A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra)
HU 227 066 Β1
A találmány tárgya elektromos energiát előállító napelemes tetőcserép, amely külső felületén napelemekkel van ellátva, a napelemek vezetékekkel és csatlakozókkal vannak felszerelve. A találmány tárgya továbbá eljárás elektromos energiát előállító napelemes tetőcserép előállítására. A napelemes tetőcserép bármilyen formájú tetőcseréppel felépített tetőhéjazatba rakható. A meglévő cserép helyére pontosan illeszkedik, követi annak felszíni vonalait, kialakítását. A napelemes tetőcserépből napelemes tető, homlokzat, épületborítás is készíthető.
A fény közvetlen átalakítása elektromos energiává napelemek, cellák segítségével már régóta ismeretes. A múlt században azonban az erre vonatkozó kísérletek elsősorban tudományos jelentőséggel bírtak, gyakorlati alkalmazásukat gátolta költséges előállításuk, rossz hatásfokuk. Ma viszont a fotoelektromos napenergia-előállítás technológiai fejlődése a napelemek széles körű felhasználását teszi rentábilissá a hagyományos és egyre drágább szén-, olaj- és gázhordozókon alapuló energiatermelő rendszerekkel szemben. Ezért növekszik világszerte a szabadalmi bejelentések száma e témában az elmúlt évtizedekben.
Említést érdemel a HU 209 222 számú, napenergiát napelemek segítségével hasznosító készülékre vonatkozó magyar szabadalmi leírás, amely napelemek egy alátámasztó testen való, és egymáshoz csatlakoztatott elrendezésére vonatkozik. A fóliacsíkból vagy lemezből kialakított napelemek napelemkomplexumot alkotnak, és keret nélküli tartóeszközbe vannak tokozva. A napelemkomplexum hűtés- és energiaelvezetés céljából hullámvölgy alakú csatornával is rendelkezik.
A P9901088 ügyszámú másik magyar közzétételi irat olyan napelemes tetőt mutat be, amelynek alkotórészei bitumenes összetett anyagokból való, egymást átlapoló tetőelemek, és ezekkel egybeépített napelemek. A napelemek igen vékony üveglappal vannak ellátva, és olyan elrendezésűek, hogy más tetőelemek által nincsenek lefedve.
Mindkét, előzőekben ismertetett találmány napelemek meglévő tetőszerkezetbe való építésére vonatkozik, így távol esik a találmány tárgyát képező napelemes tetőcseréptől.
Ugyancsak sík napelemek tetőszerkezetbe való építésére vonatkozik a JP2001342725 közzétételi számú irat, ami egyúttal megoldási példát is mutat szerves gyanta védőbevonattal ellátott napelemcellák bordával való erősítésére, szélnyomás hatásának kiküszöbölésére.
Az US2006266406 közzétételi számú USA leírás devulkanizált fotoelektromos cserépfedő anyagok összeállításával, szerkezetének kialakításával foglalkozik, különös tekintettel a napelem integrálásával és beolvasztásával tetőcserépbe. A készítés módján és a beépített anyagok ismertetésén kívül e találmány konkrét tetőfedő cserép kialakítására útmutatást nem ad, rajzot sem mellékel erre vonatkozóan.
Napelemeket tartalmazó tetőfedő építőelemek, panelek kialakításával foglalkozik az MXPA04006204 közzétételi számú, a GB2414114 ügyiratszámú angol, valamint a JP2005264483 ügyiratszámú japán közzétételi irat. Mindhárom irat hordozó- és tartópanelekbe épített napelemcellák legkedvezőbb kialakításával, összekapcsolásával foglalkozik, a kívánt hatás, és a megfelelő nagyságú elektromos feszültség elérése érdekében.
Napelemcellákkal felszerelt tetők hűtésére, és télen hó miatti fűtésére alkalmas az US6065256 közzétételi számú és a JP10018514 közzétételi számú japán közzétételi iratokban szereplő tetőszerkezet, azzal, hogy abban légcsatornákat alakítottak ki.
A legutolsó öt közzétételi iratban szereplő találmányi megoldások nem esnek közel a találmányunk szerinti megoldáshoz, csak egyes részletek, problémák megvalósítására adnak megoldást.
A találmányok, amelyek napelemek előállítására vonatkoznak, legtöbb esetben szilíciumfémet használnak fel. Ilyen napelemeket tartalmazó épületelemek létrehozására alkalmas a DE 3626450 közzétételi számú leírás. Ez a megoldás elsősorban üvegtetőknél alkalmazható, ahol a napelemet műanyag fóliára felvitt amorf 0,05-1,00 mikrométer vastagságú szilíciumréteg beépítésével, illetve felvitelével hozzák létre.
A DE 299 15 196 U számú használati mintánál sík vagy formához illesztett és napelemcellákat tartalmazó, szilárd, serpenyő alakú tetőfedő elemek szerepelnek, amelyek vastag hordozóanyagon, egyenként nagy mennyiségű napelemcellát tartalmaznak.
Összehasonlítva a találmányunk szerinti napelemes tetőcseréppel, megállapítható, hogy ez a fenti találmány szerinti megoldás relatíve nagy méretű, speciális kialakítású, több napelemcellasorokat tartalmazó, drága tetőfedő elemet alkalmaz. Ezek egyszerű csere útján meglévő tetőcserepekkel, vagy más lemez stb. tetővel nem kombinálhatók, ezért a leírt elemek alkalmazása esetén az egész tetőfelületet cserélni kell.
Ismeretes az általánosan használt tetőcserepekkel szemben az az elvárás, hogy egymásra rakva, alul, felül, oldalt, tehát minden irányban egymáshoz illeszkedjenek, és a vizet elvezessék. Ezért a rendszerint sík lapokból álló napfénycellákat tartalmazó tetőrészeket beépítés esetén minden irányban vízzáróan külön tömíteni kell. Ez megvalósításukat bonyolulttá és költségessé teszi.
A tetőcserepekkel szembeni fent említett elvárásra megoldást a találmányunkhoz legközelebb álló DE 44 08 508 sz. német közzétételi irat ismertet. Ez a találmány ezt a feladatot úgy oldja meg, hogy olyan tetőfedő cserepet készít, amelynek alja, teteje, illetve oldalszélei az eredeti tetőcseréppel azonos kialakításúak. így ezek a cserepes tetőbe a normál tetőcserép helyébe betehetők, külön tömítés nélkül. Ennél a megoldásnál a sík napfénycellák csak a tetőcserép középső mezőjébe, az ott lévő sík felületre vannak integrálva, ennélfogva nem az egész tetőfelület, hanem csak egy része vesz részt az elektromos energia előállításában.
A fenti hiányosságok kiküszöbölésére célunk a találmányunk szerinti napelemes tetőcserép létrehozása,
HU 227 066 Β1 és ennek előállítására vonatkozó eljárás, melynek segítségével nemcsak részben, hanem teljesen azonos alakú, formájú, azonos színű és teljes külső felületén napelemmel ellátott tetőcserepet lehessen készíteni, így ha valaki napelemes tetőt akar kialakítani, akkor azt az eredeti tetőszerkezet és annak összképének megbontása nélkül, egyszerűen az eredeti tetőcserepek találmányunk szerinti napelemes tetőcseréppel való lecserélésével megoldhatja.
A találmányunk elektromos energiát előállító napelemes tetőcserép, amely külső felületén napelemekkel van ellátva, a napelemek vezetékekkel és csatlakozókkal vannak felszerelve, és bármilyen tetőcserép helyére is beilleszthető kialakítású.
Találmányunk szerinti napelemes tetőcserép lényege, hogy műanyagból vagy műgyantából kívánt alakra és méretre előállított alaptesttel rendelkezik, és az alaptest külső felületére napelemeket tartalmazó hajlékony napelemréteg van felvive, az alaptestben és/vagy annak felületén áramvezető sínek és csatlakozók vannak elhelyezve, továbbá a napelemréteg közvetlenül, vagy vezetőtüske segítségével az áramvezető sínekkel össze van kapcsolva, a napelemréteg pedig a napelemmel ellátott tetőcserép külső alakjához simuló, napfényt áteresztő védőréteggel van vízmentesen lezárva.
A találmány szerinti készülék legáltalánosabb kiviteli alakja az 1. igénypont szerint valósul meg. Az egyes kiviteli példák a 2-9. igénypontok szerint valósíthatók meg.
Találmányunk szerinti napelemes tetőcserép előállítására vonatkozó eljárás lényege, hogy a gyártani, felhasználni kívánt formájú és méretű alaptestnek elkészítjük negatív mintáját, sablonját, majd a negatív mintába elhelyezzük, vagy helyet hagyunk az áramvezető síneknek és az elektromos csatlakozóknak, továbbá a tetőcserép fajtájától függően fészket alakítunk ki a később beépítendő vezérlőelektronika és akkumulátor részére, majd ezt követően a kiválasztott műanyag negatív formába való préselésével, vagy öntéssel, vagy fröccsöntéssel előállítjuk az alaptestet, ezt követően a megszilárdult alaptest sík és domború felületeire egyaránt felvisszük a napelemeket tartalmazó hajlékony napelemréteget, továbbá a napelemréteget a megfelelő helyeken elektromosan összekapcsoljuk az áramvezető sínekkel és az elektromos csatlakozókkal, következő lépésként pedig a napelemréteggel már ellátott alaptestet időjárás-, hő- és fagyálló mechanikai védelmet nyújtó fényáteresztő védőréteggel, az alaptestre simuló módon bevonjuk.
Az egyes eljárási változatok a 11-15. igénypontok alatt kerültek ismertetésre.
A találmány szerinti napelemes tetőcserepet rajzokon keresztül ismertetjük részletesebben, ahol az
IA. ábrán a találmány szerinti napelemes tetőcserép A-A metszeti képe, akkumulátoros kiviteli alakban, az
IB. ábrán az 1 A. ábrán bemutatott A-A metszet kinagyított képe, a
2. ábrán a találmány szerinti napelemes tetőcserép perspektivikus képe látható.
Az 1A. ábrán mutatjuk be a találmány szerinti napelemes tetőcserép A-A metszeti képét, míg a 2. ábrán annak perspektivikus képét. Az 1B. ábrán kinagyítva külön is bemutatjuk a 4 alaptesten elhelyezett 3 áramvezető sínt, 2 napelemréteget és 1 védőréteget. Ezeken az ábrákon jól látható, hogy a napelemes 10 tetőcserép műanyagból, vagy műgyantából a kívánt tetőcserép alakra és méretre előállított 4 alaptesttel rendelkezik, és a 4 alaptest külső felületére napelemeket tartalmazó hajlékony 2 napelemréteg van felvive.
Az 1A. ábrán a napelemes 10 tetőcserép egy olyan kiviteli alakjának metszeti képét láthatjuk, ahol a 4 alaptest felületén vannak elhelyezve a 3 áramvezető sínek. Ugyancsak a 4 alaptest felületén van ábrázolva a csatlakozók közül az a fajta, amelyik 7 csatlakozóaljzatból és benne elhelyezett 8 csatlakozóhüvelyből áll. A másik csatlakozó, amely 9 vezetőtüskéből áll, pedig a 4 alaptestbe van beépítve. A 2 napelemréteg részben közvetlenül, részben 9 vezetőtüske segítségével, 3 áramvezető sínekkel, polaritásnak megfelelő elrendezésben elektromosan össze van kapcsolva. A 9 vezetőtüske 13 tömítőgyűrűvel van ellátva. A 2 napelemréteg a 4 alaptest megvilágításra kerülő külső felületét teljesen befedi. Továbbá a 2 napelemréteg, a 4 alaptest külső alakjához simuló, napfényt áteresztő 1 védőréteggel van vízmentesen lezárva.
A napelemes 10 tetőcserép bemutatott kiviteli alakjánál a 4 alaptestben az 5 akkumulátor és vezérlőelektronika befogadására és csatlakoztatására alkalmas 11 fészek van kialakítva, és a 11 fészekbe 5 akkumulátor van beültetve. Az 5 akkumulátor nélküli kiviteli alaknál a 11 fészek kialakítása elmaradhat. A napelemes 10 tetőcserépnél szükség szerinti hűtése céljából a 4 alaptest, 6 hűtőbordákkal is el van látva, előnyösen a 11 fészek környezetében. Az 1A. ábrán nincs feltüntetve, de hóleolvasztási célból, amennyiben szükséges, a 4 alaptestbe, vagy az 1 védőrétegbe fűtőszál is beépíthető.
A 2. ábrán látható, hogy a napelemes 10 tetőcserép az azonos alakú és méretű normál tetőcseréppel átlapolható kötésbe rakhatóan van kialakítva. A napelemes 10 tetőcserepek átlapolásánál az elektromos áram átvezetését közöttük a megfelelő helyeken felszerelt és egymásba illő 9 vezetőtüske és 8 csatlakozóhüvely biztosítja. Az ábrán feltüntettük a 12 hibajelző fényforrást is, amely a 4 alaptest felső, még nem takart részén van elhelyezve. A 2. ábrán a 3 áramvezető sínek bejelölése, elrendezése csak a működéshez szükséges megértés miatt került az ábrára, mivel azokat a 2 napelemréteg, illetve az átlátszó 1 védőréteg a valóságban letakarja.
A találmány szerinti eljárással előállított napelemes tetőcserép számos előnnyel rendelkezik. A napelemes tetőcserép bármilyen formájú tetőcseréppel felépített tetőhéjazatba rakható, a tető felületének formáját, egységét nem töri meg, abba beilleszkedik. Műemlékvédelem alatt álló épületeken is alkalmazható, mert a találmány szerinti eljárással bármilyen formában és színben elkészíthető. Továbbá nem kell a tető szerkezetében semmilyen átalakítást végezni, és külön egységeket beépíteni.
HU 227 066 Β1
A találmány további előnye, hogy a napelemes tetőcserép súlya fele a hagyományos tetőcserép súlyának. A napelemes tetőcserépbe akkumulátor is beépíthető, aminek segítségével a napfényes időszak alatt összegyűjtött energia éjjel, vagy borús időben felhasználható.
További előny még, hogy az esetlegesen meghibásodott napelemes tetőcserép jelzi a hibát, a beépített meghibásodást jelző fényforrás segítségével. így a hibás napelemes cserép könnyen megtalálható és egyszerűen kicserélhető.