PL249034B1 - Materiał kompozytowy do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych - Google Patents

Abstract

Materiał kompozytowy do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych, charakteryzuje się tym, że zawiera objętościowo 20% - 35% paliwa alternatywnego, 30% - 40% piasków odpadowych oraz 35% - 40% piasku kwarcowego, korzystnie 35% paliwa alternatywnego, 30% piasków odpadowych oraz 35% piasku kwarcowego, przy czym jako paliwo alternatywne stosuje się polietylenem o wysokiej gęstości HDPE oraz polietylen o niskiej gęstości LDPE w stosunku wagowym 3:1, zaś piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg w stosunku wagowym 1:1:1. Korzystnie, ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm, przy czym dodany jest barwnik w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest materiał kompozytowy do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych, przeznaczonych do pokrywania konstrukcji dachowych wszelkich obiektów budowlanych.

Znana jest z publikacji opisu patentowego PL243912B1 dachówka fotowoltaiczna i sposób jej wytwarzania. Dachówka fotowoltaiczna zawierająca przeciwelektrodę, ciekły elektrolit i fotoanodę w postaci szklanej płytki połączonej z warstwą transparentnego tlenku przewodzącego, nanowarstwą tlenku tytanu osadzoną metodą ALD oraz półprzewodnik typu „n” w postaci nanokrystalicznego tlenku tytanu z zaadsorbowanym barwnikiem, do której przylega warstwa ciekłego elektrolitu, połączona z przeciwelektrodą składającą się z warstwy platyny osadzonej sitodrukiem oraz warstwy transparentnego tlenku przewodzącego w postaci tlenku cyny domieszkowanej fluorem FTO lub tlenku indowo cynowego ITO oraz dachówki.

Znany jest z publikacji polskiego zgłoszenia patentowego P.433999, element pokrycia dachowego, zwłaszcza modułowa blachodachówka, w której na górnej powierzchni co najmniej jednego płaskiego ułożona jest pierwsza warstwa materiału adhezyjnego na bazie polimeru aktywowanego pod wpływem podwyższonej temperatury. Na pierwszej warstwie materiału adhezyjnego usytuowany jest element fotowoltaiczny, przy czym element fotowoltaiczny stanowi ogniwo o spodniej aktywacji emitera wykonane w technologii PERC. Na elemencie fotowoltaicznym ułożona jest druga warstwa materiału adhezyjnego na bazie polimeru aktywowanego pod wpływem podwyższonej temperatury. Na drugiej warstwie materiału adhezyjnego ułożona jest transparentna warstwa ochronna, przy czym pierwsza warstwa materiału adhezyjnego, element fotowoltaiczny, druga warstwa materiału adhezyjnego i transparentna warstwa ochronna połączone są ze sobą i korpusem elementu pokrycia dachowego w procesie laminacji.

Znana jest z publikacji opisu patentowego EP2443668A1 dachówka fotowoltaiczna, składająca się z wielu płytek, z których co najmniej dwie sąsiadujące ze sobą płytki częściowo zachodzą na siebie, w tym korpus mający zachodzące na siebie krawędzie stanowiące górną krawędź i dolną krawędź, przy czym górna krawędź jest uformowana tak, aby zakrywać dolną krawędź co najmniej jednej z sąsiadujących płytek, warstwę fotowoltaiczną i złącza elektryczne, które są podłączone do warstwy fotowoltaicznej za pomocą przewodników elektrycznych.

Znany jest z publikacji opisu patentowego PL230854B1 sposób wytwarzania blachodachówki modułowej ze zintegrowanym ogniwem fotowoltaicznym, w którym płaską blachę profiluje się na zimno i wytwarza moduł, zawierający przynajmniej jedną blachodachówkę, zaś do przynajmniej jednej blachodachówki w module przytwierdza się przynajmniej jedno ogniwo fotowoltaiczne, wyróżnia się tym, że w etapie profilowania na zimno wytłacza się wnękę chłodzącą w miejscu przewidywanego przytwierdzenia ogniwa fotowoltaicznego do przynajmniej jednej blachodachówki oraz wytłacza się rowek na kabel połączeniowy. Natomiast w etapie przytwierdzania ogniwa fotowoltaicznego rozłączalnie przykleja się ogniwo fotowoltaiczne do blachodachówki.

Znana jest z publikacji opisu wzoru użytkowego W.124414 dachówka fotowoltaiczna, mająca zastosowanie do krycia dachów oraz do dostarczania energii elektrycznej, o budowie dachówki typu reńskiego. Na spodniej powierzchni szklanego korpusu dachówki znajduje się wzdłużne wyżłobienie, w którym umieszczone jest co najmniej jedno ogniwo fotowoltaiczne, a na każdej z dwóch dłuższych ścian wzdłużnego wyżłobienia znajdują się otwory, w których umieszczane są blaszki stykowe ogniw fotowoltaicznych, ponadto pomiędzy wzdłużnym wyżłobieniem a dolną powierzchnią czołową dachówki znajduje się wycięcie służące do chłodzenia powietrzem ogniw fotowoltaicznych.

Znany jest z publikacji opisu patentowego PL222468B1 sposób produkcji dachówki na bazie kompozycji piasku i tworzywa sztucznego, który polega na tym, że podgrzewa się piasek w silosie i za pomocą podajnika taśmowego transportuje się go do mieszalnika termoplastokompozytów, w którym są podgrzewane do temp. 190°C - 205°C i jednostajnie mieszane odpady polietylenowe w postaci wcześniej rozdrobnionej odpadowej folii pochodzącej z recyklingu w proporcji 3:1, gdzie jedną trzecią masy stanowią odpady polietylenowe, a dwie trzecie wypełniacz w postaci piasku.

Celem wynalazku jest opracowanie składu materiału kompozytowego, przeznaczonego do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych, wykorzystującego w sposób racjonalny odpady z tworzyw sztucznych poprzez ich recykling, które to dachówki będą również znacząco tańsze od tradycyjnych dachówek ceramicznych, a także będą przyjazne dla środowiska oraz odporne na uszkodzenia mechaniczne i wpływ warunków atmosferycznych.

Materiał kompozytowy do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych, charakteryzuje się tym, że zawiera objętościowo 20%-35% paliwa alternatywnego, 30-40% piasków odpadowych oraz 35-40% piasku kwarcowego, korzystnie 35% paliwa alternatywnego, 30% piasków odpadowych oraz 35% piasku kwarcowego, przy czym jako paliwo alternatywne zawiera polietyle n o wysokiej gęstości HDPE oraz polietylen o niskiej gęstości LDPE w stosunku wagowym 3:1, zaś piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg w stosunku wagowym 1:1:1.

Korzystnie, ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm.

Korzystnie, dodatkowo zawiera barwnik w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.

Wytworzone dachówki fotowoltaiczne z materiału kompozytowego, według wynalazku, cechują się niską higroskopijnością, dobrą odpornością na działanie niekorzystnych warunków atmosferycznych i zapewniają dobrą izolacyjność dachu, zarówno termiczną, jak i akustyczną. Dodatkowo, dachówki takie wyglądem nie różnią się od dachówek ceramicznych, w przekroju mają jednolitą barwę i mają gładką powierzchnię. Są o 50% lżejsze od tradycyjnych dachówek ceramicznych, a także charakteryzują się bardzo niską higroskopijnością: brakiem grzybów, pleśni i mchów, całkowitą mrozoodpornością. Ponadto, są odporne na wszystkie czynniki atmosferyczne, siłę odrywającą wiatru, promieniowanie UV, są odporne na pękanie w przypadku uderzenia gradu lub pod ciężarem zalegającego śniegu, zapewniają większą izolacyjność poddasza wynikającą z małej przewodności cieplnej dachówek, a także zapewniają dźwiękoszczelność, co eliminuje hałas związany z opadami atmosferycznymi. Niski ciężar dachówek z przedstawionego materiału kompozytowego pozwala na zastosowanie lżejszej konstrukcji więźby dachowej, a nawet ścian, szczególnie w przypadku domów drewnianych. Jest to także bardzo istotna cecha między innymi przy remontach starych dachów.

Materiał kompozytowy, według wynalazku, przedstawiony jest w przykładach wykonania.

Przykła d 1

Materiał kompozytowy zawiera, w przeliczeniu na objętość kompozytu, 20% paliwa alternatywnego, 40% piasków odpadowych oraz 40% piasku kwarcowego.

Jako paliwo alternatywne zostały wykorzystane tworzywa HDPE (polietylen o wysokiej gęstości (High Density Poliethylene)) i LDPE (Low Density Poliethylene, czyli polietylen o niskiej gęstości cząsteczek) w stosunku 3:1, które powstały w procesie polimeryzacji etylenu. Piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg w stosunku 1:1:1. Ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm. Do tak przygotowanego materiału kompozytowego dodaje się barwnik, w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.

Wszystkie składniki mieszanki kompozytowej łączy się ze sobą w zbiorniku i miesza mieszadłami z prędkością od 15 do 60 obr/min, do uzyskania jednolitej masy, a następnie masę podgrzewa w temperaturze 250°C w piecu obrotowym lub wytłaczarce ślimakowej przez okres 10 do 15 min. Po tym czasie następuje formowanie (wtłaczanie) gotowej masy kompozytowej do odpowiednich form i tworzenie gotowych dachówek, które uzbraja się w ogniwa PV.

Przykład 2

Materiał kompozytowy zawiera, w przeliczeniu na objętość kompozytu, 30% paliwa alternatywnego, 35% piasków odpadowych oraz 35% piasku kwarcowego.

Jako paliwo alternatywne zostały wykorzystane tworzywa HDPE (polietylen o wysokiej gęstości (High Density Poliethylene)) i LDPE (Low Density Poliethylene, czyli polietylen o niskiej gęstości cząsteczek) w stosunku 3:1, które powstały w procesie polimeryzacji etylenu. Piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg w stosunku 1:1:1. Ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm. Do tak przygotowanego materiału kompozytowego dodaje się barwnik, w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.

Wszystkie składniki mieszanki kompozytowej łączy się ze sobą w zbiorniku i miesza ze sobą mieszadłami z prędkością od 15 do 60 obr/min, do uzyskania jednolitej masy, a następnie podgrzewa w temperaturze 250°C w piecu obrotowym lub wytłaczarce ślimakowej przez okres 10 do 15 min. Po tym czasie następuje formowanie (wtłaczanie) gotowej masy kompozytowej do odpowiednich form i tworzenie gotowych dachówek, które uzbraja się w ogniwa PV.

Przykład 3

Materiał kompozytowy zawiera, w przeliczeniu na objętość kompozytu, 35% paliwa alternatywnego, 30% piasków odpadowych oraz 35% piasku kwarcowego.

Jako paliwo alternatywne zostały wykorzystane tworzywa HDPE (polietylen o wysokiej gęstości (High Density Poliethylene)) i LDPE (Low Density Poliethylene, czyli polietylen o niskiej gęstości cząsteczek) w stosunku 3:1, które powstały w procesie polimeryzacji etylenu. Piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg w stosunku 1:1:1. Ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm. Do tak przygotowanego materiału kompozytowego dodaje się barwnik, w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.

Wszystkie składniki mieszanki kompozytowej łączy się ze sobą w zbiorniku i miesza ze sobą mieszadłami z prędkością od 15 do 60 obr/min, do uzyskania jednolitej masy, a następnie podgrzewa w temperaturze 250°C w piecu obrotowym lub wytłaczarce ślimakowej przez okres 10 do 15 min. Po tym czasie następuje formowanie (wtłaczanie) gotowej masy kompozytowej do odpowiednich form i tworzenie gotowych dachówek, które uzbraja się w ogniwa PV.

Ostatecznie została wybrana mieszanka C, gdyż wykazywała najlepsze właściwości pod kątem produkcji materiału kompozytowego.

Cały cykl produkcji dachówek kompozytowych, według powyższych przykładów wykonania, można podzielić na następujące etapy: kruszenie, rozdrabnianie, granulowanie lub darcie odpadów z tworzyw sztucznych, mieszanie piasku, polimerów i barwników mieszadłami z prędkością od 15 do 60 obr/min, topienie surowców w temperaturze 250°C w piecu obrotowym lub wytłaczarce ślimakowej przez okres 10 do 15 min., formowanie (wtłaczanie) masy kompozytowej do odpowiednich form i tworzenie gotowych dachówek. Schładzanie i rozformowanie elementów, uzbrajanie dachówek w moduły fotowoltaiczne, a następnie pakowanie zestawów. Prefabrykaty tak powstałe charakteryzować się będą jednorodnością, brakiem wewnętrznych i zewnętrznych pęknięć lub pustek w całym przekroju materiałowym.

Wytworzone kompozytowe dachówki, o ciężarze ok. 20 kg/m² są dwukrotnie lżejsze, aniżeli analogiczne dachówki ceramiczne 40 - 75 kg/m², czy dachówki cementowe 40 - 55 kg/m². Co za tym idzie, elementy konstrukcyjne więźby dachowej mogą mieć nośność zredukowaną o ok. 25% w stosunku do analogicznej konstrukcji przygotowanej pod montaż tradycyjnych dachówek ceramicznych.

Elementem składowym dedykowanego do dachówek kompozytowych, wytworzonych z materiału według wynalazku, modułu fotowoltaicznego, jest ogniwo PV. Na rynku są dostępne ogniwa o dużej sprawności sięgającej nawet 20%, które po zalaminowaniu w folii EVA i wyprowadzeniu przewodów mogą stanowić dedykowany moduł fotowoltaiczny. Połączone dachówki stanowić będą strukturę, która poprzez swoje szeregowo-równoległe połączenia wytworzy energię elektryczną o określonych parametrach dostosowanych do użytych w projekcie inwerterów czy magazynów. Uzyskana ze struktury fotowoltaicznej energia będzie przekazywana do odbiorników energii, do magazynu energii lub do samochodu elektrycznego, który będzie też mobilnym magazynem energii.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Materiał kompozytowy do wytwarzania dachówek fotowoltaicznych, znamienny tym, że zawiera objętościowo 20%-35% paliwa alternatywnego, 30-40% piasków odpadowych oraz 35- 40% piasku kwarcowego, korzystnie 35% paliwa alternatywnego, 30% piasków odpadowych oraz 35% piasku kwarcowego, przy czym jako paliwo alternatywne zawiera polietylen o wysokiej gęstości HDPE oraz polietylen o niskiej gęstości LDPE w stosunku wagowym 3:1, zaś piaski odpadowe to piaski pochodzące z separatorów z przemysłowych oczyszczalni ścieków, odpadowe frakcje mineralne z kopalni powstałe przy produkcji kruszyw budowlanych i odpadowa podbudowa dróg, w stosunku wagowym 1:1:1.
2. 2. Materiał, według zastrz. 1, znamienny tym, że ziarna poszczególnych składników mają frakcję wielkości od 3 mm do 8 mm.
3. 3. Materiał, według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że dodatkowo zawiera barwnik w postaci tlenku żelaza lub sadzy technicznej.