EP2324164A1

EP2324164A1 - Dachbedeckungsmodul

Info

Publication number: EP2324164A1
Application number: EP09778074A
Authority: EP
Inventors: Theo Doll
Original assignee: Dr Doll Holding GmbH
Current assignee: Dr Doll Holding GmbH
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-05-25
Also published as: WO2010031484A1; DE102008048547A1

Abstract

Ein Dachbedeckungsmodul mit einem Modulkörper, der in eine Hausdachbedeckung integrierbar ist, sowie mit einer Photovoltaikeinheit, die auf dem Modulkörper befestigt ist, ist bekannt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Modulkörper als zweischaliger Kunststoffhohlköprer (3) gestaltet ist, wobei die beiden Schalen (5, 6) an ihren Randbereichen umlaufend miteinander verschweißt sind. Einsatz für Satteldächer.

Description

Beschreibung

Dachbedeckungsmodul

Die Erfindung betrifft ein Dachbedeckungsmodul mit einem Modulkörper, der in eine Hausdach-Bedeckung integrierbar ist, sowie mit einer Photo- voltaikeinheit, die auf dem Modulkörper befestigt ist.

Ein bekanntes Dachbedeckungsmodul gemäß der DE 82 12 100 U1 besteht aus einem eine Photovoltaikeinheit aufnehmenden Modulkörper, der zur Bildung eines Hohlraumes aus einem wannenfömigen Grundkörper und einer die Photovoltaikeinheit tragende Abdeckplatte aufgebaut ist. Die Hohlräume benachbarter Dachbedeckungsmodule sind miteinander verbunden, um damit die Solarzellen zu kühlen oder um die erwärmte, diese Hohlräume durchströmende Luft zur Wärmeerzeugung zu nutzen. Bei diesem bekannten Dachbedeckungsmodul ist der Modulkörper aus Beton, insbesondere aus Polymerbeton gegossen, alternativ ist für die Abdeckplatte Glas vorgesehen.

Die Verwendung von Beton bzw. Polymerbeton zur Herstellung dieses bekannten Modulkörpers führt zu einem hohen Eigengewicht desselben mit der nachteiligen Folge, dass gewichtsbedingt Modulkörper nicht in der Größe hergestellt werden können, um die auf dem Markt zur Verfügung stehenden Photovoltaikeinheiten mit großen optisch aktiven Flächen aufnehmen zu können, wodurch sich natürlich der Gesamtwirkungsgrad einer aus mehreren solchen bekannten Dachbedeckungsmodule hergestellten Anlage verschlechtert. Schließlich lässt sich dieser bekannte Modulkörper auch wirtschaftlich nicht in einer Serienproduktion aufgrund der für Polymerbeton erforderlichen hohen Aushärtzeit herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dachbedeckungsmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und zusammen im Verbund mit weiteren Dachbedeckungs-modulen zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad führt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das der Modulkörper als zweischali- ger Kunststoffhohlkörper gestaltet ist, wobei die beiden Schalen an ihren Randbereichen umlaufend miteinander verschweißt sind.

Die Herstellung des Modulkörpers aus Kunststoff führt zu einer Gewichtsreduzierung gegenüber dem bekannten Modulkörper, ohne jedoch zu einer mangelhaften Steifigkeit zu führen. Die mechanische Stabilität wird durch den zweischaligen Aufbau unter Bildung eines Hohlraumes sichergestellt. Damit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lösung Dachbedeckungsmodule herstellen, deren Modulkörper eine solche Größe aufweisen, um auch Photovoltaikmodule mit großen aktiven Flächen aufnehmen zu können. Schließlich ermöglicht der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Modulkörpers als zweischaliger Kunststoffkörper große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der geometrischen Gestaltung, insbesondere der Anpassung an aufzunehmende Photovoltaikeinheiten und möglicher Anschlussgeometrien einer Dachbedeckung. In Ausgestaltung der Erfindung ist der Kunststoffhohlkörper durch Twinsheet-Thermoumformen oder durch Blasformen hergestellt. Mit diesen Verfahren lassen sich beide Schalen des Kunststoffhohlkörpers bei gleichzeitiger Erhitzung und Verformung herstellen und dicht in den Randbereichen umlaufend miteinander verschweißen. Damit wird eine weitere Rationalisierung der Herstellung des erfindungsgemäßen Modulkörpers möglich, da insbesondere die Taktzeiten der Herstellung desselben in einer Serienfertigung mit dieser erfindungsgemäßen Lösung weiter reduziert werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Modulkörper an einer Oberseite eine zumindest im Wesentlichen ebene Aufnahmefläche auf, deren Abmessungen auf Außenabmessungen der Photovoltaikeinheit abgestimmt sind, um die Photovoltaikeinheit flächig aufnehmen zu können. Damit ist es möglich, Modulkörper an unterschiedliche geometrische Formen von Photovoltaikeinheiten anzupassen und damit unterschiedlichen Bedarfen an Photovoltaikanlagen gerecht zu werden. Wird der Aufnahmefläche eine umlaufende Randprofilierung zugeordnet, die die auf der Aufnahmefläche positionierte Photovoltaikeinheit umgrenzt, kann der bei marktüblichen Solarmodulen, bestehend aus einem Solarzellenlaminat und den dieses Solarzellenlaminat aufnehmenden Rahmen (aus Aluminium oder Edelstahl) entfallen und führt daher zu einer Kostenersparnis gegenüber der Verwendung von Photovoltaikeinheiten mit Rahmung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahmefläche eine Konturierung auf, in die einzelne Solarzellen und/oder elektrische Verbindungsleitungen zwischen den Solarzellen der Photovoltaikeinheit eingebettet sind. Dadurch ist es möglich, den Aufbau der Photovoltaikeinheit in der Weise weiter zu vereinfachen, dass die üblicherweise verwendete PVF (Polyvinilfluorid)-Folie (Tedlarfolie) entfallen kann. Diese Folie wird in der Regel als Verbundfolie für die Rückseitenbeschich- tung von Solarzellen im Verbund eingesetzt. Die Konturierung ermöglicht eine Positionssicherung und eine definierte Ausrichtung der Verbindungsleitungen und/oder der einzelnen Solarzellen oder eines Solarzellenverbundes. Vorzugsweise verläuft diese Konturierung gitterartig über die Aufnahmefläche und kann vorzugsweise rippen- oder nutförmig ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, diese Konturierung in einfacher Weise zu realisieren, da nicht für jeden einzelnen streifenförmigen Verbinder zwischen einzelnen Solarzellen die genaue Lage festgestellt werden muss, sondern das Gitter so gelegt wird, dass die Konturierung und die Stoßfugen zwischen benachbarten Solarzellen kongruent zueinander liegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Randprofilierung und die Konturierung einstückig an einer oberen Schale des Kunststoffhohlkörpers ausgeformt. Dies ist eine kostengünstige Variante, da eine Herstellung in einem Arbeitsgang ermöglicht ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kunststoffhohlkörper unterhalb der Aufnahmefläche mit einer ein- oder mehrteiligen Hohlraumanordnung für ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium versehen. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann mit dem Dachbedeckungsmodul nicht nur Strom erzeugt werden, sondern auch zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzellen eine ausreichende Wärmeabfuhr sichergestellt werden, da ein in der Hohlraumanordnung befindliches, flüssiges oder gasförmiges Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, zur Kühlung der Unterseite der Photovoltaikeinheit dienen kann. In vorteilhafter Weise kann zudem das durch entsprechende Wärmeübertragung erwärmte flüssige Medium als Warmwasserkollektor verwendet werden. Das bedeutet, dass das erfindungsgemäße Dachbedeckungsmodul auch die Funktion eines solarthermischen Kollektors übernehmen kann. Insbesondere bei Verwendung von Dünnschichtsolarzellen kann die über das gesamte Spektrum eingestrahlte Sonnen- energie optimal in Strom und Wärme umgesetzt werden, da solche Solarzellen die Infrarotstrahlung nahezu vollständig absorbieren, jedoch die kurzwellige Strahlung in Strom umwandeln. Die Erwärmung der Solarzellen durch die Infrarotstrahlung wird durch den solarthermischen Kollektor gekühlt. Gleichzeitig wird die gewünschte Erwärmung eines Wasserkreislaufes erreicht.

Um im Verbund mit weiteren erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodulen diese Funktion eines solarthermischen Kollektors zu optimieren, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Hohlraumanordnung mit wenigstens einem Zu- und wenigstens einem Ablauf zum Durchfluss einer wärmeaufnehmenden Flüssigkeit versehen. Dadurch ist es möglich, die im Verbund verlegten aneinandergrenzenden erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodule über diese Zu- und Abflüsse einfach miteinander zu verbinden. Außerdem ist ein einfacher Anschluss an einen Hauswasserkreislauf ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hohlraumanordnung mit Strömungsleitmitteln versehen, die insbesondere einstückig an der unteren Schale des Kunststoffhohlkörpers ausgeformt sind. Solche Strömungsleitmittel können vorzugsweise als Kanalrinnen ausgebildet sein, die zusammen mit der oberen Schale die Hohlräume für die Durchströmung der wärmeaufnehmenden Flüssigkeit bilden. Dabei können diese Kanalrinnen mit unterschiedlichen Querschnittsprofilen versehen sein, bspw. mit einem Halbkreis-, Halbellipse- Rechteck- oder Dreieck-Profil oder auch mit Mischformen dieser aufgeführten Profile. Dadurch ist es möglich, gezielt Anforderungen hinsichtlich der solarthermischen Funktion zu erfüllen, die bei der Herstellung des Kunststoffhohlkörpers, vorzugsweise durch Twinsheet-Thermoformen in einfacher und damit kostengünstiger Weise realisiert werden können, ohne den Vorteil der Zweistückigkeit des Kunststoffhohlkörpers zu verlieren. So kann durch die einstückige Ausformung der Strömungsleitmittel an der unteren Schale des Kunststoffhohlkörpers die die Aufnahmefläche für die Photo- voltaikeinheit bildende obere Schale hinsichtlich der Einbettung der Pho- tovoltaikeinheit optimiert sowohl hinsichtlich geometrischen als auch funktionellen Anforderungen gestaltet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die obere Schale des Kunststoffhohlkörpers zumindest abschnittsweise transparent gestaltet. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad für die solarthermische Funktion des Dachbedeckungsmoduls erzielt, da die Wärmeabsorption im Wesentlichen nicht mehr im transparenten Bereich, insbesondere im Bereich der Aufnahmefläche der Photovoltaikeinheit der oberen Schale erfolgt, sondern im Bereich des flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums, insbesondere in der wärmeaufnehmenden Flüssigkeit oder an der unteren Schale des Kunststoffhohlkörpers. Hierzu kann die wärmeaufnehmende Flüssigkeit eingefärbt sein. Alternativ oder ergänzend kann der Boden der unteren Schale dunkel eingefärbt sein. Gleichzeitig wird damit auch eine bessere Kühlung der Solarzellen erreicht, wodurch sich auch deren Wirkungsgrad verbessert, so dass ein insgesamt höherer Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Kunststoffhohlkörper wenigstens ein Steckverbindungsbereich für eine elektrische Steckverbindung angeformt. Vorteilhaft ist es dadurch möglich, die für die in einer Hausdachbedeckung im Verbund mit mehreren erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodulen erforderliche Elektoinstallation von der Rückseite des Daches leicht zugänglich vorzunehmen. Damit ist es außerdem möglich, die elektrische Verschaltung sowohl innerhalb einer Photovoltaikeinheit als auch zu benachbarten Photovoltaikeinheiten in einem vor Umwelteinflüssen geschützten Bereich vorzunehmen. Vorzugsweise ist der Steckverbindungsbereich an der unteren Schale des Kunststoffhohlkörpers angeformt, so dass dadurch der Vorteil der Zweistückigkeit des Kunststoffhohlkörpers erhalten bleibt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Photovoltaikeinheit als Schichtaufbau aus einem Deckglas und den Solarzellen mit elektrischer Verschaltung gestaltet. Dieser äußerst einfache Schichtaufbau unterscheidet sich von bekannten Schichtaufbauten von Photovoltaik- einheiten, die wenigstens eine zusätzliche Schicht in Form einer Tedlar- folie besitzen. Außerdem haben bekannte Photovoltaikeinheiten üblicherweise einen Rahmen, der erfindungsgemäß ebenfalls entfällt. Dabei sind vorzugsweise die Solarzellen über streifenförmige Verbinder elektrisch seriell zu sogenannten Strings miteinander verbunden. Eine Photovoltaikeinheit kann mehrere solcher Strings enthalten, die in der Regel parallel geschaltet sind. Zur Herstellung einer solchen Photovoltaikeinheit ist es üblich, die Solarzellenstrings in der Art eines Verbundes mit einer Polyester-Folie (PVDF- oder EVA-Folie) als Haftvermittlerschicht auf der Rückseite des Deckglases aufzubringen und anschließend mit einer weiteren Polyester-Folie (PVDF-Folie- oder EVA-Folie) und einer Polymer-Folie, bevorzugt PVF-Folie (Tedlarfolie) abzudecken. Als abschließender Produktionsschritt kann das Laminieren eines solchen Aufbaus mit wenigstens einem Solarzellenstring erfolgen sowie eine Rahmung durch einen Aluminium- oder Edelstahlrahmen. Tedlarfolie und Rahmen können erfindungsgemäß entfallen, so dass sich ein äußerst einfacher Aufbau ergibt. Die Randprofilierung gemäß der Erfindung kann einen entsprechenden Rahmen ersetzen. Eine solche Photovoltaikeinheit kann in den erfindungsgemäßen Kunststoffhohlkörper, insbesondere in die Aufnahmefläche eingebettet werden. Die Einbettung erfolgt vorzugsweise durch eine Vergussmasse oder durch eine Verklebung im Randbereich, vorzugsweise zusätzlich in wenigstens begrenzten Bereichen auf der Rückseite der Photovoltaikeinheit. Besonders vorteilhaft ist es, eine solche Photovoltaikeinheit ohne den sonst erforderlichen Rahmen in eine erfindungsgemäße Aufnahmefläche mit umlaufender Randprofilierung einzubetten. Abschließend wird zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse, vorzugsweise im Bereich des um- laufenden Randes der Photovoltaikeinheit, ein Dichtmittel aufgebracht, das die zwischen dem Rand der Photovoltaikeinheit und der Randprofi- lierung liegende Fuge überdeckt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Dichtraupe, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz über die gesamte Lebensdauer der Photovoltaikeinheit sicherzustellen.

Neben der Verwendung einer Photovoltaikeinheit, bei der die Solarzellen bereits in einen Verbund aus Glasplatte und Kunststoffschichten eingebettet sind, können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Solarzellen direkt in die mit umlaufender Randprofilierung versehene Aufnahmefläche eingebettet werden, vorzugsweise in die mit der erfindungsgemäßen Konturierung versehene Aufnahmefläche des Kunststoffhohl körpers. Dabei werden die über elektrische Verbindungsleitungen verbundenen Solarzellen, vorzugsweise wenigstens ein Solarzel- lenstring zunächst in die Aufnahmefläche der oberen Schale unter Anlage der Verbindungsleitungen in die vorzugsweise gitterartigen Konturierung eingelegt, anschließend mit einer transparenten Vergussmasse, vorzugsweise Gießharz zur Fixierung eingebettet und abschließend mit einer Deckglas abgedeckt und der Randbereich mit einem Dichtmittel abgedichtet. Damit wird eine besonders dauerhafte Kapselung der Solarzelle erzielt und ferner eine besonders kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls möglich. Die Reduzierung der Herstellkosten ist dadurch bedingt, dass der übliche Sandwichaufbau zur Herstellung marktüblicher Photovoltaikeinheiten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoffhohlkörpers, insbesondere der mit der Randprofilierung und der gitterartigen Konturierung ausgeformten oberen Schale des Kunststoffhohlkörpers reduziert werden kann. Zudem können die vor der Einbettung in die erfindungsgemäße obere Schale üblichen separaten Einfassungs- und Einbettungsschritte entfallen. Eine weitere Kostenreduzierung ergibt sich dadurch, dass nach der Fertigung der Solarzellenstrings diese im darauffolgen- den Prozessschritt sofort in die erfindungsgemäße obere Schale des Kunststoffhohlkörpers eingelegt werden, so dass eine weitere Handhabung der Solarzellen mit entsprechender Bruchgefahr entfällt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Dachausschnittes eines Gebäudes, bei dem anstelle von üblichen Dachziegeln sechs identische Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls im Verbund mit der Dachfläche eingesetzt sind,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls,

Figur 3 eine perspektivische, geschnittene Darstellung des Dachbedeckungsmodul nach Figur 2 entlang der Schnittlinie l-l, Figur 4 ein vergrößerter Ausschnitt des Schnittes l-l nach Figur 3 ohne eine Photovoltaikeinheit,

Figur 5 ein weiterer Ausschnitt Schnittes l-l nach Figur 3, ebenfalls vergrößert,

Figur 6 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls,

Figur 7 eine Schnittdarstellung des Dachbedeckungsmoduls nach Figur 6 entlang der Schnittlinie H-Il,

Figur 8 eine weitere Schnittdarstellung des Dachbedeckungsmoduls nach Figur 6 entlang der Schnittlinie H-Il mit eingebetteter Photovoltaikeinheit,

Figur 9 eine perspektivische, rückseitige Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls, und Figur 10 eine perspektivische rückseitige Darstellung eines Dachbereiches eines Satteldachs eines Gebäudes, bei dem anstelle von üblichen Dachziegeln sechs identische Ausführungsformen des erfindungsgemä- ßen Dachbedeckungsmoduls im Verbund mit benachbarten Dachziegeln der Dachfläche eingesetzt sind.

Ein Verbund von sechs identischen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls 2 ist nach Figur 1 in eine Dachfläche 1 eines Gebäudes integriert, wobei jedes dieser Dachbedeckungsmodule 2 übliche Dachziegel ersetzt. Der grundsätzliche Aufbau jedes dieser Dachbedeckungsmodule 2 mit einem zweischaligen Kunststoffhohlkörper 3 und einer darauf angeordneten Photovoltaikeinheit 4 entspricht den anhand der Figuren 2 bis 9 nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Zum benachbarten Verlegen der Dachbedeckungsmodule 2 als auch zu benachbarten Dachziegeln weisen die Kunststoffhohlkörper 3 in den Überdeckungsbereichen (first-, traufe- und ortgang- seitig) entsprechende Profilierungen auf. Sichtbar in Figur 1 sind Deckfalze 9, die mit benachbarten Modulen 2 oder benachbarten Dachziegeln im jeweiligen ortgangseitigen Überlappungsbereich mit deren Wasserfalzen in Eingriff stehen.

Wie in Figur 1 besteht auch das Dachbedeckungsmodul 2 nach den Figuren 2 und 3 aus einem zweischaligen Kunststoffkörper 3 und einer darauf angeordneten Photovoltaikeinheit 4, wobei der Kunststoffhohlkörper 3 aus einer die Photovoltaikeinheit 4 aufnehmenden, oberen Schale 5 und einer unteren Schale 6 gebildet ist, wie insbesondere aus der Schnittdarstellung nach Figur 3 ersichtlich ist.

Die obere Schale 5 und die untere Schale 6 werden gemeinsam durch Twinsheet-Thermoformen hergestellt, wobei in grundsätzlich bekannter Weise jeweils zwei Kunststoffplatten in geeigneten Vorrichtungen gemeinsam tiefgezogen und zumindest randseitig miteinander verschweißt werden. So wird die obere Schale 5 des Kunststoffhohlkörpers 3 derart tiefgezogen, dass sich durch entsprechende Profilierung firstseitig eine obere Übergangsfläche 11 und ortgangseitig ein Deckfalz 9 und gege- nüberliegend Wasserfalze 10 ergeben. Außerdem ist eine an die Abmessungen der Photovoltaikeinheit 4 angepasste, im wesentlichen unprofilierte zentrale Fläche zur Bildung einer ebenen Aufnahmefläche 8 für die Photovoltaikeinheit 4 vorgesehen, die von einer Randprofilierung 7 umgeben ist. Die Randprofilierung 7 ist unter Ausbildung einer im Wesentlichen zu der Aufnahmefläche 8 orthogonalen Wandfläche 24 in der vergrößerten firstseitigen Detailansicht nach Figur 4 des Schnittes l-l nach Figur 3 deutlich erkennbar, in der jedoch die Photovoltaikeinheit 4 zwecks besserer Erkennbarkeit der Randprofilierung nicht dargestellt ist. Auf der Seite der Traufe ist keine Randprofilierung vorgesehen, da die Photovoltaikeinheit 4 mit dem der Traufe benachbarten Rand des Kunststoffhohlkörpers 3, infolgedessen auch mit dem entsprechenden Rand der oberen Schale 5, kantenbündig abschließt. Dies ist in der vergrößerten traufeseitigen Detailansicht nach Figur 5 gemäß dem Schnitt l-l nach Figur 3 deutlich erkennbar.

In dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls 2 gemäß den Figuren 1 , 2, 3 und 5 können handelsübliche Photovoltaikeinheiten 4 eingesetzt werden. Der Aufbau besteht in der Regel aus einem Deckglas auf der sonnenzugewandten Seite, einer transparenten Kunststoffschicht (EVA- oder PVDF-Folie), in der die Solarzellen eingebettet sind, mono- oder polykristalline Solarzellen, die durch streifenförmige Verbinder, in der Regel zu Strings elektrische verschaltet sind, einer Rückseitenkaschierung mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie, z. Bsp. aus PvDF und Tedlar und schließlich aus einem Aluminium- oder Edelstahlrahmen zum Schutz des Deckglasses und für die Befestigung und Versteifung des Verbundes. Natürlich eignen sich auch Photovoltaikeinheiten mit anderem Aufbau, bspw. sogenannte laminierte Glas-Glas-Module oder Glas-Glas-Module in Gießharztechnik. Besonders vorteilhaft ist ein Schichtaufbau für eine Photovoltaikeinheit 4 vorgesehen, bei dem auf eine Rückseitenkaschierung und einen Rahmen verzichtet wird. Eine solche handelsübliche Photovoltaikeinheit 4 wird durch Kleben auf die Aufnahmefläche 8 in die obere Schale 5 eingebettet, indem Klebstoff 21 in die first- und ortgangseitige Profilierung 7 als auch in eine parallel zum traufeseitigen Rand verlaufende Klebenut 20 eingebracht wird, wie in den Figuren 3 und 5 dargestellt ist.

Der erfindungsgemäße Kunststoffhohlkörper 3 gemäß den Figuren 6, 7 und 8 weist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2, 3 und 5 auch auf der Seite der Traufe der oberen Schale 5 eine Randprofilierung 23 auf, die nach Figur 7 stegartig mit einer an die Aufnahmefläche 8 angrenzenden und im Wesentlichen senkrecht auf derselben stehenden Wandfläche 24 ausgebildet ist. Zusammen mit der Randprofilierung 7, die firstseitig und jeweils ortgangseitig die Aufnahmefläche 8 der oberen Schale 5 des Kunststoffhohlkörpers 2 umgrenzt, ergibt sich eine die Aufnahmefläche 8 vollständig umlaufende Profilierung, die als auf dieser im Wesentlichen senkrecht stehende Wandfläche 24 ausgebildet ist. Die Figur 8 zeigt in einem perspektivischen Teilquerschnitt eine in eine solche vollständig von der Wandfläche 24 umrahmte Aufnahmefläche 8 eingebettete Photovoltaikeinheit 4, die aus einem typischen Aufbau mit einem zur Sonne gewandten Deckglas 29, einer transparenten EVA- oder PVDF-Folie 28, einer Solarzelle 27 und einer Rückseitenkaschierung aus einer PVDF- oder EVA-Folie 26 und einer Tedlar-Folie 25, jedoch ohne den üblichen Aluminium- oder Edelstahlrahmen besteht. Diese Photovoltaikeinheit 4 ist auf die Aufnahme- flache 8 aufgesetzt und durch Klebemittel mit dieser verklebt oder mittels einer Vergussmasse auf dem Kunststoffhohlkörper fixiert. Zusätzlich ist die zwischen dem umlaufenden Rand des Deckglasses 29 und der umlaufenden Fläche 24 bestehende Stoßfuge mit einem Dichtmittel 30 ü- berdeckt, das nach Figur 8 als Dichtraupe ausgeführt ist. Ein mit einer solchen Photovoltaikeinheit 4 aufgebautes Dachbedeckungsmodul 2 wird anschließend gemäß der in Figur 1 dargestellten Weise in einem Dachverbund verlegt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist nach Figur 6 und 7 auf der Aufnahmefläche 8 für die Photovoltaikeinheit 4 eine gitterförmige Kontu- rierung vorgesehen, die mit flache Einbettungen oder Nuten 22 versehen ist. Die durch die gitterförmige Geometrie entstehenden rechteck- förmigen Teilflächen sind kongruent zu den auf dieser Aufnahmefläche 8 liegenden einzelnen Solarzellen, wodurch die diese einzelnen Zellen verbindenden streifenförmigen Verbinder, die in der Regel in ihrer Höhenausdehnung die Ebene der Rückseiten der Solarzellen überragen, in diese Nuten 22 eingebettet werden.

Mit dieser zusätzlichen erfindungsgemäßen Maßnahme lässt sich die Herstellung eines erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls hinsichtlich des Aufbaus der verwendeten Photovoltaikeinheit 4 sowie deren Einbettung in die Aufnahmefläche 8 der oberen Schale des Kunststoffhohlkörpers 2 in mehrfacher Weise weiter vereinfachen.

Mit der gitterartigen Konturierung 22 auf der Aufnahmefläche 8 lässt sich der Aufbau der Photovoltaikeinheit 4 nach Figur 8 derart vereinfachen, dass die Tedlar-Folie 25, die in der Regel sehr teuer ist, entfallen kann. Eine solche Photovoltaikeinheit 4 wird ebenfalls in die Aufnahmefläche 8 eingeklebt oder eingegossen und mit einer Dichtraupe 30 gegenüber Umgebungseinflüssen geschützt. Ein mit einer solchen Photovoltaikeinheit 4 aufgebautes Dachbedeckungsmodul 2 kann natürlich ebenso in der in Figur 1 dargestellten Weise in einem Dachverbund verlegt werden.

Demgegenüber kann eine besonders kostengünstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls hergestellt werden, wenn die obere Schale 5 mit der umlaufenden Wandfläche 24 und der gitterartigen Konturierung 22 direkt die Solarzellenstrings aufnimmt, da deren in die Konturierung eingebettete streifenförmige Verbinder die Fixierung der Solarzellenstrings übernehmen. Ein Solarzellenstring erstreckt sich bspw. in dem in Figur 6 dargestellten Kunststoffhohlkörper 3 parallel zur Richtung des Firstes bzw. der Traufe, so dass drei Solarzellenstrings in die Aufnahmefläche einbettbar sind. Die derart auf der Aufnahmefläche 8 eingelegten Solarzellenstrings werden mit einer transparenten Vergussmasse, vorzugsweise Gießharz, zur Fixierung eingegossen, mit einem Deckglas abgedeckt und abschließend im Randbereich des Deckglases mit einer Dichtraupe entsprechend Figur 8 abgedichtet. Der Aufbau der oberen Schale 5 mit der eingebetteten Photovoltaikein- heit 4 entspricht damit demjenigen nach Figur 8, mit dem Unterschied, dass die Folien 25 und 26 auf der Rückseite und die Folie 28 zwischen der Solarzelle 27 und dem Deckglas 29 durch die Vergussmasse ersetzt sind, die auch die zwischen Solarzelle 27 bzw. Deckglas 29 und der umlaufenden Wandfläche 24 liegende Stoßfuge ausfüllt. Damit wird eine besonders dauerhafte Kapselung der Solarzelle erzielt und ferner eine besonders kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls möglich, das ebenfalls in der in Figur 1 dargestellten Weise verwendet werden kann.

Die solarthermische Funktion des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls 2 wird im Wesentlichen von der unteren Schale 6 des Kunststoffhohlkörpers 3 gebildet, da die hierzu erforderliche Hohlraumanordnung 15 mit der entsprechenden Profilierung im Tiefziehprozess gebildet wird. Die in den Figuren 3 bis 5 und 7 bis 9 dargestellte Hohlraumanordnung weist unterhalb der Photovoltaikeinheit Strömungsleitmittel 15, 16 und 17 auf, die als Kanalrinnen ausgebildet sind, wobei als Querschnittsprofil eine Rechteckform mit angesetztem Halbkreis verwendet wird. Der Verlauf dieser Kanalrinnen 15, 16 und 17 ist in Figur 9 dargestellt, wonach in Längsrichtung, also parallel zur first- oder traufe- seitigen Kante des Dachbedeckungsmoduls 2, im Wesentlichen parallel ausgerichtete, vier Kanalrinnen 15 verlaufen, die an der Querseite über Querrinnen 16 miteinander verbunden sind. Mittig an den Querrinnen 16 sind auf gegenüberliegenden Seiten nach außen in den Randbereich verlaufende Anschlussrinnen 17 bzw. habschalenförmige Ansätze 17 angeformt, die einen Ab- bzw. Zufluss zum Durchfluss einer wärmeaufnehmenden Flüssigkeit bilden und mit korrespondierenden Anschlussrinnen 17 von benachbarten Dachbedeckungsmodulen mittels eines Anschlussstutzens dicht verbunden werden.

Da die beiden Schalen 5 und 6 des Kunststoffhohlkörpers 3 in einem Twinsheet-Verfahren in einem einzelnen Arbeitsgang gemeinsam erhitzt, gleichzeitig tiefgezogen und durch entsprechendes flächiges Ge- geneinanderpressen miteinander verschweißt sind, werden dadurch die halboffenen Kanal-, Quer- und Anschlussrinnen 15, 16 und 17 unter Bildung von Kanälen und Anschlussstutzen dicht verschlossen, wie dies deutlich in den Figuren 3 bis 5, 7 und 8 zu erkennen ist. Gleichzeitig werden auch die umlaufenden Randbereiche der beiden Schalen 5 und 6 dicht miteinander verschweißt.

Wie bei der oberen Schale 5 des Kunststoffhohlkörpers 3 weist auch dessen untere Schale 6 first-, traufe- und ortgangseitig Profilierungen mit den erforderlichen Überlappungsgeometrien für ein definiertes Verlegen mit benachbarten weiteren erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodulen 2 oder üblichen Dachziegeln auf.

Die Verkabelung der Photovoltaikeinheiten 4 der im Verbund verlegten Dachbedeckungsmodule 2 erfolgt über einen Steckverbindungsbereich 18, der nach Figur 9 an der unteren Schale 6 des Kunststoffhohlkörpers 3 gleichzeitig mit dem Tiefzieh prozess angeformt wird und als boxen- förmiges Anschlussgehäuse mit quadratischen Querschnitt für bspw. Steck- oder Klemmverbindungen der Photovoltaikeinheit 4 ausgebildet ist. Durch eine Öffnung 19 in der unteren Schale 6 werden die Steck- oder Klemmverbindungen der Solarzellen nach außen in dieses Anschlussgehäuse geführt, um dort mit Zuleitungen weiterer Photovoltaik- einheiten 4 verschaltet zu werden. Aus Platzgründen sind die beiden mittleren Kanalrinnen 15 um dieses Anschlussgehäuse 18 herumgeführt. Dieses Anschlussgehäuse 18 wird mittels eines Deckels verschlossen, der in Figur 9 nicht dargestellt ist. Dieses Anschlussgehäuse 18 kann natürlich jede beliebige andere Form aufweisen, bspw. auch dosenartig mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein.

Um einen guten Gesamtwirkungsgrad, also sowohl hinsichtlich der solarthermischen als auch der photovoltaischen Funktion zu erzielen, ist die gesamte obere Schale 5 in den Ausführungsbeispielen aus transparenten Kunststoff und die untere Schale 5 aus einem nicht transparenten, vorzugsweise schwarz eingefärbten Kunststoff hergestellt. Dadurch erfolgt die Wärmeabsorption nicht mehr vorwiegend in der oberen Schale, sondern hauptsächlich direkt im Bereich der in den Kanälen fließenden und wärmeaufnehmenden Flüssigkeit oder im Bereich der unteren Schale 6, wodurch gleichzeitig die Kühlung der Solarzellen verbessert wird. Dieser Effekt kann verstärkt werden, wenn anstelle von mono- oder polykristallinen Solarzellen (Dickschichtzellen) amorphe Solarzellen (Dünnschichtzellen) eingesetzt werden, die photovoltaisch auf eine kurzwellige Sonnenstrahlung eingestellt sind und gleichzeitig die Infrarotstrahlung nahezu vollständig absorbieren, mit der Folge, dass die dadurch entstehende Wärme nahezu vollständig von dem Wärmetransportmedium bzw. der unteren Schale 6 aufgenommen wird.

Alternativ kann die obere Schale 5 aus Designgründen auch in Dachziegelfarbe eingefärbt sein, womit sich im Verbund mit den normalen Dachziegeln ein ästhetisch ansprechendes Gesamtbild einer einheitlichen Dachfläche ergibt, da die Farbe der erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodule an die Farbe der anderen Dachziegel angepasst ist. Auf der Rückseite der nach Figur 1 gezeigten Vorderansicht des Dachausschnittes sind nach Figur 10 die Rückseiten der unteren Schalen 6 der im Verbund mit normalen Dachziegeln verlegten sechs erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmodule 2 zu erkennen. Insbesondere sind die Kanalrinnen 15, die Anschlussstützen sowie die Steckverbindungsbereiche 18 gut sichtbar. Die Anschlussstutzen 17 benachbarter Dachbedeckungsmodule sind über Verbindungsmittel in Form von Schlauchoder Rohrprofilen flüssigkeitsleitend und dicht miteinander verbunden.

Claims

Patentansprüche

1. Dachbedeckungsmodul mit einem Modulkörper, der in eine Hausdachbedeckung integrierbar ist, sowie mit einer Photovoltaikein- heit, die auf dem Modulkörper befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulkörper als zweischaliger Kunststoffhohlköprer

(3) gestaltet ist, wobei die beiden Schalen (5, 6) an ihren Randbereichen umlaufend miteinander verschweißt sind.

2. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffhohlkörper (3) durch Twinsheet- Thermoformen oder durch Blasformen hergestellt ist.

3. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulkörper (3) an einer Oberseite eine zumindest im wesentlichen ebene Aufnahmefläche (8) aufweist, deren Abmessungen auf Außenabmessungen der Photovoltaik- einheit (4) abgestimmt sind, um die Photovoltaikeinheit (4) flächig aufnehmen zu können.

4. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmefläche (8) eine umlaufende Randprofilie- rung (7, 23) zugeordnet ist, die die auf der Aufnahmefläche (8) positionierte Photovoltaikeinheit (4) umgrenzt.

5. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (8) eine Konturierung (22) aufweist, in die einzelne Solarzellen und/oder elektrische Verbindungsleitungen zwischen den Solarzellen der Photovoltaikeinheit

(4) eingebettet sind.

6. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturierung (22) gitterartig über die Aufnahmefläche (8) verläuft.

7. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Randprofilierung (7, 23) und die Konturierung (22) einstückig an einer oberen Schale (5) des Kunststoffhohlkörpers (3) ausgeformt sind.

8. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffhohlkörper (3) unterhalb der Aufnahmefläche (8) mit einer ein- oder mehrteiligen Hohlraumanordnung (15, 16, 17) für ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium versehen ist.

9. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumanordnung (15, 16, 17) mit wenigstens einem Zu- und wenigstens einem Ablauf zum Durchfluss einer wärmeaufnehmenden Flüssigkeit versehen ist.

10. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumanordnung mit Strömungsleitmitteln (15, 16, 17) versehen ist, die insbesondere einstückig an der unteren Schale (6) des Kunststoffhohlkörpers (3) ausgeformt sind.

11. Dachbedeckungsmodul nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schale (5) des Kunststoffhohlhörpers (3) zumindest abschnittsweise transparent gestaltet ist.

12. Dachbedeckungsmodul nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kunst- Stoffhohlkörper (3) wenigstens ein Steckverbindungsbereich (18) für eine elektrische Steckverbindung angeformt ist.

13. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbindungsbereich (18) an der unteren Schale (6) des Kunststoffhohlkörpers (3) vorgesehen ist.

14. Dachbedeckungsmodul nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik- einheit (4) als Schichtaufbau aus einem Deckglas (29) und den Solarzellen (27) mit elektrischer Verschaltung gestaltet ist.

15. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikeinheit (4) durch eine transparente Vergussmasse, insbesondere ein Gießharz, auf dem Modulkörper (3) fixiert ist.

16. Dachbedeckungsmodul nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtmittel (31 ) vorgesehen sind, um die Photovoltaikeinheit (4) auf der Aufnahmefläche (8) des Modulkörpers (3) gegen Umgebungseinflüsse zu schützen.