-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gebäudebauelement mit Photovoltaikfunktionalität gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gebäudebauelements mit Photovoltaikfunktionalität gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
-
Ein Gebäude wird aus einer Mehrzahl von Gebäudebauelementen gebaut. Zu den Gebäudebauelementen zählen insbesondere Dachelemente und Wandelemente. Gebäudebauelemente bilden die Grundstruktur eines Gebäudes aus und bieten Schutz vor Umwelteinflüssen, wie Regen, Wind oder Sonnenstrahlung.
-
Photovoltaikanlagen mit Solarzellen dienen der direkten Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie. In Ländern mit hoher Bevölkerungsdichte werden Photovoltaikanlagen oft an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, sodass die erzeugte elektrische Energie direkt in das Stromnetz gespeist werden kann. In Ländern mit geringer Bevölkerungsdichte und an abgelegenen Orten ist dies jedoch oftmals nicht sinnvoll, da das Errichten einer Leitung zum öffentlichen Stromnetz zu aufwendig und zu kostenintensiv wäre. Ohnehin gibt es in einigen Ländern insbesondere in provinziellen Gegenden kein öffentliches Stromnetz.
-
Beispielhaft für diese Problematik sind Schwellenländer. Dort gibt es in vielen Gegenden keine Stromversorgung über das öffentliche Stromnetz. Gleichwohl ist aber auch in solchen Gegenden ein Energiebedarf vorhanden, so sind beispielsweise Mobiltelefone auch dort weit verbreitet. Zum Aufladen der Mobiltelefone ist jedoch eine Stromversorgung notwendig. Oftmals gibt es in solchen Gegenden Diesel/Benzin-Generatoren für die Stromerzeugung.
-
Der Einsatz von Photovoltaikanlagen in solchen Gegenden ist aufgrund der hohen Sonneneinstrahlung zwar zweckmäßig, aber nicht gänzlich unproblematisch. Zum einen sind Solarzellen anfällig gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Staub sowie gegenüber mechanischen Einflüssen. Zum anderen stellen Photovoltaikanlagen einen entsprechenden Wert dar, den es vor Diebstahl zu schützen gilt. Andererseits sind in diesen Ländern die Dächer oft in Leichtbauweise erstellt. Das hohe Gewicht von herkömmlichen Glas-Aluminium Modulen auf den üblichen Leichtbaudächern erfordert aufwändige Aluminium-Unterkonstruktion.
-
Zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber mechanischen Einflüssen schlägt
DE 36 11 543 A1 vor, Solarmodule auf einer Platte aus gewellter Aluminiumfolie oder gewelltem Aluminiumblech anzubringen. Zwar werden die Solarmodule dadurch mit einem steifen Unterbau versehen, die Solarmodule sind jedoch bei einer solchen Vorrichtung weiterhin den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Ähnliches trifft auch für eine Solarzellenanordnung gemäß
AU 2013204716 A zu.
-
In
JP 2013181305 A wird vorgeschlagen, Solarzellen zwischen zwei wellenförmigen Schichten anzuordnen. Die Solarzellen sollen verschieblich sein, sodass ihre Position je nach dem Stand der Sonne verändert werden kann. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, dass die Solarzellen durch die Reibung und durch die Formänderung verschleißen und dadurch in ihrer Funktion eingeschränkt oder gar funktionsunfähig werden.
-
Es gibt Solarzellenmodule mit Glas als Deckschicht, wobei die Solarzellen in EVA eingebettet sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gebäudebauelement für ein Gebäude mit Photovoltaikfunktionalität bereit zu stellen, welches die Solarzellen sowohl vor mechanischen Einflüssen als auch vor Umwelteinflüssen umfassend schützt und ein geringes Gewicht aufweist.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gebäudebauelement mit Photovoltaikfunktionalität bereit zu stellen, das vor Diebstahl geschützt ist.
-
Diese Aufgaben werden durch ein Gebäudebauelement mit Photovoltaikfunktionalität gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gebäudebauelements mit Photovoltaikfunktionalität gemäß Anspruch 10 gelöst.
-
Ein Kernpunkt der Erfindung ist es, das Gebäudebauelement mit Photovoltaikfunktionalität in ein Gebäude zu integrieren. Aus diesem Grund werden die Solarzellen in ein Gebäudebauteil integriert. Ein solches Gebäudeteil weist eine Raumform auf, die herkömmlichen, standardisierten Gebäudeteilen entspricht, so dass es wie ein herkömmliches Gebäudeteil in eine Dach- oder Fassadenstruktur eines Gebäudes integriert werden kann. Die Integration in die Struktur des Gebäudes hat zur Folge, dass eine einfache Entwendung des Gebäudebauelements verhindert wird, da das Gebäudebauteil fest mit dem Gebäude verbunden ist. Die Integration der Solarzelle in das Gebäudeteil hat zur Folge, dass die Solarzellen gut vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen, wie z.B. Wind und Niederschläge, geschützt sind.
-
Das Gebäudebauelement mit Photovoltaikfunktionalität weist zumindest eine Solarzelle, zumindest ein elektrisches Anschlusselement, eine untere Schutzschichtanordnung und eine obere Schutzschichtanordnung auf. Das Gebäudebauelement weist eine flächige Form auf. Flächig bedeutet, dass die Ausdehnung in zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems deutlich größer als in die dritte Koordinatenachse, so wie das beispielsweise bei einem Blatt Papier oder bei strukturierten Dachelementen wie einem Wellblechdachelement der Fall ist. Die zumindest eine Solarzelle und das elektrische Anschlusselement sind zwischen der unteren Schutzschichtanordnung und der oberen Schutzschichtanordnung eingebettet.
-
Das Gebäudebauelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zwischen der unteren Schutzschichtanordnung und der oberen Schutzschichtanordnung zumindest ein im Wesentlichen abgeschlossener Aufnahmeraum gebildet ist, in dem die zumindest eine Solarzelle angeordnet ist, wobei die untere Schutzschichtanordnung und die obere Schutzschichtanordnung zum Bilden des zumindest einen Aufnahmeraums stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei zumindest Randbereiche des Gebäudebauelements an eine Gebäudestruktur angepasst sind.
-
Durch den Stoffschluss wird sichergestellt, dass der Aufnahmeraum vor Umwelteinflüssen, beispielsweise vor Feuchtigkeit und Staub, geschützt wird. Im Rahmen der Erfindung bedeutet im Wesentlichen abgeschlossen, dass der Stoffschluss des Aufnahmeraum nur für notwendige Verbindungen zwischen Solarzelle und Umgebung, insbesondere für das elektrische Anschlusselement, unterbrochen ist. Stoffschluss kann bspw. durch Verkleben, Verschmelzen, Verschweißen oder Vergießen hergestellt werden.
-
Die obere Schutzschichtanordnung besteht ausschließlich aus einer oder mehrerer transparenter Kunststoffschichten. Das Gebäudebauelement umfasst somit keine Glasscheiben, die eine hohes Gewicht aufweisen und zudem eine steife Rahmenstruktur erfordern. Die erfindungsgemäße obere Schutzschicht ist transparent, so dass die lichtempfindliche Seite der Solarzelle, die angrenzend an der oberen Schutzschicht angeordnet ist, ungehindert mit Licht bestrahlt werden kann. Die Ausbildung der oberen Schutzschicht ausschließlich aus Kunststoff mach das Gebäudebauelement leicht, da die Kunststoffschicht(en) leichter als Glas sind und keine zusätzlichen Rahmenstrukturen erfordern. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Gebäudebauelement einfach in Leichtbau-Dächer integrieren.
-
Vorzugsweise besteht auch die untere Schutzschichtanordnung ausschließlich aus einer oder mehrerer Kunststoffschichten.
-
Durch die Anpassung des Gebäudebauelements an eine Gebäudestruktur zumindest im Randbereich durch eine nicht-ebene Form, die starr ausgebildet ist, die beispielsweise durch eine Wellenform oder auch einen Teil einer Nut-Feder-Verbindung realisiert sein kann, wird ermöglicht, dass das Gebäudebauelement in das Gebäude integriert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Formschluss zwischen dem Gebäudebauelement und der Gebäudestruktur ermöglicht ist. Auf diese Weise kann das Gebäudebauelement bei bestimmungsgemäßem Gebrauch auch hohen mechanischen Beanspruchungen widerstehen.
-
Wird beispielsweise das Dach eines Gebäudes aus mehreren Wellblechdachelementen gebildet, so kann das Gebäudebauelement in Randbereichen dadurch an diese Struktur angepasst sein, dass es in den Randbereichen ebenfalls eine Wellblechstruktur aufweist, sodass es ein herkömmliches Wellblechdachelement ersetzen kann. Alternativ kann das Gebäudebauelement auch auf ein bereits vorhandenes Wellblechdachelement gelegt und dort befestigt werden. In diesem Fall sind bevorzugt sämtliche Bereiche des Gebäudebauelements an die Gebäudestruktur, hier die Struktur eines bereits verbauten Elements, angepasst.
-
Die Randbereiche sind vorzugsweise schmal. Auf diese Weise stehen große Bereiche des Gebäudebauteils für die Anordnung von Solarzellen zur Verfügung. Insbesondere können Randbereiche nur ein oder zwei Iterationen eines wiederkehrenden Strukturelements wie beispielsweise einer Welle oder einer trapezartigen Form.
-
Bei einer vorteilhaften Weitebildung weisen an einem im Wesentlichen rechteckigen Gebäudebauteil vorteilhafterweise zwei gegenüberliegende Randbereiche nur ein oder zwei Iterationen des wiederkehrenden Strukturelements auf. Dadurch sind diese Randbereiche schmal. Die beiden verbliebenen Randbereiche weisen bevorzugt durchgehend das wiederkehrende Strukturelement auf. Diese Randbereiche sind dadurch schmal, dass sie jeweils nur kurze Abschnitte der wiederkehrenden Strukturelemente aufweisen, beispielsweise Abschnitte von weniger als 1/8 oder 1/10 der Länge des Gebäudebauteils. Dadurch wird einerseits sichergestellt, dass eine größtmögliche Fläche für Solarzellen zur Verfügung steht, andererseits aber die Steifigkeit des Gebäudebauteils weiterhin ausreichend ist.
-
Wellblechelemente sind preisgünstig und weisen hohe mechanische Eigenschaften auf. Daher sind sie weit verbreitet und werden oftmals für den Bau von Gebäuden verwendet. Dies trifft insbesondere in vielen Schwellenländern zu. Aus diesem Grund wird die zumindest teilweise Strukturierung des Gebäudebauelements mit einer Wellenstruktur als besonders vorteilhaft angesehen. Auch andere Standard-Strukturen, wie beispielsweise die von Paneel-Dächern, Trapezblechen oder eine Strukturierung in Form einer Rechteckschwingung, sind vorteilhaft.
-
Das Gebäudebauelement kann eine oder mehrere Solarzellen umfassen. Sind mehrere Solarzellen vorhanden, so können diese entweder in einem gemeinsamen Aufnahmeraum oder auf mehrere Aufnahmeräume verteilt angeordnet sein. Durch die elektrischen Anschlusselemente, von denen das Gebäudebauteil zumindest eines aufweist, können sowohl die Solarzellen untereinander verbunden als auch eine Verbindung in einen Umgebungsbereich des Gebäudebauelements hergestellt werden. Bevorzugt ragt zumindest ein elektrisches Anschlusselement zwischen der unteren Schutzschichtanordnung und der oberen Schutzschichtanordnung in einen Umgebungsbereich hinaus. Dies ermöglicht beispielsweise einen einfachen Anschluss der Solarzellen an das Stromnetz eines Gebäudes.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind die untere Schutzschichtanordnung und die obere Schutzschichtanordnung in an die zumindest eine Solarzelle angrenzenden Umfangsbereichen im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig mit Ausnahme von Bereichen mit elektronischem Anschlusselement, stoffschlüssig miteinander verbunden. Das bedeutet, dass der Aufnahmeraum für eine Solarzelle gerade so groß ist, dass er die Solarzelle aufnehmen kann. Dadurch ist die Solarzelle örtlich festgelegt und kann nicht verrutschen. Die Zelle ist auch stoffschlüssig verbunden (einlaminiert).
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die untere Schutzschichtanordnung und die obere Schutzschichtanordnung in sämtlichen Bereichen, in denen keine Solarzelle und kein elektrisches Anschlusselement angeordnet ist, stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird ein stabiler Verbund nach Art einer Laminierung erzielt. Die beiden Schutzschichten sind bevorzugt gleichen Ausmaßes, zumindest in der flächigen Ausdehnung. In diesem Fall entspricht die Dicke des Gebäudebauelements an jedem Punkt zumindest der Dicke der beiden Schutzschichten, wodurch das Gebäudebauelement eine hohe Stabilität erhält.
-
Um die Stabilität weiter zu erhöhen, ist bei vorteilhaften Weiterbildungen vorgesehen, dass die untere Schutzschichtanordnung aus einer Bodenschicht und einer unteren Schutzschicht und/oder die obere Schutzschichtanordnung aus einer Deckschicht und oberen Schutzschicht ausgebildet sind. Die untere Schutzschicht befindet sich dabei auf der Seite der Solarzellen, auf die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch keine Sonneneinstrahlung erfolgt. Die Bodenschicht kann somit vorteilhafterweise nach ihrer Stabilität ausgewählt werden. Als besonders vorteilhaft werden Bodenschichten aus Kunststoffen, Faserverbundwerkstoffen oder Metallen angesehen. Die Bodenschicht besteht bevorzugt aus einem einheitlichen Material.
-
Die Deckschicht ist bevorzugt transparent oder lichtdurchlässig. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ausreichend Licht die Solarzellen erreicht. Die Deckschicht besteht vorzugsweise aus Polycarbonat oder Acryl. Diese Werkstoffe sorgen für eine große Stabilität und eine lange Lebensdauer des Gebäudebauteils. Die Deckschicht und/oder die Bodenschicht kann eingefärbt sein, insbesondere dann, wenn diese aus Kunststoff bestehen.
-
Als Solarzellen können beispielsweise teilkristalline, kristalline flexible oder gedruckte Solarzellen verwendet werden. Flexible Solarzellen sind zwar in der Anschaffung teurer, aber auch unanfälliger gegenüber mechanischer Einwirkungen. Auch eine gemischte Anordnung ist denkbar. Kristalline Solarzellen sind derzeit die kostengünstigsten und weit verbreitet.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen weist das Gebäudebauelement zumindest bereichsweise eine nicht-ebene Form, insbesondere eine Wellenform auf. Wellblechelemente werden insbesondere in Schwellenländern häufig verwendet und verbaut. Dies trifft beispielhaft auf Wellblechelemente mit der Wellung 76/18 und dem Format 2000 × 1064mm oder 2000 × 900mm zu. Durch die nicht-ebene Form lässt sich das Gebäudebauelement auf einfache Weise an eine Gebäudestruktur anpassen. Bei einem Gebäude, welches Wellblechelemente als Dachelemente verwendet, kann das Gebäudebauelement auf einfache Art und Weise verbaut werden.
-
Das Gebäudebauelement ist bevorzugt ein Dachelement und/oder ein Wandelement. Insbesondere der Einsatz als Dachelement ist vorteilhaft, da auf dem Dach die Sonneneinstrahlung in der Regel direkter und somit der Ertrag der Solarzellen größer ist.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass Bereiche des Gebäudebauelements, in denen eine Solarzelle angeordnet ist, eine ebene Form aufweisen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von kristallinen Solarzellen von Vorteil. Kristalline Solarzellen sind nicht sehr flexibel und können daher nicht ohne weiteres an eine Strukturierung des Gebäudebauelements, beispielsweise eine Wellenform, angepasst werden. Sind einige Bereiche eben, so können auch kristalline Solarzellen ohne weiteres dort angeordnet werden. Die Solarzellen liegen dadurch vollflächig auf, was eine besonders stabile Fixierung ermöglicht.
-
Das Verfahren zum Herstellen eines Gebäudebauelements mit Photovoltaikfunktionalität weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Stapels aus einer einer unteren Schutzschicht und einer oberen Schutzschicht, wobei zumindest eine Solarzelle zwischen der unteren Schutzschicht und der oberen Schutzschicht angeordnet wird;
- b) Blasenfreies laminieren unter Vakuum und Erwärmung.
- c) zumindest teilbereichsweises Umformen mit anschließendem Abkühlen des Verbunds.
-
Durch das Erwärmen werden die Solarzellen zwischen den Schutzschichten arretiert (laminiert). Außerdem werden die Solarzellen von den Schutzschichten vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen geschützt. Die Solarzellen werden vorteilhafterweise nicht in Randbereichen der Schutzschichten angeordnet. Durch das Umformen kann die Raumform des Gebäudebauelements an eine Gebäudestruktur, die beispielsweise durch eine Wellenform oder auch einen Teil einer Nut-Feder-Verbindung realisiert ist, angepasst werden. Die geformte Struktur kann eine Wellen- oder Trapezstruktur sein. Es werden insbesondere Randbereiche des Verbunds an eine Gebäudestruktur angepasst. Beispielsweise können die Randbereiche zu einer Wellen- oder Trapezstruktur umgeformt werden. Mit einer solchen Struktur kann das Gebäudebauelement einfach in das Gebäude integriert werden.
-
Beim Umformen kann der Verbund zusätzlich erwärmt werden.
-
Bevorzugt werden durch die Erwärmung zumindest Teilbereiche der Schutzschichten, oder auch nur einer Schutzschicht, geschmolzen oder aufgeweicht. Dadurch kommt es zu einem Stoffschluss, was einen sehr guten Schutz der Solarzellen vor Umwelteinflüssen darstellt.
-
Die Umformung dient unter anderem einer Anpassung des Gebäudebauelements an eine Gebäudestruktur. Diese kann beispielsweise eine Wellenstruktur sein. Es werden insbesondere Randbereiche des Verbunds an eine Gebäudestruktur angepasst. Beispielsweise können die Randbereiche zu einer Wellenstruktur umgeformt werden.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass der Verbund vollständig umgeformt wird. Beispielsweise könnte der gesamte Verbund mit einer Wellenstruktur versehen werden. Eine vollständige Umformung ist insbesondere bei der Verwendung flexiblen Solarzellen, insbesondere von organischen Solarzellen, sinnvoll. Diese werden dabei mit umgeformt.
-
Bei anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführungsformen wird der Verbund nicht vollständig umgeformt. Es werden vielmehr zumindest die Bereiche, in denen sich Solarzellen befinden, nicht umgeformt. Diese Bereiche werden bevorzugt eben belassen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von kristallinen Solarzellen zweckmäßig. Kristalline Solarzellen sind nicht flexibel und können sich daher kaum verformen ohne zu brechen. Durch die Umformung zumindest einiger der Bereiche, in denen keine Solarzelle ist, kann das Gebäudebauteil dennoch an eine Gebäudestruktur angepasst werden.
-
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen sind entlang eines Querschnitts des Gebäudebauteils abwechselnd ebene Bereiche und Bereiche mit Strukturierung vorgesehen. Beispielsweise können vier ebene und fünf Bereiche mit Strukturierung vorgesehen sein. In jedem der vier Bereiche befindet sich bevorzugt ein Aufnahmeraum mit Solarzellen.
-
Die Schutzschichten bestehen bevorzugt aus EVA, Silikon, Polyolefin, PVB, TPE (thermoplastische Elastomere) oder anderen geeigneten Verkapselungsmaterialien. Es ist auch möglich, dass eine Schutzschicht aus mehreren Materialien besteht. Bevorzugt bestehen beide Schutzschichten aus dem gleichen Material. Jedoch ist es auch möglich, Schutzschichten aus unterschiedlichen Materialien zu verwenden.
-
Die Erwärmung wird vorteilhafterweise bei 100°C bis 300°C und zwischen 1 min und 30 min durchgeführt. Anschließend wird der Verbund abgekühlt. Auf diese Weise wird der Stoffschluss sichergestellt. Gleichzeitig werden die Solarzellen aber keiner unnötigen Erwärmung ausgesetzt.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen wird in Schritt a) zumindest ein elektrisches Anschlusselement zwischen der unteren Schutzschicht und der oberen Schutzschicht angeordnet, das mit der zumindest einen Solarzelle verbunden ist, wobei das zumindest eine Anschlusselement von der zumindest einen Solarzelle in einen Randbereich des Verbunds oder in einen Umgebungsbereich des Verbunds führt. Dadurch wird bereits durch die Herstellung ein leicht zugänglicher elektrischer Anschluss bereitgestellt. Es können auch weitere elektrische Anschlusselemente vorgesehen werden, welche die Solarzellen untereinander verbinden.
-
Bei besonders vorteilhaften Weiterbildungen wird der Verbund zunächst umgeformt und anschließend erwärmt. Auf diese Weise kommt es durch die Umformung nicht nachträglich zu einem Verzug der einzelnen Schichten zueinander. Vielmehr können sich die Schichten bei der Umformung frei gegeneinander verschieben. Anschließend werden die Schichten dann durch die Erwärmung und eine anschließende Abkühlung fixiert.
-
Alternativ kann der Verbund auch zunächst erwärmt und anschließend umgeformt werden. Dadurch sind bei der Umformung geringere Kräfte notwendig. Durch eine anschließende Abkühlung des Verbunds wird sichergestellt, dass der Verbund die neue Form dauerhaft beibehält.
-
Das Umformen erfolgt bevorzugt durch Pressen und/oder Tiefziehen, insbesondere Vakuum-Tiefziehen. Diese Fertigungsverfahren haben sich als zweckmäßig herausgestellt, da sie keine erheblichen Kosten verursachen und zudem die Solarzellen bei der Umformung nicht beschädigen.
-
Nach der Umformung und/oder der Wärmebehandlung kann der Verbund weitere Bearbeitungsschritte erfahren. Beispielsweise kann der Verbund zugeschnitten werden, sodass ein gewünschtes Maß genau erzielt werden kann. Auch können Befestigungselemente wie beispielsweise Öffnungen an dem erhaltenen Gebäudebauteil angeordnet werden. Diese Befestigungselemente ermöglichen eine Befestigung bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Gebäudebauteils.
-
Das Gebäudebauteil kann insbesondere als Inselsystem zur Anwendung kommen. Das bedeutet, dass die Solarzellen des Gebäudebauteils nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen werden. Vielmehr wird die erzeugte elektrische Energie direkt vor Ort verbraucht.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren dargestellt und beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Gebäudebauelements;
-
2 den Querschnitt A-A der 1;
-
3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Gebäudebauelements;
-
4 den Querschnitt B-B der 3;
-
5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Gebäudebauelements;
-
6 den Querschnitt C-C der 5.
-
Die in 1 dargestellte Ausführungsform des Gebäudebauelements 1 ist ein Dachelement mit Wellenform oder Wellenstruktur. Durch die Wellenform ist das Gebäudebauelement 1 an eine Gebäudestruktur angepasst. Dies gilt insbesondere für die Randbereiche 8 des Gebäudebauelements. Das Gebäudebauelement 1 weist eine flächige, im Wesentlichen rechteckige Form auf.
-
Bei dieser Ausführungsform ist das Gebäudebauelement 1 vollständig umgeformt und erhitzt worden. Das Gebäudebauelement 1 weist mehrere Solarzellen 2 auf, die zwischen einer unteren Schutzschicht 4 und einer oberen Schutzschicht 5 angeordnet sind. Die Solarzellen 2 sind flexible Solarzellen 2, die der Wellenform folgen können.
-
Die untere Schutzschicht 4 ist auf einer Bodenschicht 3 angeordnet. Eine Deckschicht 6 ist auf der oberen Schutzschicht 5 angeordnet. Ebenfalls zwischen den Schutzschichten 4, 5 ist ein elektrisches Anschlusselement 7 angeordnet. Das elektrische Anschlusselement 7 ist mit den Solarzellen 2 verbunden und ragt in einen Umgebungsbereich 10 des Gebäudebauelements 1 hinaus. Anstatt eines losen Kabels kann auch eine Anschlussdose am Photovoltaikmodul angebracht werden.
-
Die Schutzschichten 4, 5 sind in allen Bereichen, in denen keine Solarzelle 2 und kein elektrisches Anschlusselement 7 angeordnet ist, stoffschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise werden die Solarzellen 2 vor Umwelteinflüssen geschützt. Zudem sind dadurch die Schutzschichten 4, 5 mit der Bodenschicht 3 und der Deckschicht 6 verbunden.
-
Da die Schutzschichten 4, 5 in allen Bereichen ohne Solarzelle 2 und Anschlusselement 7 stoffschlüssig verbunden sind, trifft dies auch auf die Umfangsbereiche 9 der Solarzellen 2 zu. Durch die stoffschlüssige Verbindung dieser Umfangsbereiche 9 werden die Solarzellen 2 räumlich festgelegt und können nicht verrutschen. Zudem kleben die Schutzschichten 4, 5 durch die Wärmebehandlung an den Solarzellen 2, wodurch diese zusätzlich fixiert sind. Die Solarzellen 2 sind somit zwischen den Schutzschichten 4, 5 einlaminiert.
-
Die Schutzschichten sind aus EVA, Silikon oder anderen geeigneten Verkapselungsmaterialien ausgebildet. Die Deckschicht 6 ist aus einem transparenten Kunststoffmaterial ausgebildet. Hierfür sind vor allem aufgrund der Witterungsbeständigkeit und langen Lebensdauer Polycarbonat und Acrylglas geeignet. Die Bodenschicht kann aus einen transparenten oder eingefärbten Kunststoff, einer Faserplatte oder einer Metallplatte ausgebildet sein.
-
Die Solarzellen 2 sind zentral in dem Gebäudebauelement 1 angeordnet. Dadurch bleiben Randbereiche 8 frei. Die Solarzellen 2 sind alle in einem gemeinsamen Aufnahmeraum 11 angeordnet (2). In den Randbereichen 8 können beispielsweise Öffnungen oder andere Fixierungsmittel angeordnet werden, die eine Fixierung des Gebäudebauelements 1 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ermöglichen.
-
Die Randbereiche 8 weisen, wie das gesamte Bauteil, eine Wellenform auf. Dadurch ist das Gebäudebauteil 1 an eine Gebäudestruktur angepasst. Die Wellenform ermöglicht es, das Gebäudebauteil 1 überlappend mit anderen Gebäudebauteilen, sowohl solchen mit Solarzellen, als auch herkömmlichen Wellblechelementen, anzuordnen. Auf diese Weise wird ein Formschluss zwischen dem Gebäudebauteil 1 und angrenzenden Bauteilen erreicht. Dies erhöht die Stabilität des Gesamtverbunds in erheblichem Maße. Dadurch werden die Solarzellen 2 weniger stark mechanisch beansprucht, da einwirkende Kräfte von dem Gesamtverbund aufgenommen werden können.
-
Zudem kann das Gebäudebauteil 1 in überlappenden Bereichen mit anderen Bauteilen verbunden werden, beispielsweise mittels Schraubenverbindungen. In den überlappenden Bereichen können auch Dichtelemente, wie beispielsweise eine Dichtraupe, angeordnet werden. Auf diese Weise wird ein Innenraum des Gebäudes vor Umwelteinflüssen, beispielsweise Regen oder Wind, geschützt.
-
Die Ausführungsform der 1 wird bevorzugt wie folgt hergestellt:
- – Zunächst werden die Bodenschicht 3, die untere Schutzschicht 4, die Solarzellen 2 mit dem elektrischen Anschlusselement 7, die obere Schutzschicht 5 und die Deckschicht 6 zu einem Stapel aufeinander angeordnet.
- – Anschließend wird dieser Verbund aufgeheizt und in einer Presse umgeformt.
- – Nach oder während der Formgebung wird das gesamte Werkstück unter Vakuum erhitzt und auf einer hohen Temperatur gehalten, wodurch die Schutzschichten 4, 5 anschmelzen, sich dreidimensional vernetzen und so stoffschlüssig miteinander verbunden werden und als Klebstoff für den gesamten Verbund dienen.
- – Durch ein anschließendes Abkühlen behält der Verbund die neue Form bei und bildet so das Gebäudebauelement 1.
- – Abschließend wird das Gebäudebauelement 1, falls nötig, zugeschnitten und entgratet. Zudem können noch Befestigungselemente, beispielsweise Bohrungen eingebracht werden. Die Befestigungselemente sind bevorzugt in den Randbereichen angeordnet.
-
Bei Verwendung von EVA als Schutzschicht wird das Werkstück nach dem Formen für etwa 10 min auf etwa 150°C erhitzt.
-
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Gebäudebauelement 1 ebenfalls durch eine Wellenform an eine Gebäudestruktur angepasst. Allerdings sind bei dieser Ausführungsform Bereiche, in denen sich Solarzellen 2 befinden, eben. Die Solarzellen 2 sind bei dieser Ausführungsform kristalline Solarzellen 2, die nicht oder nur sehr geringfügig verformt werden dürfen. Daher werden die kristallinen Solarzellen 2 in den ebenen Bereichen angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel weist den gleichen Schichtaufbau aus den gleichen Materialien, wie das oben anhand von 1 und 2 erläuterte Ausführungsbeispiel auf.
-
Das Gebäudebauelement 1 weist in dieser Ausführungsform einen Aufnahmeraum 11 (4) auf, der mehrere Solarzellen 2 aufweist. Es können auch mehrere Aufnahmeräume vorgesehen sein. Zwischen den mehreren Aufnahmeräumen 11 verlaufen elektrische Anschlusselemente 7 in Form von Verbindungskabeln. Zudem ist ein elektrisches Anschlusselement 7 in Form eines Anschlusskabels vorhanden, welches von den Solarzellen 2 in einen Umgebungsbereich 10 des Gebäudebauelements 1 hinausragt.
-
Die Ausführungsform der 3 und 4 wird bevorzugt durch das folgende Verfahren hergestellt: Zunächst werden die Bodenschicht 3, die untere Schutzschicht 4, die Solarzellen 2 mit dem elektrischen Anschlusselement 7, die obere Schutzschicht 5 und die Deckschicht 6 zu einem Stapel aufeinander angeordnet. Schließlich wird der Stapel unter Vakuum erhitzt und zusammengepresst (laminiert). Dadurch kommt es zu einem Anschmelzen oder Schmelzen der Schutzschichten 4, 5 und gegebenenfalls zu einer Vernetzung der Schutzschichten 4, 5. Auf diese Weise kommt es zu einem Stoffschluss. Anschließend wird der Verbund durch Erwärmen und Vakuumtiefziehen umgeformt. Danach wird das Werkstück abgekühlt. Abschließend wird das Gebäudebauelement 1, falls nötig, zugeschnitten und entgratet. Zudem können noch Befestigungselemente, beispielsweise Bohrungen eingebracht werden. Die Befestigungselemente sind bevorzugt in den Randbereichen angeordnet.
-
Bei einer dritten Ausführungsform (5) weist das Gebäudebauteil 1 in Randbereichen 8 eine Trapezform auf. In zwei gegenüberliegenden Randbereichen 8 weist das Gebäudebauteil 1 jeweils eine Iteration einer Trapezform auf. Zwischen diesen Randbereichen 8 ist das Gebäudebauteil 1 im Wesentlichen eben. In dem ebenen Bereich sind zwei Aufnahmeräume 11 mit jeweils mehreren Solarzellen 2 angeordnet (6).
-
Die beiden verbliebenen Randbereiche 8 weisen durchgehend eine wiederkehrende Trapezform auf. Diese Randbereiche 8 sind schmal, da sie nur kurze Abschnitte mit der wiederkehrenden Trapezform umfassen.
-
Die Solarzellen 2 der zwei Aufnahmeräume 11 sind mittels eines elektrischen Anschlusselement 7 miteinander verbunden. Ein weiteres Anschlusselement 7 ragt von den Solarzellen 2 in einen Umgebungsbereich 10 hinaus.
-
Dieses Ausführungsbeispiel weist den gleichen Schichtaufbau aus den gleichen Materialien, wie das oben anhand von 1 und 2 erläuterte Ausführungsbeispiel auf.
-
Alle oben erläuterten Ausführungsbeispiele von Gebäudebauelemente sind jeweils Photovoltaikmodule, deren Solarzellen derart verschaltet sind, dass sie an den elektrischen Anschlusselementen einen 12 V kompatiblen oder 24 V kompatiblen Ausgang bilden. In der Praxis werden die Photovoltaikmodule mit einer Ausgangsspannung etwas größer als die Nennspannung von 12 V bzw. 24 V ausgebildet. Bei 12 V kompatiblem Photovoltaikmodul liegt die tatsächliche Ausgangsspannung in der Regel im Bereich von 16 V bis 19 V und bei 24 V kompatiblem Photovoltaikmodul liegt die tatsächliche Ausgangsspannung im Bereich 26 V bis 30 V. Diese Bauelemente stellen somit Inselsysteme dar, die insbesondere zum Laden von elektrischen Geräten geeignet sind, ohne dass eine zusätzliche Verschaltung notwendig ist. Hierzu sind an den elektrischen Anschlusselementen 7 geeignete elektrische Steckelemente nach vorbestimmtem Standard (z.B. USB-Stecker, Zigarettenanzünderbuchse, etc.) vorgesehen.
-
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Gebäudebauelemente anders zu verschalten, so dass sie an Wechselrichter angeschlossen werden können und eine Stromversorgung für ein Gebäude bilden oder als Stromversorgung für eine Netzeinspeisung geeignet sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gebäudebauelement
- 2
- Solarzelle
- 3
- Bodenschicht (Backsheet)
- 4
- untere Schutzschicht (Enkapsulat)
- 5
- obere Schutzschicht (Enkapsulat)
- 6
- Deckschicht (Frontsheet)
- 7
- elektrisches Anschlusselement
- 8
- Randbereich
- 9
- Umfangsbereich
- 10
- Umgebungsbereich
- 11
- Aufnahmeraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3611543 A1 [0006]
- AU 2013204716 A [0006]
- JP 2013181305 A [0007]