DE10244473B4

DE10244473B4 - Photovoltaikvorrichtung mit Wechselrichter und Luftstromkühlung

Info

Publication number: DE10244473B4
Application number: DE10244473A
Authority: DE
Inventors: Dirk Stempfhuber; Bernd Weckesser; Joachim Jahn; Ulrich Bartmann
Original assignee: Roto Frank AG
Current assignee: Roto Frank AG
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: DE10244473A1

Abstract

Photovoltaikvorrichtung (1) mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement (2) und einem Rahmen (3) zum Einfassen des Photovoltaikelements (2), wobei mindestens eine erste Seite (6) des Rahmens (3) mindestens eine Öffnung (9) aufweist für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens (3) in Richtung auf das Photovoltaikelement (2) und/oder vom Photovoltaikelement (2) nach außerhalb des Rahmens (3), und wobei die Photovoltaikvorrichtung (1) einen Wechselrichter (13) aufweist zur Anpassung der elektrischen Parameter der von dem Photovoltaikelement (2) erzeugten Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer abführenden elektrischen Leitung und der Wechselrichter (13) im Bereich des durch die Öffnung (9) hindurchtretenden Luftstroms angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und gegebenenfalls weitere Öffnungen (9) für den Luftdurchtritt durch ein Lochblech (8) gebildet sind, das in eine Aussparung einer die zugehörige Seite (6) des Rahmens bildenden Leiste (10, 11) eingesetzt ist, und daß der Wechselrichter (13) in der Aussparung der Leiste (10, 11) von einer Außenseite des Rahmens...

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der aus der US 5 951 785 A gebildet wurde, mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement und einem Rahmen zum Einfassen des Photovoltaikelements.
Aus der DE 100 39 556 A1 ist eine Photovoltaikvorrichtung bekannt, bei der unterhalb eines Solarpaneels eine Wanne mit Zu- und Abluftöffnungen angeordnet ist, die eine Belüftung der Wanne und somit eine Kühlung der an der Unterseite des Solarpaneels angeordneten Solarzellen durch einen Luftstrom ermöglichen. Ein durch die Öffnungen in der Wanne sich einstellender Luftstrom muß unter den Außenwänden des Gehäuses hindurch geführt werden, die einen Rahmen bilden. Durch die Hinterlüftung des Solarpaneels soll der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht werden.
Auch aus der JP 59-175 168 A ist eine Photovoltaikvorrichtung mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement bekannt, wobei der Luftstrom am Dachgesims einströmt und am Dachfirst ausströmt.
Die DE 36 11 545 A1 zeigt eine gattungsgemäße Photovoltaikvorrichtung, nämlich ein Solarmodul mit mehreren photovoltaischen Solarzellen und mit einem das Modul umgebenden Metallrahmen aus Hohlprofilen, wobei im Hohlraum eines der Hohlprofile ein elektronisches Regelgerät, insbesondere ein Wechselrichter, angeordnet ist.
Die US 5 951 785 A zeigt eine Vielzahl von untereinander zum Teil grundsätzlich unterschiedlichen Ausführungsbeispielen einer Photovoltaikvorrichtung. Soweit die Photovoltaikvorrichtung einen Rahmen aufweist, ist der Wechselrichter an einer Leiste eines Hilfsrahmens angeordnet, der mit dem eigentlichen Rahmen über ein wärmeisolierendes Material verbunden ist, um eine Wärmekopplung vom Hilfsrahmen, an dem der Wechselrichter angeordnet ist, zum eigentlichen Rahmen, auf dem das Photovoltaikelement festgelegt ist, zu verhindern.
Die bekannten Photovoltaikvorrichtungen stellen einen Kompromiss zwischen einem hohen Wirkungsgrad, insbesondere guter Kühlung von Photovoltaikelement und Wechselrichter, und einfacher Herstellung und Montage dar.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Photovoltaikvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll die Photovoltaikvorrichtung einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, sowie kostengünstig herstellbar und einfach zu montieren sein.
Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Vorzugsweise ist der Rahmen durch vier rechtwinklig zueinander angeordnete Leisten oder Balken gebildet. Die Größe und Anzahl der Öffnungen ist so gewählt, daß die in der Photovoltaikvorrichtung beispielsweise durch Sonneneinstrahlung entstehende Wärme in ausreichendem Maße abführbar ist. Insbesondere die Größe der Öffnungen ist so gewählt, daß Laub, Kleintiere, Insekten oder dergleichen nicht in das Innere des Rahmens eintreten können.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die erste Seite des Rahmens mit der Öffnung die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung untere Seite. Dadurch erfolgt jedenfalls der durch Konvektion hervorgerufene Lufteintritt in den Rahmen an einer durch die Anordnung der Öffnung vorgebbaren Stelle an dem Rahmen. Vorzugsweise weist mindestens eine weitere Seite des Rahmens eine weitere Öffnung für den Luftdurchtritt auf; alternativ oder ergänzend hierzu kann auch eine Seite mit einem Luftspalt an einem Träger für die Photovoltaikvorrichtung montiert sein, so daß sich ein Luftzug einstellen kann.
Durch die Anordnung der Öffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens ist eine gleichmäßige Belüftung des Rahmeninneren und damit des Photovoltaikelements gewährleistet. Vorzugsweise weisen die im montierten Zustand unteren und oberen Seiten des Rahmens jeweils mindestens eine Öffnung für den Luftdurchtritt auf.
Erfindungsgemäß sind die erste und gegebenenfalls weitere Öffnungen für den Luftdurchtritt durch ein Lochblech gebildet, das in eine Aussparung in einer die zugehörige Seite des Rahmens bildenden Leiste eingesetzt ist. Dadurch läßt sich auf kostengünstige und montagefreundliche Weise eine Vielzahl von Öffnungen realisieren. Zum Einsetzen des Lochbleches kann die zugehörige Leiste vollständig durchtrennt und unterbrochen werden oder es kann ein entsprechender Ausschnitt in die Leiste eingebracht werden.
Der von dem Photovoltaikelement gelieferte Gleichstrom kann mittels eines Wechselrichters zum Zweck der Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz umgewandelt werden. Der Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Wechselrichters sind ebenso temperaturabhängig wie die entsprechenden Parameter des Photovoltaikelements. Darüber hinaus entsteht beim Betrieb des Wechselrichters Verlustwärme, die vorzugsweise abzuführen ist. Erfindungsgemäß weist die Photovoltaikvorrichtung daher einen Wechselrichter auf zur Anpassung der elektrischen Parameter der von dem Photovoltaikelement erzeugten Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer abführenden elektrischen Leitung.
Vorzugsweise ist der Wechselrichter von dem Photovoltaikelement entfernt angeordnet. Dadurch kann eine den Wirkungsgrad herabsetzende thermische Kopplung dieser beiden Elemente verhindert werden.
Erfindungsgemäß ist der Wechselrichter an der ersten Seite des Rahmens angeordnet, welche die Öffnung aufweist, und zwar in dem Bereich des durch die Öffnung hindurchtretenden Luftstroms. Dadurch kühlt der Luftstrom nicht nur das Photovoltaikelement, sondern auch den dazugehörigen Wechselrichter.
Weiterhin hat die erfindungsgemäße Anordnung des Wechselrichters den Vorteil, daß dieser trotz dachinnenseitiger Anordnung einfach zu montieren und erforderlichenfalls austauschbar ist. Die elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Wechselrichter und dem Photovoltaikelement erfolgt vorzugsweise unter Nutzung einer der auch für den Luftstrom vorgesehenen Öffnungen. Alternativ hierzu kann hierfür eine separate Öffnung vorgesehen sein oder es können sogar an dem Rahmen beispielsweise Steckverbindungselemente zum lösbaren elektrischen Verbinden des Wechselrichters mit dem Photovoltaikelement vorgesehen sein.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung weist die Photovoltaikvorrichtung eine Befestigungseinrichtung auf, mittels welcher der Rahmen mit dem Photovoltaikelement an einem Träger befestigbar ist. Bei dem Träger kann es sich insbesondere um eine Gebäudeaußenseite handeln, beispielsweise ein geneigtes Dach eines Hauses. Im einfachsten Fall kann die Befestigungseinrichtung durch Befestigungswinkel realisiert sein, mittels denen der Rahmen an den Dachlatten und/oder Dachsparren befestigbar ist.
Vorzugsweise ist der Rahmen in Größe und Außenumfangsform an eine die Photovoltaikvorrichtung umgebende Fläche des Trägers angepaßt, insbesondere an eine auf der umgebenden Fläche vorhandene Struktur. Beispielsweise kann der Rahmen hinsichtlich seines Länge/Breite-Verhältnisses an die auf der umgebenden Fläche angeordneten Dachsteine angepaßt sein. Alternativ oder ergänzend kann die Form und Größe des Rahmens auch im wesentlichen übereinstimmen mit der entsprechenden Form und Größe benachbarter Dachfenster; in diesem Fall können sehr rationell für die erfindungsgemäßen Elemente der Photovoltaikvorrichtung, wie beispielsweise Rahmen oder Befestigungseinrichtung, die entsprechenden aus der Dachfensterherstellung und -montage bekannten und vorhandenen Elemente verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung,
2 zeigt einen Schnitt gemäß II der 1 einer auf einem Dach eines Gebäudes befestigten Photovoltaikvorrichtung, und
3 zeigt eine Frontansicht der unteren Querseite des Rahmens der Photovoltaikvorrichtung.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung 1, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das in der 2 dargestellte Photovoltaikelement 2 nicht dargestellt ist.
Der rechteckförmige Rahmen 3 weist insgesamt zwei zueinander parallele Längsseiten 4, 5 und zwei rechtwinklig hierzu und parallel zueinander verlaufende Querseiten 6, 7 auf. Die Längs- und Querseiten 4, 5, 6, 7 können beispielsweise durch entsprechende Leisten oder Balken gebildet sein, beispielsweise aus Holz, Metall oder Kunststoff als Voll-, Hohl- oder Profilmaterial, die zur Bildung des Rahmens 3 miteinander vorzugsweise unlösbar verbunden sind.
Die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung 1 untere Querseite 6 weist in Bezug auf ihre Längsachse etwa mittig einen Ausschnitt auf, in den ein Lochblech 8 eingesetzt ist, mit einer Vielzahl von Öffnungen 9 für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens 3 in Richtung auf das Photovoltaikelement 2 und/oder vom Photovoltaikelement 2 nach außerhalb des Rahmens 3.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die untere Querseite 6 durch das Lochblech 8 vollständig unterbrochen. Zur Verbindung der beiden Leistenteile 10, 11 sind diese vorzugsweise über die gesamte Querseite des Rahmens mit einer entsprechenden Verbindungsleiste 12 miteinander verbunden. Das Lochblech 8 ist im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als langgestreckter Blechwinkel ausgeführt, wobei die Öffnungen 9 auch zur Verbindung des Lochblechs 8 mit der Verbindungsleiste 12 dienen können, beispielsweise für den Durchtritt von Befestigungsmitteln wie Schrauben oder Nägel.
Im mittleren Bereich des Lochblechs 8 ist ein Wechselrichter 13 angeordnet, mittels dem die von dem Photovoltaikelement 2 erzeugte Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer (nicht dargestellten) abführenden elektrischen Leitung angepaßt werden können. Zu diesem Zweck muß der Wechselrichter 13 mit dem Photovoltaikelement 2 verbunden werden, wozu im Lochblech 8 ein vergrößerte Durchtrittsöffnung 14 vorgesehen ist. Das Lochblech 8 ist auf der rahmenäußeren Seite unter Bildung einer Fixierlasche 28 abgekantet, wodurch der Wechselrichter 13 bereits ohne weitere Verbindungselemente an dem Rahmen 3 festlegbar oder jedenfalls für eine Vormontage einlegbar ist.
Sowohl auf der der ersten Querseite 6 gegenüberliegenden Querseite 7 als auch auf den beiden Längsseiten 4, 5 sind weitere Durchtrittsöffnungen 15 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel jeweils in Richtung der Längsachse der zugehörigen Leiste langgestreckt sind. Auf der zweiten Querseite 7 ist auf der Unterseite nahe der Verbindungsecke zu den beiden Längsseiten 4 bzw. 5 jeweils ein Leistenteil 16, 17 angeordnet. Durch die Anordnung der Leistenteile 16, 17 und/oder der Verbindungsleiste 12 ergibt sich bei der Montage des Rahmens 3 ein Luftspalt, durch den alternativ zu den Durchtrittsöffnungen 9, 15 Luft von außerhalb des Rahmens 3 in Richtung auf das Photovoltaikelement 2 und/oder umgekehrt hindurchtreten kann.
Die 2 zeigt einen Schnitt gemäß II der 1 einer auf einem Dach eines Gebäudes befestigten Photovoltaikvorrichtung 1. Hierzu ist der Rahmen 3 jedenfalls an der unteren Querseite 6 und der oberen Querseite 7 mittels einer Befestigungswinkel 18, 19 aufweisenden Befestigungseinrichtung an den Dachlatten 20 befestigt.
Der Rahmen 3 faßt ein Solarpaneel ein, das ein oder mehrere Photovoltaikelemente 2 aufweisen kann. Zur Sonneneinstrahlung 21 hin ist das Photovoltaikelement 2 durch eine für den Spektralbereich der relevanten elektromagnetischen Strahlung transparente Abdeckplatte 22 abgedeckt. Vorzugsweise weist die Abdeckplatte 22 eine schmutzabweisende Oberfläche 23 auf, wie sie beispielsweise von anderen technischen Anwendungsgebieten bekannt ist.
Randseitig ist das Solarpaneel mit einer abschnittsweise oder vorzugsweise einstückig umlaufenden Dichtung 24 mit dem Rahmen 3 verbunden. Jedenfalls an der oberen Querseite 7, in Abhängigkeit des Anwendungsfalles gegebenenfalls auch umlaufend, ist ein Abdeckrahmen 25 angeordnet, der zusätzlich einen Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz sowie einen mechanischen Schutz der Kante des Solarpaneels bietet. Auf der unteren Querseite 6 bildet ein Abtropfblech 26 einen weiteren Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz auch in die Dachhaut, wobei die Abtropfkante 27 ausreichend weit von der unteren Querseite 6 abgebogen ist.
Die 3 zeigt eine Frontansicht der unteren Querseite 6 des Rahmens 3 der erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung 1. Im dargestellten geringfügig modifizierten Ausführungsbeispiel sind die Leistenteile 10, 11 gegenüber der Verbindungsleiste 12 etwas vorgezogen. Der Wechselrichter 13 weist zwei Verbindungsleitungen 29 mit dem Photovoltaikelement 2 auf, welche durch die gegenüber den Belüftungsöffnungen 9 vergrößerte Durchtrittsöffnung 14 in das Innere des Rahmen 3 geführt sind. Durch einen nur teilweise dargestellten und vorzugsweise federelastisch verformbaren Spannbügel 30, der mit einer vom Wechselrichter 13 gehäuseseitig ausgebildeten Rasteinrichtung 31 zusammenwirkt, ist der Wechselrichter 13 dauerhaft sicher und dennoch einfach lösbar an dem Rahmen 3 festlegbar.

Claims

Photovoltaikvorrichtung (1) mit einem hinterlüfteten Photovoltaikelement (2) und einem Rahmen (3) zum Einfassen des Photovoltaikelements (2), wobei mindestens eine erste Seite (6) des Rahmens (3) mindestens eine Öffnung (9) aufweist für einen Luftdurchtritt von außerhalb des Rahmens (3) in Richtung auf das Photovoltaikelement (2) und/oder vom Photovoltaikelement (2) nach außerhalb des Rahmens (3), und wobei die Photovoltaikvorrichtung (1) einen Wechselrichter (13) aufweist zur Anpassung der elektrischen Parameter der von dem Photovoltaikelement (2) erzeugten Energie an die vorgebbaren Netzparameter einer abführenden elektrischen Leitung und der Wechselrichter (13) im Bereich des durch die Öffnung (9) hindurchtretenden Luftstroms angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und gegebenenfalls weitere Öffnungen (9) für den Luftdurchtritt durch ein Lochblech (8) gebildet sind, das in eine Aussparung einer die zugehörige Seite (6) des Rahmens bildenden Leiste (10, 11) eingesetzt ist, und daß der Wechselrichter (13) in der Aussparung der Leiste (10, 11) von einer Außenseite des Rahmens (3) zugänglich angeordnet ist.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite (6) die im montierten Zustand der Photovoltaikvorrichtung (1) untere Seite ist.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Seite (4, 5, 7) des Rahmens (3) eine weitere Öffnung (15) für den Luftdurchtritt aufweist und/oder bildet.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten Seite (6) gegenüberliegende Seite (7) des Rahmens (3) eine Öffnung (15) für den Luftdurchtritt aufweist und/oder bildet.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (13) von dem Photovoltaikelement (2) entfernt angeordnet ist.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Verbindungsleitung (29) zwischen dem Wechselrichter (13) und dem Photovoltaikelement (2) durch die Öffnung (9, 14) hindurchgeführt ist.
Photovoltaikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikvorrichtung (1) eine Befestigungseinrichtung (18, 19) aufweist, mittels welcher der Rahmen (3) mit dem Photovoltaikelement (1) an einem Träger befestigbar ist, insbesondere an einer Gebäudeaußenseite, und daß der Rahmen (3) in Größe und Außenumfangsform an eine die Photovoltaikvorrichtung (1) umgebende Fläche des Trägers angepaßt ist, insbesondere an eine auf der umgebenden Fläche vorhandene Struktur.