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Die
Erfindung betrifft ein Dachbedeckungsmodul mit einem Modulkörper,
der in eine Hausdach-Bedeckung integrierbar ist, sowie mit einer Photovoltaikeinheit,
die auf dem Modulkörper befestigt ist.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, das der Modulkörper
als zweischaliger Kunststoffhohlkörper gestaltet ist, wobei
die beiden Schalen an ihren Randbereichen umlaufend miteinander
verschweißt sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Photovoltaikeinheit bildende
obere Schale hinsichtlich der Einbettung der Photovoltaikeinheit
optimiert sowohl hinsichtlich geometrischen als auch funktionellen
Anforderungen gestaltet werden.
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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.
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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.
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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 Photovoltaikeinheiten, die wenigstens eine zusätzliche
Schicht in Form einer Tedlarfolie 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 Randprofilierung liegende Fuge überdeckt. Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung einer Dichtraupe, um das Eindringen
von Feuchtigkeit und Schmutz über die gesamte Lebensdauer
der Photovoltaikeinheit sicherzustellen.
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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 Kunststoffhohlkörpers.
Dabei werden die über elektrische Verbindungsleitungen
verbundenen Solarzellen, vorzugsweise wenigstens ein Solarzellenstring
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.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
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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,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls,
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3 eine
perspektivische, geschnittene Darstellung des Dachbedeckungsmodul
nach 2 entlang der Schnittlinie I-I,
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4 ein
vergrößerter Ausschnitt des Schnittes I-I nach 3 ohne
eine Photovoltaikeinheit,
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5 ein
weiterer Ausschnitt Schnittes I-I nach 3, ebenfalls
vergrößert,
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Dachbedeckungsmoduls,
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7 eine
Schnittdarstellung des Dachbedeckungsmoduls nach 6 entlang
der Schnittlinie II-II,
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8 eine
weitere Schnittdarstellung des Dachbedeckungsmoduls nach 6 entlang
der Schnittlinie II-II mit eingebetteter Photovoltaikeinheit,
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9 eine
perspektivische, rückseitige Darstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Dachbedeckungsmoduls, und
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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.
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Ein
Verbund von sechs identischen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Dachbedeckungsmoduls 2 ist nach 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 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 ortgangseitig) entsprechende Profilierungen
auf. Sichtbar in 1 sind Deckfalze 9,
die mit benachbarten Modulen 2 oder benachbarten Dachziegeln
im jeweiligen ortgangseitigen Überlappungsbereich mit deren
Wasserfalzen in Eingriff stehen.
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Wie
in 1 besteht auch das Dachbedeckungsmodul 2 nach
den 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 3 ersichtlich
ist.
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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 4 des Schnittes
I-I nach 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 5 gemäß dem
Schnitt I-I nach 3 deutlich erkennbar.
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In
dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dachbedeckungsmoduls 2 gemäß den 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.
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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 3 und 5 dargestellt
ist.
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Der
erfindungsgemäße Kunststoffhohlkörper 3 gemäß den 6, 7 und 8 weist
im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den 2, 3 und 5 auch
auf der Seite der Traufe der oberen Schale 5 eine Randprofilierung 23 auf,
die nach 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 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 Aufnahmefläche 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 überdeckt, das nach 8 als
Dichtraupe ausgeführt ist. Ein mit einer solchen Photovoltaikeinheit 4 aufgebautes
Dachbedeckungsmodul 2 wird anschließend gemäß der
in 1 dargestellten Weise in einem Dachverbund verlegt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist nach 6 und 7 auf
der Aufnahmefläche 8 für die Photovoltaikeinheit 4 eine
gitterförmige Konturierung vorgesehen, die mit flache Einbettungen
oder Nuten 22 versehen ist. Die durch die gitterförmige Geometrie
entstehenden rechteckförmigen 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.
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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.
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Mit
der gitterartigen Konturierung 22 auf der Aufnahmefläche 8 lässt
sich der Aufbau der Photovoltaikeinheit 4 nach 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 1 dargestellten Weise in einem Dachverbund verlegt werden.
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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 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 8 abgedichtet.
Der Aufbau der oberen Schale 5 mit der eingebetteten Photovoltaikeinheit 4 entspricht
damit demjenigen nach 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 1 dargestellten
Weise verwendet werden kann.
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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 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 9 dargestellt, wonach in Längsrichtung,
also parallel zur first- oder traufeseitigen 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.
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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
Gegeneinanderpressen 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 3 bis 5, 7 und 8 zu
erkennen ist. Gleichzeitig werden auch die umlaufenden Randbereiche
der beiden Schalen 5 und 6 dicht miteinander verschweißt.
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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.
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Die
Verkabelung der Photovoltaikeinheiten 4 der im Verbund
verlegten Dachbedeckungsmodule 2 erfolgt über
einen Steckverbindungsbereich 18, der nach 9 an
der unteren Schale 6 des Kunststoffhohlkörpers 3 gleichzeitig
mit dem Tiefziehprozess angeformt wird und als boxenförmiges
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 Photovoltaikeinheiten 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 9 nicht
dargestellt ist. Dieses Anschlussgehäuse 18 kann
natürlich jede beliebige andere Form aufweisen, bspw. auch
dosenartig mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein.
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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.
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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.
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Auf
der Rückseite der nach 1 gezeigten Vorderansicht
des Dachausschnittes sind nach 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 Schlauch- oder Rohrprofilen flüssigkeitsleitend und
dicht miteinander verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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