIG. 5b shows a view of a solar collector module according to the invention with parallel cabling from above, the cabling being shown in broken lines;
  • FIG. 6 shows a view of solar collector modules assembled to form a solar collector device in accordance with a further embodiment of the invention.
  • the inventive solar collector module according to the figures la, lb, 2, 5a and 5b has a support plate 1, which is divided into an upper and a lower section.
  • the upper section forms a fastening plate or fastening unit 2
  • the lower section is part of an active collector unit 3 with thermal 30 and photovoltaic collectors 31.
  • the carrier plate 1 is essentially flat and rectangular and consists of a metal, preferably of chromium steel.
  • the fastening unit 2 has an upper edge 20 which is at least approximately perpendicular to the roof surface. opposite front is bent. Furthermore, fastening bores 21 for fastening the fastening unit to a building surface, for example to roof battens or to the facade, are provided in the region of the upper edge.
  • the active collector unit comprises at least one, here two separate, adjacent thermal collectors 30 and at least one photovoltaic collector 31.
  • the thermal collector 30 has a heat exchange chamber 301, which is formed by the carrier plate 1 on the one hand and a wetting plate 302 attached to it in a fluid-tight manner .
  • the wetting plate 302 is preferably also made of chrome steel. It can be formed by a rib plate welded onto the carrier plate 1 or, as shown here, by a profiled plate welded on in a punctiform manner.
  • the spot welding points are designated in the figures with the reference number 303.
  • the rear side of the active collector unit 3 and thus the wetting plate 302 are provided with thermal insulation 4, preferably foamed, for which purpose the curved lower edges 37 offer retention.
  • Connections that flow into the heat exchange chamber 301 of the thermal collector serve as connecting elements to neighboring solar collector modules.
  • the sockets 34 have a weatherproof seal, preferably one Provided plastic molded part 35, which ensures tightness even in the event of heat-affected dilatation of the modules.
  • the pin can also be arranged on the back of the support plate and the nozzle on the front.
  • this weather-resistant seal consists of a rubber ring with a U-shaped cross section, which has an integrated metal spring element.
  • This spring element is held in the U-shaped groove, the opening of which is directed towards the heat exchange chamber. When pressurized, the spring element spreads the rubber ring and presses its side walls onto one connection each.
  • the photovoltaic collector 31 is arranged on a front side of the carrier plate 1 facing away from the roof surface and essentially consists of solar cells 310 which are fastened to the carrier plate 1 via a dielectric but heat-conducting layer. Electrical lines 311 are laid on the front side of the fastening unit 2 and end at the side edges thereof in plug elements 312. On each fastening unit 2 there is a male plug element on one side edge and a female part on the opposite edge.
  • the electrical connecting elements 313, 314 are shaped such that the electrical connection can be closed or opened by moving a module vertically to the plane of the carrier plate 1. It is obvious to the person skilled in the art that this type of contact connection can be established by means of contact knives or other advantageously spring-loaded contact connections. However, it is necessary to establish an electrical connection with neighboring ones Solar collector modules of the same series, the positioning of the contact elements 313, 313 'and 314, 314' in the horizontal and the vertical is coordinated. This ensures that the neighboring modules in a row are electrically connected to each other and that a possibly damaged module can be easily replaced or removed and reinstalled after the repair.
  • the cabling 311, 311 'of the photovoltaic elements 310 can be designed for a series or parallel connection of the adjacent modules. In the case of a series connection, it would suffice to accommodate the lines 311 and the electrical connecting elements 313 and 314 on the module and to close the circuit apart from the modules. This would reduce the production costs of the collector modules.
  • the solar cells 310 are covered by a translucent film 5, which preferably extends at least partially over the electrical connection lines 311 and in the area of the solar cells 310 to the lower curved edges 37 of the carrier plate 1 and at least partially through the foamed thermal insulation 4 is covered and thus fixed.
  • FIGS. 3 and 4 show a detail with a middle row I, an upper row II and a lower row III. A second and a third solar collector module b of the next row II can be plugged onto a first solar collector module a of the middle row I, only the second being drawn here.
  • the sockets 34 of the second and third solar module b coming to lie above are placed over the pin 33 of the middle first module a, whereby a tight connection line is established between the thermal collectors, the direction of flow preferably being by means of pumps or by a siphon effect from bottom to top.
  • the first module a can be plugged onto a fourth and fifth solar collector module c of a lower row III.
  • the connections 33, 34 are preferably arranged at a distance from one another in such a way that the modules of a row touch one another.
  • the active collector units 3 overlap in a small section, but the photovoltaic collector 31 is not covered.
  • the individual photovoltaic collectors 31 are electrically connected via the plug elements 312, which connect adjacent modules of the same row to one another.
  • the length of the fastening unit 2 is dimensioned such that it extends from the lower module row III over the middle module row I to the next but one upper module row II.
  • the collector modules of the rows III, I and II thus overlap three times in connection areas V. In these areas V, V, V ', the modules are connected to one another in a positive or non-positive manner.
  • the hook-shaped snap elements 6 penetrate the hook passage cutouts 22 of the next module row and are detachably hooked into the hooking profiles 32 of the next module row after that.
  • the mechanical securing of the connection between connecting piece 34 and pin 33 of two directly superimposed modules of layers I and II thus takes place indirectly via the form-fitting connection between modules of layers III and II.
  • the height of the hook 6 is dimensioned such that, for example, the upper one Bending 20 of the module of position III can act as an abutment, and bending of the module of the row I is counteracted.
  • FIGS. 1 a, 1 b, 2 and 3, FIG. 2 showing that at least one mounting profile 24 is attached to the mounting unit 2.
  • a mounting profile 24 which is arranged centrally in the region of the upper edge.
  • em hook-shaped snap element 6 can be inserted, which preferably consists of a resilient, weather-resistant molded plastic part. Its meaning is explained in more detail below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the fastening unit has side hook bushings 22 in the form of notches.
  • At least one hooking profile 32 is arranged on the back of the active collector unit 3. In this example, it is located in the lower area in the middle between the two thermal collectors 30.
  • the hooking profile 32 and the mounting profile 24 are preferably ⁇ profiles.
  • the directly superimposed collector modules can also be connected to one another in a form-fitting manner in the connection area V, as is shown in FIG. 6.
  • the connecting elements can be attached where the hydrostatic forces, which arise from the system pressure or from heating and the resulting expansion of the heat exchange medium, could loosen the connection between the active collector units 3.
  • the immediate vicinity between connecting piece 34 and pin 33 can take up the forces where they arise and thus counteract them effectively.
  • two mechanical connections are made.
  • connection elements 601, 602 connect the fastening part 2 of the module c located in the lower row III to the active unit of the module a located directly above it.
  • the connecting element of the lower module c can advantageously be formed by the upper edge 20. For this purpose, it has cutouts into which the connecting elements 601 of the module above it can hook or snap into place. The hooking or snapping takes place approximately horizontally to the level of the support plate 1, so that the finished connection prevents vertical movement in a form-fitting manner.
  • the second mechanical connection is made by elements 603 and 604 between modules a and b.
  • a circumferential profile 603 for receiving a fastening element 604 ′′ is attached to the pin 33.
  • the fastening element 604 ′′ can be a spring-loaded bolt or pin that snaps over the profile 603 when assembled, or in the simplest case a screw that is screwed in so far that it comes to rest under the profile 603.
  • the fastening element 604 ′′ is mounted in the front bend 37 ′′ of the active unit of the module c.
  • the finished connection in turn prevents vertical movement of the modules a and b to one another. Water penetrating between the modules runs down the shingle surfaces, as is known with the shingle roofs, until it is collected in the gutter R.
  • the upper fold 20 of the fastening unit prevents the water from being pushed upwards by the wind.
  • Transition fastening modules 7 and transition connection modules 8 are provided for fastening and connecting modules at the edge which do not have adjacent modules on all sides, as can be seen in FIG. 4.
  • the transition modules 7 have a fastening plate 70 with two snap elements 71 for fixing the first and second modules and a pair of male connections 72.
  • the transition connection module 8 has a pair of female connections 80.

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Abstract

Eine Sonnenkollektorvorrichtung umfasst mehrere Sonnenkollektormodule, wobei jedes Sonnenkollektormodul eine Befestigungseinheit (2) zur Befestigung des Sonnenkollektormoduls auf oder in einer Gebäudefläche, vorzugsweise einer Dachfläche oder einer Fassade, und eine aktive Kollektoreinheit (3) mit mindestens einem thermischen Kollektor (30) zur Erwärmung eines die Kollektoreinheit (3) durchströmbaren Wärmeträgermediums mittels Sonnenstrahlung aufweist und wobei die Sonnenkollektormodule in entlang der Gebäudefläche übereinander angeordneten, versetzt zueinander liegenden Reihen (I, II, III) anordnungsbar sind. Jedes Sonnenkollektormodul umfasst eine Trägerplatte (1), wobei ein oberer Abschnitt der Trägerplatte (1) die Befestigungseinheit (2) bildet und an einem unteren Abschnitt der Trägerplatte (1) der mindestens eine thermische Kollektor (30) angeordnet ist. Die Befestigungseinheit (2) ist mittels aktiver Kollektoreinheiten (3) benachbarter, in einer oberen Reihe angeordneten Sonnenkollektormodule überdeckbar und jede aktive Kollektoreinheit (3) weist Anschlüsse (33, 34) auf, welche mit Anschlüssen (33, 34) der aktiven Kollektoreinheiten (3) benachbarter Sonnenkollektormodule der oberen und unteren Reihe (II, III) zusammensteckbar sind, zur Bildung von dichten Verbindungsleitungen zu diesen benachbarten aktiven Kollektoreinheiten (3). Dadurch sind die Sonnenkollektormodule anstelle von Dachziegeln schindelartig überlappend in der Dach- oder Fassadenfläche angeordnet.

Description

Sonnenkollektor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnenkollektor- vorπchtung gemass Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind grundsätzlich zwei Typen Sonnenkollektoren bekannt: thermische Kollektoren zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in Warme und photovoltaische Kollektoren zur Umwandlung der Sonnenstrahlung m elektrische Energie. In thermischen Sonnenkollektoren wird ein Warmetragermedium, beispielsweise eine Glykolwassermischung, mittels Sonnenstrahlung erwärmt und zu Heizzwecken oder zur Warmwassergewinnung verwendet. Es sind die unterschiedlichsten Konstruktionsprinzipien bekannt. Bewahrt haben sich Kollektormodule mit einer Warmeaustausch- kammer, welche vom Warmetragermedium durchflössen wird. Da der m der Kammer herrschende Druck relativ gross sein kann, werden vorzugsweise Rippenbleche zur Bildung der Kammer verwendet .
Photovoltaische Kollektormodule bestehen im allgemeinen aus einem flachenartigen Trager, auf welchem parallel beziehungsweise m Serie geschaltete Solarzellen angeordnet sind. Zum Schutz gegen Witterungsemflusse sind die Solarzellen mit einem lichtdurchlässigen Schutzelement, meistens mit einer Folie oder einer Glasscheibe, überdeckt. Des weiteren sind SonnenkoUektormodule bekannt, welche beide Kollektortypen in einem Gehäuse kombinieren. Diese sandwichartig aufgebauten SonnenkoUektormodule weisen einen hohen Wirkungsgrad auf, da das Warmetragermedium zugleich als Kuhlmittel für die Solarzellen eingesetzt ist. Derartige kombinierte SonnenkoUektormodule sind beispielsweise aus DE-A- ' 120' 943 , DE-A- 4'206'931 und DE-A-4 ' 222' 806 bekannt. Zur Energieumwandlung mittels Sonnenenergie wird für beide Sonnenkollektortypen eine relativ grosse, sonnenbeschienene Sammlerflache benotigt. Deshalb werden die SonnenkoUektormodule vorzugsweise auf Dachern angebracht oder m Fassaden von Gebäuden integriert. Der Einbau m geneigte Flachen, beispielsweise in Dachern, ist dabei zu bevorzugen, da die Wahl eines idealen, breitengradabhangigen Winkels die auf den Sonnenkollektor einwirkende Sonneneinstrahlung maximiert. Zur Integration m die Dachflache werden die im allgemeinen quaderformigen SonnenkoUektormodule ge ass dem Stand der Technik schachbrettartig auf eine wasserdichte Unterdachflache gelegt und die Fugen zwischen den einzelnen Modulen abgedichtet. Im Falle thermischer Sonnenkollektoren werden die einzelnen Module zudem mit Leitungsrohrelementen miteinander verbunden. Die Module gemass dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass ihre Montage zeitaufwendig ist und ein sorgfaltiges Arbeiten, insbesondere für die Fugendichtungen, erfordert .
Aus DE-A- ' 210' 975 ist eine Sonnenkollektorvorπchtung mit kombinierten Sonnenkollektormodulen bekannt, welche im montierten Zustand ein dachziegelartiges Erscheinungsbild aufweisen. Jedes Sonnenkollektormodul besitzt eine aktive quaderformige Einheit mit thermischen und photovoltaischen Kollektoren, welche in Richtung der Sonneneinstrahlung wie folgt aufgebaut ist: Drei hintereinander angeordnete Flachglaser bilden zwei Luft- oder Vakuumkäϊnmern, denen eine ebenfalls lichtdurchlässige, ein Warmeaustauschmedium fuhrende Warmeaustauschkammer eines ersten thermischen Kollektors folgt. Hinter diesem ersten thermischen Kollektor sind die Solarzellen eines photovoltaischen Kollektors angeordnet, dessen geschwärzte Ruckseite einen thermischen Dunkelstrahler bildet. Hinter dem photovoltaischen Kollektor ist ein zweiter thermischer Kollektor angeordnet. Hinter dieser aktiven quaderformigen Einheit ist eine Befestigungseinheit ange- ordnet, welche dieselbe Grundflache aufweist wie die aktive Einheit, jedoch diagonal versetzt dazu angeordnet ist. Zur Bildung einer Sonnenkollektorvorrichtung werden mehrere Module so nebeneinander gelegt, dass sich die aktiven Einheiten gegenseitig berühren. Die versetzt darunter liegenden Befestigungseinheiten bilden gegenseitig eine formschlussige Verbindung, indem vorstehende Nasen übereinander läppen. Diese Ueberlappungsbereiche werden zusätzlich abgedichtet. Sie sind zudem mit einer zur Dachflache hingerichteten Tropfkante versehen. Abgesehen davon, dass die Verwendung von Flachglas wegen Algenbildung und sonstiger das einfallende Licht absorbierenden Verschmutzung problematisch ist und eine wasserdichte Unterkonstruktion benotigt, weist das in DE-A- 4' 210' 975 offenbarte Sonnenkollektormodul die Nachteile einer aufwendigen, teuren, schweren und zudem nicht sehr drucksicheren Konstruktion auf.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Sonnenkollektorvorrichtung mit Sonnenkollektormodulen zu schaffen, welche eine einfache und kostengünstige Integration m Gebaudeflachen, wie Dachflachen oder Fassaden, ermöglichen.
Diese Aufgabe lost eine Sonnenkollektorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Die erfindungsgemasse Sonnenkollekto vorrichtung weist in einer einfachsten Ausfuhrungsform nur thermische Kollektoren auf. Jedes Sonnenkollektormodul wird mit weiter oben und weiter unten in der Dachschräge angeordneten, benachbarten Sonnenkollektormodulen zusammengesteckt, wobei die Steckverbindung gleichzeitig eine Verbindungsleitung für ein die thermischen Kollektoren durchströmendes Warmetragermedium bildet. Die Montage ist somit sehr einfach . Es werden zudem keine zusatzlichen Leitungskopplungselemente zur Verbindung der einzelnen thermischen Kollektoren benotigt.
Da die Befestigungseinheit eine auskragende Verlangerungs- platte der zusammensteckbaren aktiven Kollektoremheit bildet, ist eine schindelartige Ueberdeckung vorhanden, welche ohne zusatzliche Fugendichtungen eine witterungsbeständige Dachhaut oder Fassade bildet. Die erfmdungsgemassen SonnenkoUektormodule lassen sich somit anstelle von Dachziegeln oder Schindeln zur Abdeckung eines Daches verwenden. Im Gegensatz zur klassischen Schindelabdeckung, bei welcher erst eine dreifache Ueberdeckung eine genugende Dichtung gewahrleistet, genügt bei der erfmdungsgemassen Sonnenkollektorvorrichtung eine gut zweifache Ueberdeckung.
Vorzugsweise lassen sich die einzelnen SonnenkoUektormodule mit Befestigungsmitteln gegenseitig fixieren, wobei die Befestigungseinheiten einer Reihe mit aktiven Kollektoreinheiten einer übernächsten oberen Reihe verbindbar sind, so dass ein dazwischenliegendes, die Warmeaustauschkammern der nachstoberen und nachstunteren Reihe verbindendes Modul Übergängen ist. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel Schnappelemente wie beispielsweise federnde Kunststoffhaken, welche an den Sonnenkollektormodulen der dazwischenliegenden Reihe vorbei m die Module der übernächsten oberen Reihe eingreifen. Dadurch lassen sich die einzelnen Module ohne Schraub- oder Nietverbindungen und ohne Verwendung "irgendwelcher Werkzeuge miteinander verankern.
Als weitere Ausfuhrungsform können erfmdungsgemass auch quer zu den Verbindungsstutzen angeordnete Verriegelungsstifte verwendet werden und die Kollektoremheit in der darunterliegenden eingerastet werden. Vorzugsweise werden die thermischen Kollektoren durch Warme- austauschkamrrtern gebildet, deren gegenüberliegende Seitenflachen sich punktformig kontaktieren. Wie beim Rippenblech wird dadurch eine druckfeste Kammer gebildet. Im Gegensatz zum Rippenblech wird jedoch eine verbesserte Benetzung der Kammerwande und somit ein besserer Wärmeübergang erreicht.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist die aktive Kollektoremheit sowohl thermische wie auch photovoltaische Kollektoren auf. Die Photozellen des photovoltaischen Kollektors sind vorzugsweise auf der sonnenbeschienenen Vorderseite des thermischen Kollektors angeordnet, wobei die elektrischen Leitungen geschützt auf der Befestigungseinheit verlegt sind. Diese Anordnung ermöglicht es, einfache elektrische Verbindungselemente zu verwenden, welche ebenfalls auf der Befestigungseinheit angebracht sind.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausf hrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, welcher der nachfolgenden Beschreibung erläutert wird. Es zeigen
Figur la eine Ansicht eines erfmdungsgemassen Sonnen- kollektormoduls von oben;
Figur lb eine Ansicht des Sonnenkollektormoduls gemass Figur la von unten;
Figur 2 einen Längsschnitt durch das Sonnenkollektormodul gemass Figur la entlang A-A und mit gestrichelten Linien dargestellt einen Längsschnitt entlang B-B;
Figur 3 eine Ansicht von zu einer Sonnenkollektorvorrichtung zusammengefugten Sonnenkollektormodulen; Figur 4 einen Längsschnitt durch die Sonnenkollektorvorrichtung gemass Figur 3;
Figur 5a eine Ansicht eines erf dungsgemassen Sonnen- kollektormoduls mit serieller Verkabelung von oben, wobei die Verkabelung strichliniert dargestellt ist;
Figur 5b eine Ansicht eines erfmdungsgemassen Sonnen- kollektormoduls mit paralleler Verkabelung von oben, wobei die Verkabelung strichliniert dargestellt ist; und
Figur 6 eine Ansicht von zu einer Sonnenkollektorvorrichtung zusammengefugten Sonnenkollektormodulen gemass einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung.
Im folgenden werden Begriffe wie oben, unten, dachflachen- seitig und dachflachenabgewandt verwendet. Diese Richtungsangaben sind durch die Embaulage der SonnenkoUektormodule auf oder in einer Dachflache oder einer Gebaudefassade definiert, wobei Richtungen in Bezug auf die Dachflache analog auf die Gebaudefassade zu transferieren sind.
Das erf dungsgemasse Sonnenkollektormodul gemass den Figuren la, lb, 2, 5a und 5b weist eine Tragerplatte 1 auf, welche in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt ist. Der obere Abschnitt bildet eine Befestigungsplatte oder Befestigungseinheit 2, der untere Abschnitt ist Teil einer aktiven Kollektoremheit 3 mit thermischen 30 und photovoltaischen Kollektoren 31. Die Tragerplatte 1 ist im wesentlichen flach und rechteckfor ig ausgebildet und besteht aus einem Metall, vorzugsweise aus Chromstahl.
Die Befestigungseinheit 2 weist eine obere Kante 20 auf, welche mindestens annähernd senkrecht zur dachflachen- abgewandten Vorderseite umgebogen ist. Ferner sind im Bereich der oberen Kante Befestigungsbohrungen 21 zur Befestigung der Befestigungseinheit an einer Gebaudefläche, beispielsweise an Dachlatten oder an der Fassade, vorhanden.
Im Bereich der aktiven Kollektoremheit 3 sind alle drei unteren Kanten 37 der Tragerplatte 1 senkrecht zur Dachflache h auf die R ckseite gebogen.
Die aktive Kollektoremheit umfasst mindestens einen, hier zwei voneinander getrennte, nebeneinander angeordnete thermische Kollektoren 30 und mindestens einen photovoltaischen Kollektor 31. Der thermische Kollektor 30 weist eine Warmeaustauschkammer 301 auf, welche durch die Tragerplatte 1 einerseits und einer daran fluiddicht befestigtes Benetzungsplatte 302 andererseits gebildet ist. Die Benetzungsplatte 302 ist vorzugsweise ebenfalls aus Chromstahl gefertigt. Sie kann durch ein an die Tragerplatte 1 angeschweisstes Rippenblech oder, wie hier dargestellt, durch ein punktformig angeschweisstes Profilblech gebildet sein. Die Punktschweissstellen sind m den Figuren mit der Bezugsziffer 303 bezeichnet. Die Ruckseite der aktiven Kollektoremheit 3 und somit die Benetzungsplatte 302 sind mit einer Wärmeisolierung 4 versehen, vorzugsweise ausgeschaumt , wofür die gebogenen unteren Kanten 37 einen Ruckhalt bieten.
In die Warmeaustauschkammer 301 des thermischen Kollektors mundende Anschlüsse dienen als Verbmdungselemente zu benachbarten Sonnenkollektormodulen. Vorzugsweise sind zwei Paare von Anschlüssen vorhanden, ein Paar mannlicher Anschlüsse m der Form von Zapfen 33, welche auf der Vorderseite im oberen Bereich der aktiven Kollektoremheit 3 angeordnet sind, und ein Paar weiblicher Anschlüsse m der Form gewindeloser Stutzen 34, welche im unteren Bereich auf der Ruckseite angeordnet sind. Die Stutzen 34 sind mit einer witterungsbeständigen Dichtung, vorzugsweise einem Kunststoffformteil 35 versehen, welche auch bei warmebedmgter Dilatation der Module die Dichtheit gewahrleistet. Der Zapfen kann auch auf der Ruckseite der Tragerplatte und der Stutzen auf der Vorderseite, angeordnet sein.
In einer hier nicht dargestellten, jedoch bevorzugten Ausfuhrungsform besteht diese witterungsbeständige Dichtung aus einem Gummiring mit u-formigem Querschnitt, welcher ein integriertes metallenes Federelement aufweist. Dieses Federelement ist in der u-formigen Nut gehalten, deren Oeffnung zur Warmeaustauschkammer hingerichtet ist. Druckbeaufschlagt spreizt das Federelement den Gummiring und druckt dessen Seitenwandungen an je einen Anschluss.
Der photovoltaische Kollektor 31 ist auf einer dachflachen- abgewandten Vorderseite der Tragerplatte 1 angeordnet und besteht im wesentlichen aus Solarzellen 310, welche über eine dielektrische, aber wärmeleitende Schicht auf der Tragerplatte 1 befestigt sind. Elektrische Leitungen 311 sind auf der Vorderseite der Befestigungseinheit 2 verlegt und enden an deren seitlichen Randern in Steckerelemente 312. Auf jeder Befestigungseinheit 2 ist an einem Seitenrand ein männliches und auf dem gegenüberliegenden Rand ein weibliches Steckerelement vorhanden.
Wie in den Figuren 5a und 5b dargestellt, sind m bevorzugten Ausbildungsformen die elektrischen Verbmdungselemente 313, 314 so geformt, dass die elektrische Verbindung durch eine Bewegung eines Moduls vertikal zur Ebene der Tragerplatte 1 geschlossen oder geöffnet werden kann. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass diese Art der Kontaktverbindung durch Kontaktmesser oder andere vorteilhafterweise federkraftbeaufschlagte Kontaktverbindungen hergestellt werden kann. Es ist jedoch erforderlich, dass zur Erstellung einer elektrischen Verbindung mit benachbarten Sonnenkollektormodulen derselben Reihe die Positionierung der Kontaktelemente 313, 313' und 314, 314' in der Horizontalen und der Vertikalen aufeinander abgestimmt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die benachbarten Module in einer Reihe elektrisch miteinander in Verbindung stehen, und dass ein eventuell beschädigtes Moduls sehr einfach ersetzt oder aus- und nach der Reparatur wieder eingebaut werden kann.
Wie in den Figuren 5a und 5b dargestellt ist, kann die Verkabelung 311, 311' der photovoltaischen Elemente 310 für eine Reihen- oder eine Parallelschaltung der benachbarten Module ausgelegt sein. Im Falle einer Reihenschaltung wurde es genügen die Leitungen 311 und die elektrischen Verbmdungselemente 313 und 314 auf dem Modul unterzubringen und den Stomkreis abseits der Module zu schliessen. Dies wurde die Produktionskosten der Kollektormodule verringern. Ein Vorteil des dargestellten Typs, bei dem auch die Ruckleitung 311' und die zugehörigen elektrischen Verbmungselemente 313' und 314' auf der Tragplatte untergebracht sind, liegt jedoch darin, dass am Ende einer Reihe von Modulen durch einen einfachen Abschlusstecker der Stromkreis für die gesamte Reihe geschlossen werden kann.
Zum Schutz gegen Witterungsemflusse sind die Solarzellen 310 von einer lichtdurchlässigen Folie 5 überdeckt, welche sich vorzugsweise mindestens teilweise über die elektrischen Anschlussleitungen 311 sowie im Bereich der Solarzellen 310 bis über die unteren gebogenen Kanten 37 der Tragerplatte 1 erstreckt und durch die geschäumte Wärmeisolierung 4 mindestens teilweise überdeckt und somit fixiert ist.
In den Figuren 3 und 4 sind mehrere SonnenkoUektormodule auf einer Dachflache montiert und zu einer Sonnenkollektoremheit zusammengefugt. Wie in Figur 4 dargestellt, lassen sich die Befestigungseinheiten einzelner oder aller Module an Dach- latten D mittels Schrauben 23 befestigen. Wie in Figur 3 ersichtlich, werden die SonnenkoUektormodule dabei schindelartig überlappend angeordnet. Es entstehen m der Dachflache übereinander angeordnete, versetzt zueinander liegende Reihen von Sonnenkollektormodulen. In den Figuren 3 und 4 ist em Ausschnitt dargestellt mit einer mittleren Reihe I, einer oberen Reihe II und einer unteren Reihe III. Auf em erstes Sonnenkollektormodul a der mittleren Reihe I sind em zweites und em drittes Sonnenkollektormodul b der nachstoberen Reihe II aufsteckbar, wobei hier nur das zweite gezeichnet ist. Die Stutzen 34 der oben zu liegen kommenden zweiten und dritten SonnenkoUektormodule b sind über den Zapfen 33 des mittleren ersten Moduls a gesteckt, wodurch eine dichte Verb dungs- leitung zwischen den thermischen Kollektoren hergestellt ist, wobei die Stromungsrichtung mittels Pumpen oder durch Syphon- effekt vorzugsweise von unten nach oben erfolgt. Auf dieselbe Weise ist das erste Modul a auf em viertes und fünftes Sonnenkollektormodul c einer unteren Reihe III aufsteckbar. Die Anschlüsse 33,34 sind dabei vorzugsweise so beabstandet zueinander angeordnet, dass sich die Module einer Reihe gegenseitig berühren. Die aktiven Kollektoreinheiten 3 überlappen sich in einem kleinen Teilabschnitt, der photovoltaische Kollektor 31 wird jedoch nicht überdeckt. Die elektrische Verbindung der einzelnen photovoltaischen Kollektoren 31 erfolgt über die Steckerelemente 312, welche benachbarte Module derselben Reihe miteinander verbinden.
Wie am besten m Figuren 4 und 6 ersichtlich, ist die Lange der Befestigungseinheit 2 so bemessen, dass sie sich von der unteren Modulreihe III über die mittlere Modulreihe I bis zur übernächsten oberen Modulreihe II erstreckt. Die Kollektormodule der Reihen III, I und II überlappen also in Verbindungsbereichen V dreifach. In diesen Bereichen V, V , V ' sind die Module formschlussig oder form- und kraftschlussig miteinander verbunden. In der m Figur 4 dargestellten Ausfuhrungsform durchdringen die hakenförmigen Schnappelemente 6 die Hakendurchfuhrungs- ausschnitte 22 der nachstoberen Modulreihe und sind m den Einhakprofilen 32 der übernächsten oberen Modulreihe losbar eingehakt. Die mechanische Sicherung der Verbindung zwischen Stutzen 34 und Zapfen 33 zweier direkt uberemanderliegender Module der Lagen I und II erfolgt also indirekt über die formschlussige Verbindung zwischen Modulen der Lagen III und II. Die Hohe des Hakens 6 ist dabei so dimensioniert, dass zum Beispiel die obere Abkantung 20 des Modules der Lage III als Widerlager wirken kann, und einem Durchbiegen des Modules der Reihe I entgegengewirkt wird.
Diese Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren la, lb, 2 und 3, wobei die Figur 2 zeigt, dass auf der Befestigungseinheit 2 mindestens em Halterungsprofll 24 befestigt ist. Im hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist genau em Halterungsprofll 24 vorhanden, welches mittig im Bereich der oberen Kante angeordnet ist. In dieses Halterungsprofll 24 ist em hakenförmiges Schnappelement 6 einfuhrbar, welches vorzugsweise aus einem federnden, witterungsbeständigen Kunststoffformteil besteht. Dessen Bedeutung wird weiter unten anhand der Figuren 3 und 4 naher erläutert. Die Befestigungseinheit weist seitliche Hakendurch- fuhrungsausschmtte 22 in Form von Ausklinkungen auf. Auf der Ruckseite der aktiven Kollektoremheit 3 ist mindestens em Einhakprofil 32 angeordnet. In diesem Beispiel befindet es sich im unteren Bereich mittig zwischen den zwei thermischen Kollektoren 30. Einhakprofil 32 und Halterungsprofil 24 sind vorzugsweise Ω-Profile.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Befestigungsmethode können im Verbindungsbereich V auch die direkt uberemanderliegenden Kollektormodule formschlussig miteinander verbunden sein, wie es in der Figur 6 gezeigt ist. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Module nicht von den notigen mechanischen Verbmdungselementen durchsetzt werden, und diese daher freier, zum Beispiel auch ober- oder unterhalb der flussigkeitsfuhrenden Bereiche, positioniert werden können. So können die Verbindungselemente dort angebracht sein wo die hydrostatischen Kräfte, die vom Systemdruck her oder bei Erwärmung und der daraus resultierenden Ausdehnung des Warmetauschermediums entstehen, die Verbindung zwischen den aktiven Kollektoreinheiten 3 losen konnten. Die nächster Nahe zwischen Stutzen 34 und Zapfen 33 plazierten Verbmdungselemente können die Kräfte dort aufnehmen, wo sie entstehen und ihnen somit effektiv entgegenwirken. Im Verbindungsbereich V werden zwei mechanische Verbindungen hergestellt. Die Verbmdungselemente 601, 602 verbinden den Befestigungsteil 2 des in der unteren Reihe III liegenden Moduls c mit der aktiven Einheit des direkt daruberliegenden Moduls a. Vorteilhafterweise kann das Verbindungselement des unteren Moduls c von der oberen Kante 20 gebildet werden. Dazu weist diese Aussparungen auf, in die Verbmdungselemente 601 des daruberliegenden Moduls einhaken oder einrasten können. Das Einhaken oder Einrasten erfolgt in etwa horizontal zur Ebene der Tragerplatte 1, so dass die fertige Verbindung eine Vertikalbewegung formschlussig verhindert.
Die zweite mechanische Verbindung wird durch die Elemente 603 und 604 zwischen den Modulen a und b hergestellt. Wie m der Figur 6 dargestellt, ist am Zapfen 33 em umlaufendes Profil 603 zur Aufnahme eines Befestigungselementes 604'' angebracht. Das Befestigungselement 604'' kann em federkraftbeaufschagter Bolzen oder Stift sein, der beim Zusammenbau über das Profil 603 schnappt, oder im einfachsten Fall eine Schraube, die soweit eingedreht wird, dass sie unter dem Profil 603 zu liegen kommt. Gelagert ist das Befestigungselement 604'' in der vorderen Abkantung 37'' der aktiven Einheit des Moduls c. Die fertige Verbindung verhindert wiederum eine Vertikalbewegung der Module a und b zueinander. Zwischen die Module eindringendes Wasser lauft wie bei den Schindeldachern bekannt, auf den darunter liegenden Schindeloberflachen hinunter, bis es m der Dachrinne R gesammelt wird. Die obere Abkantung 20 der Befestigungseinheit verhindert dabei, dass das Wasser durch den Wind nach oben gedruckt wird.
Zur Befestigung und Verbindung von randstandigen Modulen, welche nicht auf allen Seiten benachbarte Module aufweisen, sind Uebergangsbefestigungsmodule 7 und Uebergangsanschluss- module 8 vorhanden, wie dies m Figur 4 ersichtlich ist. Die Uebergangsmodule 7 verfugen über eine Befestigungsplatte 70 mit zwei Schnappelementen 71 zur Fixierung des ersten und zweiten Moduls sowie em Paar männlicher Anschlüsse 72. Das Uebergangsanschlussmodul 8 verfugt über em Paar weiblicher Anschlüsse 80.
Neben den bereits beschriebenen Verbmdungsmoglichkeiten kommen auch Ausfuhrungsformen in Frage, bei denen quer zu den Verbindungszapfen laufende Verriegelungsstifte verwendet werden, welche im verlegten Zustand in den jeweiligen Stutzen des darunterliegenden Moduls einrasten.

Claims

Patentansprüche
Sonnenkollektorvorrichtung mit mehreren Sonnenkollektormodulen (a, b, c) , wobei jedes Sonnenkollektormodul eine Befestigungseinheit (2) zur Befestigung des Sonnenkollektormoduls auf oder in einer Gebaudefläche und eine aktive Kollektoremheit (3) mit mindestens einem thermischen Kollektor (30) zur Erwärmung eines die Kollektoremheit (3) durchstrombaren Warmetragermediums mittels Sonnenstrahlung aufweist und wobei die SonnenkoUektormodule m entlang der Gebaudefläche übereinander angeordneten, versetzt zueinander liegenden Reihen (I, II, III) anordnungsbar sind, und wobei jedes Sonnenkollektormodul eine Tragerplatte (1) um¬ fasst, wobei em oberer Abschnitt der Tragerplatte (1) die Befestigungseinheit (2) bildet und an einem unteren Abschnitt der mindestens eine thermische Kollektor (30) angeordnet ist, wobei die Befestigungseinheit (2) von aktiven Kollektoreinheiten (3) von benachbarten, m einer oberen Reihe (II) angeordneten SonnenkoUektormodule uberdeckbar ist, dass jede aktive Kollektoremheit (3) Anschlüsse (33,34) aufweist, welche mit Anschlüssen (33,34) der aktiven Kollektoreinheiten (3) benachbarter SonnenkoUektormodule der oberen und unteren Reihe (II, III) zusammensteckbar sind zur Bildung von dichten Verbmdungsleitungen zu diesen benachbarten aktiven Kollektoreinheiten (3), wobei die SonnenkoUektormodule schmdelartig überlappend auf oder in der Dach- oder Fassadenflache anordnungsbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten SonnenkoUektormodule von uberemanderliegenden Reihen (I, II, III) in mindestens einem Verbindungsbereich (V, V , V ' ) dreifach übereinander liegen und mechanische Verbmdungsmittel (6, 32, 21, 601. 602, 603, 604) zur Verbindung der SonnenkoUektormodule untereinander m diesem Verbindungsbereich (V, V , V ' ) angeordnet sind, wobei im Verbindungsbereich (V, V , V ' ) immer zwei aktive Kollektoreinheiten (3) und eine Befestigungseinheit (2) übereinander zu liegen kommen.
2. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass m dem Verbindungsbereich (V) ede Befestigungseinheit (2) mit mindestens einem Schnappelement (6) zur Verbindung mit einer aktiven Kollektoremheit (3) von mindestens einem in einer übernächsten oberen Reihe angeordneten Sonnenkollektormodul versehen ist und dass jede aktive Sonnenkollektoremheit (3) mindestens em Einschnappprofil (32) zur Aufnahme des Schnappelementes (6) von mindestens einem in einer übernächsten unteren Reihe angeordneten Sonnenkollektormodul aufweist.
3. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsbereich (V) jede Befestigungseinheit (2) mit mindestens einem Verbindungselement (601) zur Verbindung mit einem Verbindungselement (602') einer Befestigungseinheit (2') von mindestens einem einer nächsten unteren Reihe angeordneten Sonnenkollektormodul versehen ist und dass jede aktive Sonnenkollektoremheit (3) im Bereich der Anschlüsse (33) mindestens em Profil (603) zur Aufnahme eines Befestigungselementes (604'') von mindestens einem in einer nächsten oberen Reihe angeordneten Sonnenkollektormodul aufweist, und dass m einem nächsten Verbindungsbereich (V ' ) jede Befestigungseinheit (2) mit mindestens einem Verbindungselement (602) zur Verbindung mit einem Verbmdungselement (601'') einer aktiven Kollektoremheit
(3'') von mindestens einem einer nächsten oberen Reihe angeordneten Sonnenkollektormodul versehen ist und dass jede aktive Sonnenkollektoremheit (3) im Bereich der Anschlüsse (34) mindestens e Befestigungselement
(604) aufweist.
4. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Paare von mannlichen und weiblichen Anschlüssen (33,34) vorhanden sind, wobei e Paar in einem unteren Bereich auf eine dachflachenseitige Ruckseite (34) ausgerichtet sind und das andere Paar (33) im oberen Bereich der aktiven Kollektoremheit auf eine dachflachenabgewandte Vorderseite angeordnet sind.
5. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragerplatte (1) im wesentlichen flach ausgebildet st und dass gebaudeseitig eine Benetzungsplatte (302) dicht daran befestigt ist zur Bildung einer Warmetragermediumkammer .
6. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungsplatte (302) über ihre Flache mittels Punktschweissstellen (303) mit der Tragerplatte (1) verbunden ist.
7. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kollektoremheit (3) mindestens einen photovoltaischen Kollektor (31) mit Solarzellen (310) aufweist, welcher auf einer dachflachenabgewandten Vorderseite der Tragerplatte (1) angeordnet ist.
8. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine photovoltaische Kollektor (31) mit einer lichtdurchlässigen Folie (5) überdeckt ist, welche sich bis auf die Ruckseite der Tragerplatte (1) erstreckt und welche auf dieser Ruckseite von einer Wärmeisolierung (4) mindestens teilweise überdeckt ist.
9. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen (311) des mindestens einen photovoltaischen Kollektors (31) auf der Befestigungseinheit (2) verlegt sind und dass die Befestigungseinheit (2) elektrische Kontakt- oder Steckerelemente (312) zur Erstellung einer elektrischen Verbindung mit benachbarten Sonnenkollektormodulen derselben Reihe aufweist.
10. Sonnenkollektorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktelemente (313, 314) m einer Reihe benachbarter SonnenkoUektormodule durch die Bewegung eines Modules annähernd vertikal zur Ebene der Tragerplatten (1) m Wirkverbindung bringbar oder losbar sind.
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