DE10000106A1 - Anordnung zur Integration von Sonnenenergie umwandelnden Modulen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Integration von Sonnenenergie umwandelnden Modulen, wie Flachkollektoren, Photovoltaik - Elementen u. a., in Fassaden- oder Dachkonstruktionen, die als Pfosten-Riegel-Konstruktion bzw. bei einem Dach als Sparrenkonstruktion ausgeführt sind. DOLLAR A Das Problem der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Integration von Sonnenenergie umwandelnden Modulen zu schaffen, so daß ohne großen Aufwand und mittels im Fassadenbau üblicher Befestigungs- und Dichtelemente beliebige Module in aus Pfosten-Riegel-Konstruktion bestehende Fassaden und/oder Dächer witterungsdicht eingebunden werden können. DOLLAR A Erfindungsgemäß liegt jeder Modul mit seinem Rahmen (4) über ein umlaufendes elastisches Profil (5) direkt an der die Fassade statisch bestimmenden Pfosten-Riegel-Konstruktion (6) bzw. direkt an den tragenden Dachsparren an und ist dort wie die Glasscheiben einer Glasfassade mit an sich bekannten Mitteln, befestigt. DOLLAR A Die äußeren, d. h. der Witterung ausgesetzten, zur Fixierung der Module verwendeten Befestigungs- und Dichtungsmittel, wie Deckschale (11) und äußere Anlagedichtung (10) liegen auf den Flächen jeweils benachbarter Rahmen (4) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Integration von Sonnenenergie um­ wandelnden Modulen, wie Flachkollektoren, Photovoltaik-Elementen u. a., in Fassaden- oder Dachkonstruktionen, die als Pfosten-Riegel-Konstruktion bzw. bei einem Dach als Sparrenkonstruktion ausgeführt sind.

Um den hohen handwerklichen Aufwand der Installation von Wärmetauscher- Elementen, beispielsweise Rohrschlangen, zum Auffangen der auf Dach- und Fassadenverkleidungen von Gebäuden einfallenden Sonnenstrahlung zu verringern, wurden bereits in das Dach oder die Fassade einbaufähige Ele­ mente bzw. Module entwickelt. Diese sind je nach Art der Nutzung der Son­ nenenergie mit elektrischen und Rohrverbindungselementen versehen, um auch größere Flächen ohne großen Installationsaufwand ausrüsten zu kön­ nen. Seit einigen Jahren wird daran gearbeitet, diese Elemente einzeln oder zu Modulen zusammengefaßt in herkömmliche Dächer oder Fassaden zu integrieren. Dabei soll deren überwiegend technisch bedingtes Aussehen das das Gebäude prägende Erscheinungsbild aus ästhetischer Sicht so we­ nig wie möglich beeinträchtigen, was vor allem von Architekten gefordert wird und bei älteren Gebäuden ein Erfordernis des Denkmalschutzes ist. Weiter­ hin müssen bei dem Einbau der Elemente bzw. Module die statischen und sicherheitstechischen Anforderungen gewährleistet sein. Nicht zuletzt ist es Ziel aller bisherigen Versuche der Integration, den Aufwand zur Einbindung in das Dach oder die Fassade möglichst gering zu halten, um die Geamtkosten nicht mehr als vertretbar zu erhöhen. So wird z. B. in der DE-OS 43 34 511 A1 ein Gebäude mit energieökonomischen Dach- und/oder Außenwänden mit geringen Herstellungskosten vorgeschlagen, dessen der Sonnenstrahlung zugewandten Außenwände und Dachfläche aus miteinander steckbaren Mo­ dul-Solarwärmekollektoren besteht, die gebäudeseitig von einem Skelettbau aufgenommen werden. Die Solarwärmekollektoren sollen das Gebäude ge­ gen Witterung der Außenatmosphäre dicht abschließen. Dazu werden die Solarwärmekollektoren miteinander zusammengesteckt und verklebt oder verschweißt. Abgesehen von dem Aufwand, den diese Technologie erfordert, ist die Gewährleistung der Sicherheit und Stabilität fraglich, da die Solarkol­ lektoren oftmals Gehäuse aus Plastwerkstoffen besitzen. Zumindest das aus hochtransparentem Kunststoff oder Glas bestehende Einstrahlungsfenster darf keiner unzulässigen Belastung durch die konstruktive Maßnahmen aus­ gesetzt sein.

Bei anderen technischen Lösungen wurde versucht, den Anforderungen hin­ sichtlich Sicherheit und Integration durch eine spezielle Rahmenkonstruktion zur Aufnahme der Module bzw. Elemente gerecht zu werden. So wird in dem DE-U1 295 01 345.1 ein Einfaßrahmen, der z. B. aus Fensterprofilen zusam­ mengesetzt ist, in eine vorhandene Sheddachkonstruktion eingesetzt, d. h. für jeden Sonnenkollektor muß ein separater, der Öffnung des Sheddaches an­ gepaßter Rahmen angefertigt werden. Das ist mit einem hohen Aufwand ver­ bunden. Die Anwendung dieser Technologie ist ausschließlich auf derartige Dachkonstruktionen beschränkt. Gemäß der in der DE-OS 43 17 674 A1 vorgeschlagenen Technologie werden die Solarmodulträger als Kassetten ausgebildet, die gleichzeitig die Dachhaut bilden und in die übrige Dachhaut integriert werden. Hierdurch wird erreicht, daß die Solarmodule, eingebettet in die Kassetten, nicht hervorstehen. Die Dichtheit wird von den Kassetten ge­ währleistet. Auch bei dieser technischen Lösung sind aufwendige zusätzliche Bauteile erfoderlich, die Solarmodule aufnehmen und die Dichtheit gewähr­ leisten. Diese Lösung ist speziell für Solarzellenträger geschaffen, deren Dicke die Höhe eines Dachziegels nicht überschreitet. Abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand der Fertigung der Kassetten dürfte diese Lösung für die Installation von Solarkollektorelementen, die an der der Sonne abgewandten Seite bereits ein eigenes Gehäuse mit Isolierung aufweisen, ungeeignet sein.

Eine detaillierte konstruktive Darstellung zur Intergration von Solarmodulen unterschiedlicher Art in Dächer und Fassaden ist in dem DE-U1 91 14 949.5 gegeben. Der vorgeschlagene Bausatz besteht aus mindestens zwei Pfo­ stenprofilen und mindestens zwei in horizontaler Richtung an den Pfosten­ profilen angebrachten Riegelprofilen. Die Module sind innerhalb der Profile mittels gummielastischer Dichtungsprofile spannungsfrei eingebettet und am Rand des Modulfeldes mit Mitteln versehen, die einen Übergang zur angren­ zenden Dach- oder Fassadenhaut ermöglichen. Diese Module bilden zwar eine in sich geschlossene und dichte Fläche, erhalten jedoch die erforderli­ che statische Stabilität nur durch ihre Befestigung auf Dachlatten oder an ei­ ner Außenwand. Das bedeutet, daß zur wetterdichten Befestigung der Module eine separate Pfosten-Riegelkonstruktion je nach Modulabmessung herge­ stellt und diese dann auf eine vorhandene Fassade oder auf ein Dach mon­ tiert werden muß. Trotz des verhältnismäßig großen zusätzlichen Aufwandes der Fertigung einer separaten Pfosten-Riegel-Konstruktion ist das Ziel, das sich diese Erfindung gestellt hat, nämlich die Integration von Solarmodulen in eine Fassade, nicht erreicht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ab­ leitung des Leckwassers eine entsprechende Gestaltung und durchgängige Belüftung der Riegel- und Pfostenprofile erfordert. Beim Einsatz als Dachaufbau in Steildächern wird das Leckagewasser über spezielle Überleitschürzen auf die darunterliegende Dachhaut abgeleitet. Eine vollständige Dichtheit des Modulfeldrahmens ist demzufolge nicht gegeben.

Somit besteht das Problem der Erfindung darin, eine Anordnung zur Integra­ tion von Sonnenenergie umwandelnden Modulen zu schaffen, so daß ohne großen Aufwand und mittels im Fassadenbau üblicher Befestigungs- und Dichtelemente beliebige Module in aus Pfosten-Riegel-Konstruktionen be­ stehende Fassaden und/oder Dächer witterungsdicht eingebunden werden können. Die Integration soll hierbei sowohl ohne zusätzliche statische Kon­ struktionen als auch ohne aufwendige einzelne Aufnahmekonstruktionen für die Module möglich sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patent­ anspruches gelöst. Die folgenden Ansprüche 2 bis 4 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des umlaufenden elastischen Profils, über das die Module an der Fassade bzw. dem Dach anliegen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung können serienmäßig angebotene Solarmodule, deren aktive Elemente in der Regel bereits in Rahmen fixiert sind, direkt an der tragenden Fassade bzw. auf den Dachsparren befestigt werden. Sie bilden ohne jegliche weitere Rahmenkonstruktionen die Fassa­ de bzw. das Dach. Hierzu bedarf es an den Pfosten-Riegel- bzw. Sparrenkon­ struktionen keinerlei Veränderungen.

Die Module werden mittels Trägerelementen in die Pfosten-Riegel- Konstruktion eingehängt bzw. auf die Dachsparren aufgelegt. Dabei liegen sie über das erfindungsgemäße umlaufende elastische Profil an den Pfo­ sten, den Riegeln bzw. den Sparren an. Es versteht sich daher von selbst, daß die Abstände der Pfosten und Riegel der Fassade bzw. Sparren der Dachkonstruktion durch die Abmessungen der Module bestimmt sind. Zur Montage der Module werden im Fassadenbau übliche Befestigungselemen­ te, wie Deckschalen, Isolatoren, Trägerelemente, Distanzstücke und Schrau­ ben sowie bei der Herstellung von Glasfassaden übliche Dichtungen ver­ wendet. Die Abstände der Module zueinander sind durch die je Befestigungs­ schraube vorgesehenen elastischen Distanzstücke festgelegt. Mittels der Befestigungsschrauben werden die Deckschalen, die die Zwischenräume zwischen den Modulen überdecken, gegen die Rahmen der Module ge­ schraubt und drücken diese gegen das umlaufende elastische Profil. Dieses überträgt die Kräfte auf die Fassaden- bzw. Dachkonstruktion, wobei auch hier an sich bekannte innere Dichtelemente zwischen elastischem Profil und Fassadenelement bzw. Sparren angeordnet sind. Unabhängig von der kon­ struktiven Gestaltung der Rahmen der Module wandelt das elastische Profil dabei die von den Modulrahmen ausgehende unterschiedliche Belastung in eine Flächenbelastung um. Punkt- oder linienförmige Belastungen werden durch das elastische Profil integriert und in die Fassade bzw. den Dachspar­ ren als Flächenlast abgeleitet. Gleichzeitig überträgt das elastische Profil auch Bewegungen der Module, die aufgrund unterschiedlicher Ausdehungs­ koeffizienten der Bestandteile der Module und der Fassaden- bzw. Dachkon­ struktion entstehen, auf die inneren Dichtelemente. Außerdem gleicht das elastische Profil die Distanz zwischen Modulunterkante und der Fassaden- bzw. Dachkonstruktion aus. Schließlich nimmt es senkrecht zur Fassade bzw. zum Dach auftretende, über die elastischen Verformungen der verwendeten Dichtungen hinausgehende Bewegungen der Module auf und wirkt somit als zusätzliches Sicherungselement. Bewegungen der Module innerhalb der Ebene der Fassade bzw. der Dachfläche werden von den elastischen Dis­ tanzstücken, die jeweils um ein Trägerelemente angeordnet sind, aufge­ nommen. Das elastische Profil gewährleistet in Verbindung mit den Dicht­ elementen eine statisch sichere und wetterdichte Befestigung der Module direkt an einer statisch vorgegebenen Konstruktion.

Als elastisches Profil sind die verschiedensten Gestaltungen denkbar. Es sind sowohl offene Profile, wie Doppel-T-Profile mit ein oder mehreren Ste­ gen, als auch Hohlprofile mit einer oder mehreren Kammern möglich.

Mit der erfindungsgemäßen Befestigung der Module ist ein weiterer Vorteil verbunden: Bei der Verwendung von Solarmodulen können diese ohne sepa­ rate Wärmedämmung installiert werden. Dadurch ist es möglich, die Wärme­ dämmung hinter der Fassade durchgehend ohne Kältebrücken anzubringen. Die Wärmedämmung erfüllt hier zwei Funktionen gleichzeitig:

Sie hält die Abstrahlungsverluste des Absorbers gering und sichert zweitens den k-Wert der die Fassade bildenden Bauelemente. Außerdem ist diese Art der Wärmedämmung auch technologisch einfacher und damit kostengünsti­ ger anzubringen.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wurde erstmals der bei vielen vor­ hergehenden technischen Lösungen bereits angestrebte Synergiegedanke, Bauhülle und Einrichtungen zur Nutzung der Sonnenenergie als untrennbare Einheit zu gestalten, verwirklicht.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt den Querschnitt durch eine Befestigung zweier Module an einem Pfostenpro­ fil.

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um eine Pfosten-Riegel- Konstruktion aus Aluminium, die mit Kollektorabsorbern witterungsdicht ver­ kleidet ist. Die Kollektorabsorber bestehen aus einer ESG-Glasscheibe 1, die über eine thermische Abdichtung 2 hermetisch dicht mit einem Ganzkupfer- Absorber 3 verbunden ist. Der Ganzkupfer-Absorber 3 ist in einem Glasfaser­ kunststoffrahmen 4 mechanisch stabilisiert. Derartige Kollektorabsorber sind, üblicherweise an ihrer der Sonne abgewandten Rückseite mit einer Wärmedämmung und einer Gehäuseschale versehen, als Komplettbauteil erhältlich. Ihr Einbau in die Fassade erfolgt hier allerdings ohne letzgenannte Wärme­ dämmung und Gehäuseschale, sondern direkt über einen umlaufenden Pro­ filrahmen 5 an dem Pfostenprofil 6 der Pfosten-Riegel-Konstruktion. Hierzu weist das Pfostenprofil an seiner Außenfläche bekannte Aufnahme- und Be­ festigungselemente für vorgesetzte Glasfassaden auf. Die Kollektorabsorber sind über bekannte einhängbare Kollektor- und Modulträger 7 und Isolatoren 8 mittels Befestigungsschrauben 9 an dem Pfostenprofil 6 angeschraubt. Während die zur Einspannung von Glasbauteilen verwendete äußere Glasanlagedichtung 10 auf dem Glasfaserkunstoffrahmen 4 aufliegt und von einer im Fassadenbau ebenfalls üblichen Deckschale 11 auf diesen gedrückt wird, befindet sich die zugehörige innere Anlagedichtung 12 zwischen dem umlaufenden Profilrahmen 5 und dem Pfostenprofil 6. Über die innere Anla­ gedichtung 12 wird die vom Glasfaserkunstoffrahmen 4 auf den Profilrahmen 5 aufgebrachte Linienlast als Flächenlast an das Pfostenprofil übertragen.

Zur Abstützung der Glasfaserkunstoffrahmen 4 untereinander innerhalb der Fassadenebene ist je Befestigungsschraube 9 ein elastisches Distanzstück 13 zwischen Glasfaserkunstoffrahmen 4 und Kollektor- und Modulträger 7 angeordnet. Die Profilrahmen 5 liegen direkt an dem Kollektor- und Modulträ­ ger 7 an. Zur Abdichtung der Montagezwischenräume zwischen den Glasfa­ serkunstoffrahmen 4 sind diese mit einem ebenfalls im Fassadenbau übli­ chen Butylband 14 abgedeckt.

Hinter den bzw. im Fall eines Daches unterhalb der Kollektorabsorber befin­ den sich Rohrregister 15 zur Wärmeübertragung. Sie sind in eine Mineralfa­ serdämmung 16 eingebettet, die durch eine zwischen den Pfostenprofilen 6 befindliche Zusatzdämmung 17 verstärkt ist.

Bezugszeichenliste

1

ESG-Glasscheibe

2

thermische Abdichtung

3

Ganzkupfer-Absorber

4

Glasfaser-Kunststoffrahmen

5

Profilrahmen (umlaufendes elastisches Profil)

6

Pfostenprofil (Pfosten-Riegel-Konstruktion)

7

Kollektor- und Modulträger

8

Isolator

9

Befestigungsschraube

10

äußere Glasanlagedichtung

11

Deckschale

12

innere Anlagedichtung

13

elastisches Distanzstück

14

Butylband

15

Rohrregister

16

Mineralfaserdämmung

17

Zusatzdämmung

Claims (4)

1. Anordnung zur Integration von Sonnenenergie nutzenden Modulen, wie Flach­ kollektoren, Photovoltaikelementen u. a., in Fassaden- oder Dachkonstruktio­ nen, die als Pfosten-Riegel- bzw. bei Dächern als Sparrenkonstruktion ausge­ führt sind, wobei die Module aus in Rahmen dicht eingebetteten aktiven, d. h. die Sonnenenergie aufnehmenden, Elementen bestehen und in der Ebene der Fassade bzw. des Daches, deren Außenfläche bildend, unter Wahrung eines gleichmäßigen Abstandes zueinander angeordnet und mit an sich bekannten Befestigungselementen fixierbar sind, wobei die dadurch zwischen den Modu­ len enstandenen Zwischenräume ebenfalls von an sich bekannten Dichtungs­ mitteln gegen Witterungseinflüsse dichtend abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Modul mit seinem Rahmen (4) über ein umlaufendes elastisches Profil (5) direkt an der die Fassade statisch bestimmenden Pfosten-Riegel- Konstruktion (6) bzw. direkt an den tragenden Dachsparren anliegt,
dort wie die Glasscheiben einer Glasfassade mit an sich bekannten Mitteln, wie einhängbaren Trägerelementen (7) in Verbindung mit den dazugehörigen Iso­ latoren (8), Deckschalen (11) Befestigungsschrauben (9), Dichtband (14) und äußerer Anlagedichtung (10) sowie elastischen Distanzstücken (13), über die sich jeweils benachbarte Rahmen (4) gegenseitig abstützen, befestigt sind und
daß die äußeren, d. h. der Witterung ausgesetzten, zur Fixierung der Module verwendeten Befestigungs- und Dichtungsmittel, wie Deckschale (11) und äußere Anlagedichtung (10) auf den Flächen jeweils benachbarter Rahmen (4) aufliegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das umlaufende elastische Profil (5) aus zwei parallel zueinander verlau­ fenden und durch eine oder mehrere Stege beabstandete Flächen besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das umlaufende elastische Profil (5) ein Hohlprofil ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das umlaufende Profil (5) ein Doppelkammerhohlrofil ist.