DE3337658A1

DE3337658A1 - Grossflaechige solarplatte mit halbleiterphotoelementen

Info

Publication number: DE3337658A1
Application number: DE19833337658
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Bm Chemie Kunststoff 5678 Wermelskirchen GmbH; Bm Chemie Kunststoff GmbH
Current assignee: VOLKSBANK REMSCHEID EG 5630 REMSCHEID DE
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1983-10-17
Publication date: 1985-04-25

Description

Großflächige Solarplatte mit Halbleiterphotoelementen
Die Erfindung betrifft eine großflächige Solarplatte mit Halbleiterphotoelementen zur direkten photovoltaischen Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in elektrische Energie, wobei die Halbleiterphotoelemente zwischen einer oberen lichtdurchlässigen Abdeckscheibe und weiteren Schichten befestigt und alle Schichten von einem rechtwinkligen Rahmen umgeben sind, von dem im eingebauten, zur Horizontalen schräg liegendem Zustand zwei Rahmenteile etwa waagerecht und die zwei anderen zueinander parallelen Rahmenteile etwa in der Fallinie geneigt liegen.
Um diese Solarplatten geneigt auf einer Dachfläche oder einem Gestell zu befestigen, ist es bekannt, Beschlagsteile, wie z.B. Winkeleisen, zu benutzen, die die Profile des Rahmens umklammern. Eine solche Befestigung ist arbeitsaufwendig und optisch unschön. Darüber hinaus muß zusätz- lich dafür gesorgt werden, daß unterhalb der Solarplatten eine Abdichtungsbahn befestigt ist, wenn eine Wasserdichtigkeit erzielt werden soll. Die Abdichtungsbahn, insbesondere eine Folie, muß hierbei von den Befestigungsmitteln, insbesondere Nägel oder Schrauben, durchdrungen werden, so daß die Sicherheit einer hohen Dichtigkeit verringert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solarplatte der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sie mit geringem Arbeitsaufwand befestigbar ist und eine zusätzliche Abdichtung gegen Wasser nicht erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eines der geneigten Rahmenteile auf der den Halbleiterphotoelementen abgewandten Seite mindestens eine nach oben gerichtete Rippe aufweist, die zur Bildung eines stehenden Falzes in einer nach unten offenen Nut des zweiten geneigten Rahmenteils der benachbarten Solarplatte einliegt.
Diese Solarplatten sind leicht durch Nägel oder Schrauben auf einer Unterkonstruktion, insbesondere einer Lattung, anbringbar, ohne weitere Montageteile zu erfordern. Sie sind widerstandsfähig und von hoher Dichtigkeit, und darüber hinaus bilden sie mit weiteren Solarplatten derselben Bauweise eine Fläche, die absolut wasserdicht ist.
Aus der DE-OS 1 900 069 ist es zwar an sich bekannt, die Ränder von Bauelementen, die Halbleiterphotoelemente aufweisen, mit Rippen und Nuten zu versehen, die ineinanderliegend Falze bilden. Aber hier handelt es sich um Dachziegel bzw. Dachsteine üblicher Form, die nicht nur in ihrer Größe wesentlich kleiner sind als Solarplatten, sondern auch nur eine sehr begrenzte Fläche für Halbleiter- photoelemente frei haben. Rahmenteile sind nicht vorhanden, und die Nuten und Rippen erfordern im Verhältnis der Plattengröße sehr viel Platz bzw. Raum.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Die dort angeführten Merkmale verringern nicht nur die Montagearbeit der Herstellung der Platte als auch deren Anbringung auf einer Unterkonstruktion, sondern erhöhen auch die Dichtigkeit der Platte in sich, so daß die Halbleiterphotoelemente auch über lange Zeit gegen Umwelteinflüsse geschützt sind. Darüber hinaus wird auch eine hohe Wasserdampfundurchlässigkeit und ein hoher Schutz gegen mechanische Beschädigung erzielt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rahmen aus einem Elastomer, insbesondere einem Zweikomponentensilikonkautschuk oder einem Zweikomponentenacrylelastomer besteht.
Ein solcher Rahmen aus einem Elastomer ist nicht nur außerordentlich einfach und schnell und damit auch in einem automatischen Herstellungsverfahren in hohen Stückzahlen anbringbar, sondern darüber hinaus können seitlich überstehende Ränder des Rahmens direkt von Befestigungsmitteln, wie Nägel oder Schrauben, durchdringen werden, ohne vorher Löcher bohren zu müssen. Die Platten können somit außerordentlich schnell auf einer Unterkonstruktion angenagelt oder angeschraubt werden und sind preiswert in hohen Stückzahlen herstellbar. Der Rahmen aus Elastomer fängt sicher Ausdehnungsbewegungen der vom Rahmen umgebenen Schichten auf, so daß eine besonders hohe Dichtigkeit erzielt wird.
Auch fängt der Rahmen Stöße mechanischer Art ab, so daß die gesamte Platte besonders robust ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von vier auf einer Lattung befestigten Solarplatten; Fig. 2 einen Schnitt im Ausschnitt durch zwei nebeneinanderliegende Solarplatten, wobei die geneigten Rahmenteile geschnitten sind; Fig. 3 einen Schnitt durch das Profil des oberen waagerechten Rahmenteils.
Halbleiterphotoelemente 1 liegen zwischen zwei Schmelzkleberfolien 2, 3, die aus Acryl oder Äthylvenylacetat bestehen und nach dem Absaugen der dazwischen befindlichen Luft und dem Zusammenschmelzen die Halbleiterphotoelemente sicher halten. Oberhalb der Schicht 2 liegt eine Abdeckscheibe 4 aus gehärtetem Silikatglas, die mit ihrer Unterseite an der Schmelzkleberfolie 2 anhaftet. Unterhalb der Schmelzkleberfolien sind zwei Folien 5, 6 aus fluoriertem Kohlenwasserstoff (Tetlafolie) befestigt, zwischen denen eine Aluminiumfolie 7 von 50# als Wasserdampfsperre einliegt. Diese Schichten 1-7 bilden eine Platte rechteckigen Formats, wobei die Halbleiterphotoelemente bis nahe an die Ränder reichen und miteinander elektrisch verbunden sind.
Pro Platte sind 20 oder mehr Halbleiterphotoelemente von 10x10 cm nahe beieinander in vier Reihen à 5 Stück angeordnet.
Diese mehrschichtige Platte ist an ihren vier Rändern von einem Rahmen aus Aluminiumprofilen umgeben, die U-förmig die Ränder umgreifen. Da die Platten der Sonne schräg zugewandt werden und damit einen Winkel von 30 bis 450 mit der Waagerechten bilden, liegen zwei Rahmenteile 8, 9 entsprechend der Neigung der Platte im selben Winkel geneigt und einander gegenüberliegend parallel zueinander und zwei Rahmenteile 10, 11 waagerecht. Während die Halbleiterphotoelemente 1 bis nahe an die Rahmenteile 8 bis 10 heranreichen, sind sie zum oberen waagerechten Rahmenteil 11 in einem größeren Abstand von ca. 4 bis 10 cm, insbesondere 7 cm angeordnet, da dieser Bereich von der darüber befindlichen Solarplatte überdeckt wird.
Das erste geneigte seitliche Rahmenteil 8 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, von einem Aluminiumprofil gebildet, das U-förmig ist und dessen Schenkel 8a, 8b parallel zur Abdeckscheibe 4 liegen. Die zwischen den Schenkeln 8a, 8b befindliche senkrechte Basis 8c ist nach unten hin senkrecht verlängert und am Ende nach außen hin, d.h. von den 0 Halbleiterphotoelementen abweisend um 90 abgewinkelt, um hier einen seitlich vorstehenden Randbereich 8d zu bilden, der parallel zur Platte ist und von der benachbarten Platte überdeckt wird. Dieser tiefer als die Unterseite der benachbarten Platte liegende Bereich 8d weist auf der Oberseite zwei senkrecht vorspringende Rippen 8e, 8f auf. Ferner hat der Randbereich 8d neben den Rippen 8e, 8f auf der der Platte abgewandten Seite einen eine Fläche 14 bildenden Außenbereich, durch den Schrauben oder Nägel in die Unterkonstruktion treibbar sind. Hierzu kann diese Fläche 14 Öffnungen aufweisen.
Um die aus den Schichten 1 bis 7 bestehende Platte sicher im Profil 8 als auch im zweiten Rahmenteil 9 innerhalb des U-Querschnitts sicher zu befestigen, weisen sowohl die Schenkel als auch die Basis längs zum Profil verlaufende Rippen 4 als Abstandshalter auf, die dafür sorgen, daß stets zwischen der Platte 1 bis 7 und den Innenwänden des Profils ein Raum verbleibt. Dieser Raum wird durch ein Kunststoff-Dichtungsmaterial ausgefüllt, das chemisch sowohl mit dem Silikatglas als auch mit der Tetlafolie und insbesondere mit dem Aluminiumprofil reagiert.
Das Aluminiumprofil des zweiten geneigten Rahmenteils 9 weist in gleicher Weise wie auch das Rahmenteil 8 einen im Querschnitt U-förmigen Bereich auf, in dem die Platte mit den Halbleiterphotoelementen einliegt und die zwei Schenkel 9a, 9b besitzt. Der untere Schenkel 9b ist nach innen hin verlängert und weist an der Unterseite zwei nach unten hin offene Nuten 12, 13 auf, die parallel zum Profil verlaufen. In diese Nuten liegen die Rippen 8e, 8f ein. Nuten und Rippen liegen damit unterhalb des U-förmigen Rahmenteils und der die Halbleiterphotoelemente aufweisenden Platte, wodurch die Gesamtfläche der Solarplatte optimal durch Halbleiterphotoelemente genutzt werden kann und der Rahmen selber nur wenig Fläche beansprucht.
Die Profile der Rahmenteile 8, 9 weisen an der Unterseite im Eckbereich Schraubkanäle 15, 16 auf, in denen Schrauben eingedreht werden, die die waagerechten Rahmenteile 10, 11 halten. Das untere Rahmenteil 10 kann im wesentlichen nur U-förmig ausgebildet sein und einen nach unten weisenden Steg zum Abschluß besitzen. Das obere waagerechte Rahmenteil 11 wird dagegen von dem aus Fig. 3 ersichtlichen Profil gebildet, das wiederum einen im Querschnitt U-förmigen Bereich mit zur Plattenfläche parallelen Schenkeln 11a, 11b und eine senkrechte Basis 11c besitzt, die nach unten hin verlängert und am unteren Ende rechtwinklig abgebogen ist, um eine zur Plattenfläche parallele Fläche 11d zu bilden. Diese nach außen hin vorstehende und tiefer liegende Fläche lid wird zur oberen Befestigung der Solarplatte durch Befestigungsmittel wie Nägel oder Schrauben genutzt. Hierzu können in dieser Fläche lid Bohrungen vorgesehen sein.
Die Solarplatten sind derart übereinander befestigt, daß die geneigten Rahmenteile 8 übereinander liegender Platten im Überdeckungsbereich aufeinander liegen. Das gleiche gilt für die Rahmenteile 9. Die Rahmenteile 8 sind mit ihren Flächen 14 auf in der Fallrichtung liegende Latten 16 genagelt oder geschraubt, zwischen denen unterhalb der Platten von unten nach oben durchgehend verlaufende Luftkanäle 17 gebildet werden. Diese Luftkanäle werden nicht durch Bauteile unterbrochen, da die Latten 16 auf darunter befindlichen und damit tiefer liegenden waagerechten Latten 18 befestigt sind. Die durch die Kanäle 17 strömende Luft kühlt die Solarplatten auf den Rückseiten.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel bestehen die Profile aller Rahmenteile nicht aus Aluminium, sondern aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Zweikomponentensiliconkautschuk oder einem Zweikomponentenacrylelastomer. Dieses Elastomer reagiert direkt oder über Haftvermittler mit dem Silikatglas und/oder der Tetla- bzw. Teflonfolie chemisch, so daß eine absolut dichte Verbindung geschaffen wird. Im Bereich der Flächen 11d und 14 kann dieses Material von Nägeln oder Schrauben durchstoßen werden, ohne Bohrungen anbringen zu müssen, so daß eine besonders leichte Befestigungsweise ermöglicht wird. Die durch diese Befestigungselemente erzeugten Öffnungen bleiben absolut dicht, da das dort verdrängte Material sich an diese Befestigungsmittel herandrückt.
Die vier Rahmenteile 8 bis 11 können einstückig aus Elastomer geformt sein. Dies geschieht besonders einfach in einer Spritzgußmaschine, die um die Schichten 1 bis 7 einen Rahmen aus einem Elastomer angießt. Hierdurch wird eine insbesondere automatische Massenproduktion ermöglicht.
Eine leicht lösbare Verbindung der Profile an der Unterkonstruktion kann dadurch geschaffen werden, daß in den Flächen 11d und 14 Öffnungen sind, deren Durchmesser in einem ersten Bereich dem des Kopfes eines Nagels oder einer Schraube ist und in einem zweiten Bereich der Durchmesser abnimmt, so daß eine formschlüssige Verbindung entsteht, ähnlich einer Renk-Verbindung. Ein Verschieben der Solarplatte nach unten verriegelt,und nach oben löst diese.
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Claims

Ansprüche ' Großflächige Solarplatte mit Halbleiterphotoelementen (1) zur direkten photovoltaischen Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in elektrische Energie, wobei die Halbleiterphotoelemente zwischen einer oberen lichtdurchlässigen Abdeckscheibe und weiteren Schichten befestigt und alle Schichten von einem rechtwinkligen Rahmen umgeben sind, von dem im eingebauten, zur Horizontalen schräg liegendem Zustand zwei Rahmenteile etwa waagerecht und die zwei anderen zueinander parallelen Rahmenteile etwa in der Fallinie geneigt liegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eines der geneigten Rahmenteile (8) auf der den Halbleiterphotoelementen abgewandten Seite mindestens eine nach oben gerichtete Rippe (8e, 8f) aufweist, die zur Bildung eines stehenden Falzes in einer nach unten offenen Nut (12, 13) des zweiten geneigten Rahmenteils (9) der benachbarten Solarplatte einliegt.
2. Solarplatte nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n. n z e i ch n e t , daß die Nut(en) (12, 13) des zweiten geneigten Rahmenteils zumindest zu einem Teil unterhalb der Halbleiterphotoelemente (1) liegen.
3. Solarplatte nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , daß das erste, mindestens eine Rippe (8e, 8f) aufweisende Rahmenteil (8) neben der oder den Rippen auf der den Halbleiterphotoelementen (1) abgewandten Seite eine Fläche (14) aufweist, durch die Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben oder Nägel treibbar sind.
4. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das obere waagerechte Rahmenteil (11) auf der den Halbleiterphotoelementen (1) abgewandten Seite eine Fläche (11d) aufweist, durch die Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben oder Nägel treibbar sind.
5. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der untere Rand der Solarplatte den oberen Rand der benachbarten Solarplatte überlappt.
6. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die lichtdurchlässige obere Abdeckscheibe (4) aus gehärtetem Silikatglas ist.
7. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterphotoelemente (1) zwischen zwei Schmelzkleberfolien (2, 3) insbesondere aus Äthylvenylacetat oder Acryl liegen.
8. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unter- halb der Halbleiterphotoelemente (1) mindestens eine Folie (5, 6) aus einem fluorierten Kohlenwasserstoff (Polytetrafluoräthylen) befestigt ist.
9. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unterhalb der Halbleiterphotoelemente zwei Folien (5, 6) aus einem fluorierten Kohlenwasserstoff (Polytetrafluoräthylen) befestigt sind.
10. Solarplatte nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den beiden Folien (5, 6) eine Metallfolie (7) insbesondere aus Aluminium liegt.
11. Solarplatte nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rahmen (8-11) die die Halbleiterphotoelemente (1) tragenden Schichten U-förmig umgreifen und insbesondere durch Dichtungsmaterial mit den Rändern der Schichten verbunden sind.
12. Solarplatte nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Dichtungsmaterial chemisch mit dem Silikatglas (4) und der Folie (5) aus fluoriertem Kohlenwasserstoff reagiert.
13. Solarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rahmen von Metallprofilen (8-11) insbesondere aus Aluminium gebildet ist.
14. Solarplatte nach Anspruch 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die geneigten Profile (8, 9) Schraubkanäle (15, 16) aufweisen.
15. Großflächige Solarplatte mit Halbleiterphotoelementen zur direkten photovoltaischen Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in elektrische Energie, wobei die Halbleiterphotoelemente zwischen einer oberen lichtdurchlässigen Abdeckscheibe und weiteren Schichten befestigt und alle Schichten von einem rechtwinkligen Rahmen umgeben sind, von dem im eingebauten zur Horizontalen schräg liegenden Zustand zwei Rahmenteile etwa waagerecht und die zwei anderen zueinander parallelen Rahmenteile etwa in der Fallinie geneigt liegen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rahmen (8-11) aus einem Elastomer, insbesondere einem Zweikomponentensilikonkautschuk oder einem Zweikomponentenacrylelastomer besteht.
16. Solarplatte nach Anspruch 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Elastomer mit den Schichten (4, 5) direkt oder über Haftvermittler chemisch reagiert.
17. Verfahren zum Herstellen einer Solarplatte nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß alle Schichten (4-7) einschließlich der Halbleiterphotoelemente (1) in eine Spritzgußmaschine gelegt werden, die um die Schichten einen Rahmen aus einem Elastomer angießt.