EP2174068A1 - Roof structure for a solar system - Google Patents

Roof structure for a solar system

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Publication number
EP2174068A1
EP2174068A1 EP07720211A EP07720211A EP2174068A1 EP 2174068 A1 EP2174068 A1 EP 2174068A1 EP 07720211 A EP07720211 A EP 07720211A EP 07720211 A EP07720211 A EP 07720211A EP 2174068 A1 EP2174068 A1 EP 2174068A1
Authority
EP
European Patent Office
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roof
glass
roof panels
panels
roof structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07720211A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Mario Posnansky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Posnansky Andre
Original Assignee
Posnansky Andre
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Filing date
Publication date
Application filed by Posnansky Andre filed Critical Posnansky Andre
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a roof structure for the photovoltaic generation of electric current and / or for heating a flowing medium, in particular an air stream.
  • the roof construction serves as a whole also all general roof functions.
  • the photovoltaic modules or roof elements themselves essentially consist of thin, flat, fragile silicon solar cells in strip or disk form. To protect against mechanical and chemical damage, the cells are embedded in an elastic transparent material usually EVA (ethyl vinyl acetate) between the front transparent front of tempered glass or plastic and a backside foil or glass.
  • EVA ethyl vinyl acetate
  • the solar cells are electrically connected to each other, so that the module voltage generated can be tapped via a usually rear-mounted junction box.
  • a plurality of such modules or roof elements are further connected in series and in parallel to obtain the respectively desired system voltage / DC power. Most of the electricity is fed into the public grid via an inverter or temporarily stored in batteries in small stand-alone systems.
  • Thin films of amorphous silicon, CulS2, or other semiconducting materials, or chemical compounds, which are also used for the construction of modules or roof and facade elements are known. These layers are applied to glass or transparent plastic, wherein on the front and / or back plastic films are used to protect against mechanical or chemical influences.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a roof structure of the type mentioned above, which allows for high reliability crucial cost reductions and includes the benefits of multifunctional power generation, without neglecting the aesthetic requirements of the built roofs. Furthermore, the invention is based on the object to provide cost-effective solutions for the energy-generating roof elements.
  • the object is achieved according to the invention in that at a distance from a sub-roof transparent or at least partially equipped with flat solar cells mounted glass roof panels and sealed, which form an airtight, largely obstacle-free flat gap in the flow direction.
  • the flat gap preferably has at least one inlet opening for the cold air, at least one outlet opening for the hot air and an airtight outer roof border or air-tight lateral boundaries of the flat gap.
  • An air flow is passed through the flat gap, which is introduced cold and heated and used again discharged into the atmosphere.
  • closed circuits can also be installed, which are operated with air or another gaseous medium.
  • glass roof tiles which have the full function of roofing elements - e.g. for the substitution of roof tiles, shingles etc. - also plates made of all other suitable transparent materials are included.
  • the distance between the shallow sub-roof (without the usual rafters) and the glass roof panels is preferably in the range of 15-30 mm.
  • the distance is determined by design parameters, such as design parameters. the desired temperature increase, height of the roof, expected thermal efficiency and the specified air velocity.
  • the flat gap can widen upwards. This is particularly the case when the glass roof panels and thus the roof or the roof part itself are narrowing up (pitched roof).
  • the rectangular or square shaped glass roof panels fulfill the function of roofing materials, in particular of bricks.
  • a special embodiment of the roof construction according to the invention comprises specially designed square glass roof panels which are laid with their diagonal in the vertical direction, overlapping on both sides. Cost savings result in particular from the fact that the flow of rainwater is guaranteed without further action, i. Profiles and the like for the lateral sealing of the plates omitted. This design is particularly suitable for mass production and is extremely cost-effective to lay.
  • the square glass roof panels are aesthetically appealing as roof elements and are used to cover the entire roof, including any secondary roofs (even without energy production). In addition to power and heat-gaining functions they are designed according to the invention also for the incidence of light (skylight function), also in combination with the power generation as translucent roof elements.
  • the glass roof panels supported by a frame, can be laid and supported on one level or shingle roof-shaped, but always sealed.
  • the frame for its part, includes mounting feet, which must not obstruct the air flow.
  • the glass roof panels laid according to the invention replace a conventional roof, they are watertight even in storm gusts and meet the snow load regulations.
  • the glass roof panels are also accessible.
  • thermal roof tiles As a roof structure roof sections with only thermal, only electrical function, only skylight function with electrical-thermal function (air temperatures up to 55 0 C) and downstream purely thermal glass roof panels to achieve high temperatures at the output can be installed.
  • the thermal roof tiles thus act as boosters. Further combinations
  • the use of glass roof panels is also possible in connection with the light or partially translucent properties.
  • Glass roof panel with simple roof function This consists of a front-hardened glass roof panel with back-laminated film for color design, as well as the fasteners simultaneously pressing elements at the four corners. For this function, however, other materials can be used with the same geometric structure and fastening technology.
  • the glass roof panel with skylight function can be used.
  • Glass roof panel with purely thermal function This consists of tempered glass with the same geometric structure and fastening technology.
  • the gap width between the plate and the sub-roof is preferably, as mentioned, 15-30 mm depending on the definition of the determining design parameters.
  • the air speed or flow rate is preferably controlled by a sun sensor-controlled or solar cell operated fan.
  • the radiation passes through the glass roof panel directly to an underlying selective absorber foil on which the air flows past and is heated.
  • a selective absorber has the property that the solar radiation (short wave) is almost completely absorbed (black body), the heat dissipation of the hot absorber is avoided as possible. This is achieved in that the absorber film has a low emission factor for the longer-wave radiation.
  • the selective foil is, for example, a solid-state layer of ceramic - metal called CERMET.
  • CERMET a solid-state layer of ceramic - metal
  • the coated absorber foil is durable and temperature resistant. It can be touched, cleaned, deformed, welded and riveted.
  • the absorption factor is 95%, the emission factor only 5%.
  • the selective absorber foil is mounted on the under-roof, the air flows between it and the transparent glass roof panel.
  • the thermal efficiency and thus the achievable air temperature is lower than when the air flows through behind the selective absorber film.
  • the absorber film is preferably mounted at a distance of about 10 mm below the transparent glass roof panel.
  • the heated air flows in a preferred variant in the gable area directly through an elongated, running along the gable air-water heat exchanger.
  • the largely cooled air is taken behind the exchanger through collecting ducts and operated for example by means of a solar cell Fan directly into the ambient air or - if still used for heating purposes - led into the interiors.
  • fan-assisted and regulated air flow is not necessary because the lift created by the heating of the air is sufficient to guide the hot air through the heat exchanger located along the gable.
  • the exiting warm air is conducted via a piping system to a collecting air heat exchanger outside the roof area, where in turn expediently a water cycle is heated.
  • the residual heat can be used for other purposes before it is discharged as exhaust air into the atmosphere.
  • FIG. 1 shows a vertical section through one half of a solar roof, with overlapping glass roof panels
  • FIG. 2 a variant according to FIG. 1 with laid glass roof panels and a fan
  • FIG. 3 shows a detail III of Fig. 2 with a stand-shaped support
  • FIG. 4 a roof gable with a heat exchanger
  • 5 shows a variant according to FIG. 4 with a collecting air heat exchanger
  • FIG. 6 is a view of a pattern roof with five installation variants R-V,
  • FIG. 11 is a planar installation of the glass roof panels according to FIG. 2,
  • Fig. 16 is a plan view of a roof glass plate with densely arranged solar cells
  • Fig. 17 is a plan view of a translucent glass roof panel
  • Fig. 18 is a view of a solar roof with raised glass roof panels.
  • the roof structure 10 for a solar system for the photovoltaic generation of electric current and / or for heating a cold air Electricity 14.
  • the roof structure 10 is arranged at a distance a from a lower roof 14 in parallel. In the present case, the distance a is about 20 mm.
  • the under-roof 12 and the roof structure 10 form a virtually obstacle-free flat gap 18 in the flow direction 16, in which the cold air 14 continuously heats up, as hot air stream 20 exits into a gable space 22 and from there is directly fed to a further use.
  • the flat gap 18 extends over the entire roof structure (saving rafters), and that there are no significant obstacles in the direction of flow 16.
  • the flat gap 18 is sealed in the outermost region of the roof structure over the entire circumference or a part thereof.
  • a filter 15 is expediently arranged.
  • the warm air stream 20 emerging in the gable space 22 can be used directly for drying.
  • Fig. 2 differs from Fig. 1 in particular in that the glass roof panels 24 are not overlapping, but on a plane, again at a distance a from the lower roof 12, are arranged.
  • the glass roof panels 24 are supported by stand-shaped supports 26 with a small flow cross-section at a distance a.
  • the air flow in the direction 16 is supported by at least one fan 28 in the gable space 22.
  • This fan 28 is connected via an intake pipe 30 with at least one outlet opening of the hot air stream 20.
  • a variant, not shown, is used to control the fan power.
  • the drive of the fan can also be done directly by solar cells, which eliminates a sensor. Both variants serve to maintain the temperature level under changed radiation conditions.
  • the gable space 22 shown in FIG. 4, which may also be designed as a collecting tube, comprises a heat exchanger 40 which is connected upstream of the fan 28 (FIG. 2) in the hot air stream 20.
  • the heat exchanger absorbs a considerable proportion of the heat content of the air and leads this in a conventional manner to a water cycle 42.
  • This comprises a supply line 44 and a discharge line 46, for example in a hot water or heating circuit.
  • the airtight gable space 22 opens an exhaust pipe 50 through which the still warm air can be supplied to a further use.
  • the still warm air exits via an outlet opening characterized by an arrow 52 as exhaust air into the outside atmosphere.
  • a flap 54 the air flow can be redirected or split.
  • Fig. 5 the further course of the exhaust pipe 50 is shown.
  • the entire warm air flow 20 flows to a collecting air heat exchanger 56, where the heat content of the air is in turn largely absorbed by a water circuit 42.
  • the cooled, but still warm warm air stream 20 exiting from the collecting air heat exchanger 56 goes into the atmosphere as exhaust air 58 or is supplied to a further use 60.
  • FIG. 6 shows a view of a virtual roof structure 10.
  • FIG. 6 does not correspond to a roof which is customary in practice, but to a pattern roof with as many variants as possible.
  • Each of the variants R, .S, T, U. and V would in practice correspond to a roof or a roof segment.
  • the glass roof panels 24 are arranged with photovoltaic function over the entire roof height.
  • the heating of the air in the back side gap is made by the heat transfer of the glass roof panels 24, which have a temperature of up to 70 ° C in solar radiation.
  • the resulting useful heat falls to a temperature level of 45 - 60 0 C.
  • Variant S the roof in the lower part of glass roof panels 24 with photovoltaic function.
  • the upper part of the air flows under glass roof panels 24 with purely thermal function.
  • the solar radiation incident on selective absorber film so that the air stream is further heated, depending on whether it is performed on the front or back of the selective film over, up to a temperature of 60-80 0 C.
  • Variant U Glass roof panels 24 with photovoltaic function and translucent properties are used here. Sunlight enters between the solar cells 60 electrically connected at a certain distance. Electric power is generated in this roof area and the translucent glass roof panels 24 also perform the function of shaded skylights. If the selective foil is used in the air gap, the skylight function disappears in favor of heat generation. The resulting temperature level for the useful heat is slightly higher than for the glass roof panels 24 with exclusive power generation due to the additional light.
  • Variant V glass roof panels 24 with purely thermal function are used in the upper roof area for the heat recovery.
  • Gladachsplatten 24 can be installed with skylight function (skylight) or The glass roof panels 24 may be black coated without solar cells installed.
  • FIG. 7 shows a partial longitudinal section through variant S according to FIG. 6.
  • the glass roof panels 24 in the lower area contain solar cells 60 that are juxtaposed against each other on impact, the sunlight Si is completely absorbed by them.
  • the top two glass roof panels 24 contain no solar cells 60, the sunlight S 2 can pass completely and is completely absorbed by a black absorber layer 64 applied to the under-roof 12, resulting in a strong heating of the air flowing through 20.
  • the absorbing layer 64 is applied only in the region of the completely transparent glass roof panels 24.
  • the solar cells 60 are applied at an all-round spacing b. Each about half of the sunlight strikes the solar cells (Si) 1, the other half of the sunlight passes through the glass roof panels 24 and strikes the selective absorber layer 64 (S 2 ), which covers the entire sub-roof 12. In comparison with FIG. 7, the photovoltaic generation of electrical current is reduced, whereas the heating of the air stream 20 is increased.
  • the flat gap 18 in the flow direction 16 is increased to a lesser extent also according to FIG. 7, which further improves the effect of the two completely transparent glass roof panels 24.
  • Fig. 9 the preferred laying variant of square glass roof panels 24 is indicated.
  • the glass roof panels 24 are raised, the diagonal run in the fall line of the roof ..
  • the glass roof panels 24 are arranged double overlapping downwards, they are supported by stand-shaped columns 26.
  • the glass roof panels 24 are laid conventionally, ie in the form of a shingled roof, overlapping one side down.
  • sealing and collecting channels 66 are laid, which in the vertical direction ie. in Flow direction 16 of the performed air, run.
  • the supporting and spacing sealing and busbars 66 have non-drawn longitudinal openings for the passage of air and wiring.
  • the rails 66 extend in the direction of the air flow 16 and therefore are virtually no obstacle.
  • square or rectangular glass roof panels 24 are set like a window in frames 68, which both seal and are supported at a distance a (FIG. 1).
  • FIG. 12 shows a variant according to FIG. 10.
  • the glass roof panels 24 taper to the rear, which is particularly necessary for a pitched roof.
  • FIGS. 13 to 15 show a laminate construction of the glass roof panels 24. All embodiments share a plate 70 made of tempered glass. This is usually walkable. Optionally, an antireflective layer 72 is arranged which prevents unwanted mirror effects. On the other side of the tempered glass plate 70, a cell embedding 74 of ethyl vinyl acetate EVA for the planar solar cells 60 can be seen. These solar cells 60 are arranged as in Fig. 13 on impact, they do not let sunlight through. The EVA layer 74 is protected by a backsheet 76, such as a Tedlar or aluminum foil.
  • a backsheet 76 such as a Tedlar or aluminum foil.
  • a flat cable outlet box 78 and a bypass diode 60 is disposed on the backplane 76.
  • the current conduction takes place in a manner known per se, but care is taken to ensure that the cables 82 are flat and therefore less hindering the flow of air.
  • the laminate structure of the glass roof panel 24 according to FIG. 14 substantially corresponds to that of FIG. 13.
  • the flat solar cells 60 are at a distance b from each other into a transparent EVA layer 74 embedded, wherein the width b of the light-transmitting strips 90 is greater than the corresponding linear dimension of the solar cell 60.
  • the rear foil or plate 76 must also be transparent.
  • a translucent glass roof panel 24 according to FIG. 14 has by definition transparent and non-transparent areas.
  • FIG. 15 shows a further variant of a laminar glass roof plate 24, after which the solar cells 60 are deposited at a distance b from each other directly on the underside of the plate 70 made of tempered glass (thin-film cell technology). Also in FIG. 15 is a translucent glass roof panel 24, but with a smaller area fraction of the translucent strips 90 than in Fig. 14. Depending on the method, the thin film applied to glass or transparent plastics is sandwiched between two glass or plastic panels.
  • Fig. 16 shows a Fig. 13 corresponding glass roof plate 24 in plan view.
  • the substantially square-shaped solar cells 60 are placed in abutment against each other and leave no slippage for the sunlight S 2 (FIG. 8).
  • the edge zones 84 serve to form overlaps.
  • the laid glass roof panels 24 form an impermeable to the sun roof structure 10 (Fig. 6, variant R).
  • FIG. 17 shows a translucent glass roof panel 24 with solar cells 60 arranged at a distance b according to FIG. 15.
  • the laid glass roof panels 24 also have considerable light-permeable strips 90.
  • Fig. 18 shows a roof structure 10 for a solar system for photovoltaic generation of electric power and for strong air heating in the direction of flow 16.
  • the laying pattern S of Fig. 6 is used, but with upstanding glass roof plates 24 of square shape with diagonals in the direction of fall , At the bottom, glass roof panels 24 with square solar cells 60 arranged on impact are overlapped on two sides and sealed.
  • a transparent or (not shown) translucent glass roof panel 24 is used, which assumes the function of a roof window 88, which makes sense above all if the roof consists exclusively of non-translucent glass roof panels 24.
  • boost - region are purely thermal G arranged lasdach plates 24 without solar cells where the already preheated air is to a temperature of warmed up to 100 0 C.
  • the air enters directly into a heat exchanger 40 with a water circuit 42nd. As already indicated in Fig. 4, this heat exchanger 40 is arranged in the gable area.

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Abstract

A roof structure (10) for the photovoltaic generation of electric current and/or for heating a flowing medium, in particular an air stream (14, 20), comprises flat, transparent or glass roof panels (24) which are at least partly equipped with flat solar cells (60). These glass roof panels are laid at a distance (a) from a roof substructure (12) so as to form an air-tight flat gap (18) which is largely free of obstructions in the flow direction, and are preferably square or rectangular.

Description

Dachaufbau für ein Solarsystem Roof construction for a solar system
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dachaufbau zur photovoltaischen Erzeugung von elektrischem Strom und/oder zur Erwärmung eines strömenden Mediums, insbesondere eines Luftstroms. Der Dachaufbau dient als Gesamtheit auch allen allgemeinen Dachfunktionen.The invention relates to a roof structure for the photovoltaic generation of electric current and / or for heating a flowing medium, in particular an air stream. The roof construction serves as a whole also all general roof functions.
Die Nutzung der täglich einfallenden Sonnenstrahlung auf Dächer und Fassaden von bewohnten oder unbewohnten Gebäuden, zu Gewinnung von Energie in Form von elektrischem Strom und Wärme, hat bereits eine grosse Bedeutung erlangt.The use of daily solar radiation on roofs and facades of inhabited or uninhabited buildings, to obtain energy in the form of electricity and heat, has already become very important.
Aufgrund der Endlichkeit der fossilen Energiequellen und auch von Uran ist die Erschliessung von unerschöpflichen Energiequellen, wie diejenige der Sonne, von grosser Wichtigkeit für unsere künftige Energieversorgung.Due to the finiteness of fossil energy sources and also of uranium, the development of inexhaustible energy sources, such as the sun, is of great importance for our future energy supply.
Die Reduktion der Verbrennung bzw. der vermehrte Ersatz fossiler Energiequellen ist auch aus ökologischen Gründen notwendig.The reduction of combustion or the increased replacement of fossil energy sources is also necessary for ecological reasons.
Die Entwicklung der letzten Jahre hat gezeigt, dass die grossmasstäbliche Gewinnung an Solarstrom und Wärme möglich ist. Bereits heute beträgt die jährliche Produktion von Solarzellen zur Stromerzeugung bereits über 1400 MW, entsprechend einer Fläche von ca. 14 km2. Die gegenwärtige jährliche Zuwachsrate beträgt ca. 40%. Zur Gewinnung von Wärme wurden bis 2004 allein auf Dächern Deutschlands bereits 6 Millionen m2 Kollektorfläche installiert. Bis 2012 soll diese Fläche verdoppelt werden.The development of recent years has shown that the large-scale production of solar power and heat is possible. The annual production of solar cells for power generation already amounts to more than 1400 MW, corresponding to an area of approx. 14 km 2 . The current annual growth rate is about 40%. To generate heat, 6 million m 2 of collector surface were already installed on roofs in Germany by 2004 alone. By 2012, this area is to be doubled.
Während die Photovoltaikmodule jetzt vermehrt auf Dächer aufgesetzt werden, ist die Belegung von Dachabschnitten mit thermischen Kollektoren durch die Verlegung von Wasser führenden Absorbern zur Regel geworden. Die technische Entwicklung führt jedoch aus Kosten- und ästhetischen Gründen vermehrt zur Integration der Solarsysteme in die Dachhaut, Fassaden und Oberlichter und Beschattungseinrichtungen. Zusätzlich übernehmen die Photovoltaikmodule und thermischen Kollektoren auch die üblichen Dach- und Fassadenfunktion.While the photovoltaic modules are now increasingly placed on roofs, the occupancy of roof sections with thermal collectors by the laying of water-bearing absorber has become the rule. However, the technical development leads increasingly for cost and aesthetic reasons to the integration of solar systems in the roof, facades and Skylights and shading facilities. In addition, the photovoltaic modules and thermal collectors also take over the usual roof and façade function.
Vermehrt werden für den Dachaufbau grossflächige Photovoltaik-Dachele- mente, als « Solardach » eingesetzt.. Die deutsche Firma SUNWORLD AG bietet ein entsprechendes Solardach auf dem Markt an. Es müssen spezielle, aufwendige Massnahmen für die Befestigung, aber vor allem für die Erzielung der Wasserdichtheit getroffen werden (seitliche- und Querprofile, Gummidichtungen etc). Davon getrennt werden auf oder in die Dächer thermische, meist wasserführende Sonnenkollektoren eingebaut. Bekannt sind auch sogenannte Luftkorrektoren, die als Dachaufbauten vor allem für die Heutrocknung, mit der erzeugten Warmluft, Verwendung finden. Aus der US. 5 990 414 A ist eine sehr ästhetische Ausführung von überlappenden Dachschindeln zur Photovoltaik - Stromerzeugung bekannt.Large-area photovoltaic roof elements are increasingly used as "solar roofs" for the roof structure. The German company SUNWORLD AG offers a corresponding solar roof on the market. It must be made special, complex measures for the attachment, but especially for the achievement of waterproofness (lateral and transverse profiles, rubber seals etc). Separated from this, thermal or mostly solar water collectors are installed on or in the roofs. Also known are so-called air correctors, which are used as roof structures, especially for hay drying, with the hot air generated, use. From the US. 5 990 414 A is a very aesthetic version of overlapping shingles for photovoltaic power generation known.
Die Photovoltaikmodule oder Dachelemente selber bestehen im Wesentlichen aus dünnen, flächig ausgebildeten, zerbrechlichen Siliziumsolarzellen in Streifen- oder Scheibenform. Zum Schutz gegen mechanische und chemische Beschädigung werden die Zellen in einem elastischen transparenten Material meist EVA (Ethylvinylacetat) zwischen der vorderen transparenten Frontseite aus gehärtetem Glas oder Kunststoff und einer rückseitigen Folie oder Glas eingebettet. Die Solarzellen werden miteinander elektrisch verbunden, sodass die erzeugte Modulspannung über eine meist rückwärtig angeordnete Anschlussdose abgegriffen werden kann. Eine Vielzahl solcher Module oder Dachelemente werden in Serie und parallel weiter verbunden, um die jeweils erwünschte Systemspannung / Gleichstromleistung zu erhalten. Meist wird der Strom ins öffentliche Netz über einen Wechselrichter ein- gespiesen oder bei kleinen Inselanlagen in Batterien zwischengespeichert.The photovoltaic modules or roof elements themselves essentially consist of thin, flat, fragile silicon solar cells in strip or disk form. To protect against mechanical and chemical damage, the cells are embedded in an elastic transparent material usually EVA (ethyl vinyl acetate) between the front transparent front of tempered glass or plastic and a backside foil or glass. The solar cells are electrically connected to each other, so that the module voltage generated can be tapped via a usually rear-mounted junction box. A plurality of such modules or roof elements are further connected in series and in parallel to obtain the respectively desired system voltage / DC power. Most of the electricity is fed into the public grid via an inverter or temporarily stored in batteries in small stand-alone systems.
Bekannt sind Dünnschichten aus amorphem Silcium, CulS2, oder andere halbleitenden Materialien, bzw. chemische Verbindungen, die ebenfalls zum Bau von Modulen oder Dach- und Fassadenelementen verwendet werden. Diese Schichten werden auf Glas oder transparentem Kunststoff aufgebracht, wobei auf der Vorder- und/oder Rückseite Kunststofffolien zum Schutz gegen mechanische oder chemische Einflüsse verwendet werden.Thin films of amorphous silicon, CulS2, or other semiconducting materials, or chemical compounds, which are also used for the construction of modules or roof and facade elements are known. These layers are applied to glass or transparent plastic, wherein on the front and / or back plastic films are used to protect against mechanical or chemical influences.
Es sind Solarsysteme bekannt, jedoch bisher kaum eingesetzt worden, bei denen die Sonneneinstrahlung für die Erwärmung von in Rohrleitungssystemen geführten Wasser- oder Luftströmen genutzt wird und gleichzeitig Strom mittels der Photovoltaik erzeugt wird. Die Gesamtkosten von solchen mit Solarsystemen bestückten Dächern sind sehr hoch und damit wird ein wichtiger Vorteil der Multifunktionalität in Frage gestellt. Die Funktionalität und Wärmeausbeute sind unbefriedigend, ebenso die ästhetischen Gegebenheiten und die Eignung zum Bau von einheitlichen Dächern. Auch eignen sich die bekannten Systeme nicht für die zur Kostensenkung der Energieerzeugung notwendige Massenfertigung. Sie weisen meist auch aufwendige Strukturen für die Dachintegration auf. Die energiegewinnenden Dachelemente, die konventionelle Dachelemente substituieren können (Ziegel, Schindeln etc.), müssten kostengünstiger gestaltet und installiert werden können. All die erwähnten Faktoren beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit der kombinierten Strom/Wärme Gewinnung.There are known solar systems, but so far hardly been used in which the solar radiation is used for the heating of pipelines guided water or air streams and at the same time power is generated by means of photovoltaics. The total cost of such roofs equipped with solar systems is very high and thus an important advantage of multifunctionality is called into question. The functionality and heat yield are unsatisfactory, as well as the aesthetic conditions and the suitability for the construction of uniform roofs. Also, the known systems are not suitable for the mass production necessary to reduce the cost of energy production. They usually also have elaborate structures for roof integration. The energy-generating roof elements that can substitute conventional roof elements (brick, shingles, etc.) would have to be cheaper and can be installed. All the factors mentioned affect the economy of the combined power / heat production.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Dachaufbau der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei hoher Betriebssicherheit entscheidende Kostensenkungen ermöglicht und die Vorteile der multifunktionalen Energieerzeugung einbezieht, ohne die ästhetischen Anforderungen der gebauten Dächer zu vernachlässigen. Im Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, auch für die energiegewinnenden Dachelemente kostengünstige Lösungen zu schaffen.The present invention is therefore based on the object to provide a roof structure of the type mentioned above, which allows for high reliability crucial cost reductions and includes the benefits of multifunctional power generation, without neglecting the aesthetic requirements of the built roofs. Furthermore, the invention is based on the object to provide cost-effective solutions for the energy-generating roof elements.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in Abstand von einem Unterdach transparente oder wenigstens teilweise mit flächig ausgebildeten Solarzellen ausgerüstete Glasdachplatten verlegt und abgedichtet, welche einen luftdichten, in Strömungsrichtung weitgehend hindernisfreien Flachspalt bilden. Spezielle und weiterbildende Ausführungen sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen. Der Flachspalt weist vorzugsweise wenigstens eine Eintrittsöffnung für die Kaltluft, wenigstens eine Austrittsöffnung für die Warmluft und eine luftdichte äussere Dachumrandung bzw. luftdichte seitliche Begrenzungen des Flachspaltes auf.The object is achieved according to the invention in that at a distance from a sub-roof transparent or at least partially equipped with flat solar cells mounted glass roof panels and sealed, which form an airtight, largely obstacle-free flat gap in the flow direction. Special and further developments are the subject of dependent claims. The flat gap preferably has at least one inlet opening for the cold air, at least one outlet opening for the hot air and an airtight outer roof border or air-tight lateral boundaries of the flat gap.
Es wird ein Luftstrom durch den Flachspalt geführt, welcher kalt eingeleitet und erwärmt und genutzt wieder in die Atmosphäre abgelassen wird. In gewissen Fällen können auch geschlossene Kreisläufe installiert werden, welche mit Luft oder einem andere gasförmigen Medium betrieben werden.An air flow is passed through the flat gap, which is introduced cold and heated and used again discharged into the atmosphere. In certain cases closed circuits can also be installed, which are operated with air or another gaseous medium.
Mit dem hier allgemein verwendeten Ausdruck « Glasdachplatten » die vollumfänglich die Funktion von Dachelementen aufweisen - z.B. zur Substitution von Dachziegeln, Dachschindeln etc. - sind auch Platten aus allen anderen geeigneten transparenten Materialien eingeschlossen.As used herein, the term "glass roof tiles" which have the full function of roofing elements - e.g. for the substitution of roof tiles, shingles etc. - also plates made of all other suitable transparent materials are included.
Der Abstand zwischen dem flach ausgebildeten Unterdach (ohne die üblichen Dachsparren) und den Glasdachplatten liegt vorzugsweise im Bereich von 15- 30 mm. Der Abstand bestimmt sich aufgrund von Auslegungsparametern, wie z.B. die erwünschte Temperaturerhöhung, Höhe des Daches, zu erwartender thermischer Wirkungsgrad und die festgelegte Luftgeschwindigkeit.The distance between the shallow sub-roof (without the usual rafters) and the glass roof panels is preferably in the range of 15-30 mm. The distance is determined by design parameters, such as design parameters. the desired temperature increase, height of the roof, expected thermal efficiency and the specified air velocity.
Nach einer Variante kann sich der Flachspalt nach oben aufweiten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Glasdachplatten und damit das Dach oder der Dachteil selbst nach oben schmäler werden (Spitzdach).According to a variant, the flat gap can widen upwards. This is particularly the case when the glass roof panels and thus the roof or the roof part itself are narrowing up (pitched roof).
Die rechteckig oder quadratisch ausgebildeten Glasdachplatten erfüllen die Funktion von Bedachungsmaterialien, insbesondere von Ziegeln.The rectangular or square shaped glass roof panels fulfill the function of roofing materials, in particular of bricks.
Bei rechteckig ausgebildeten Glasdachplatten werden diese überlappend verlegt und mit bekannten Mitteln abgedichtet, damit ein luftdichter Flachspalt gewährleistet ist. Seitlich sind Längsprofile ausgebildet, welche die Dichtigkeit, die Einhaltung des Abstandes und die Befestigung gewährleisten. Bei rechteckigen, nicht überlappenden Glasdachplatten, die aneinander stossen, wird die Abdichtung mit Gummiprofilen und Längsprofilen, die den erwähnten Abstand von 15-30 mm vorgeben und die Befestigung der Platten ermöglichen.In the case of rectangular glass roof panels, these are laid overlapping and sealed with known means, so that an airtight flat gap is ensured. Laterally longitudinal profiles are formed, which ensure the tightness, compliance with the distance and the attachment. For rectangular, non-overlapping glass roof panels, which abut each other, the seal with rubber profiles and longitudinal profiles, the mentioned Allow a distance of 15-30 mm and allow the plates to be fixed.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Dachaufbaus um- fasst speziell ausgebildete quadratische Glasdachplatten, welche mit ihrer Diagonale in vertikaler Richtung, beidseitig überlappend, verlegt werden. Kosteneinsparungen ergeben sich insbesondere dadurch, dass der Ablauf des Regenwassers ohne weitere Massnahme gewährleistet ist, d.h. Profile und dergleichen für die seitliche Abdichtung der Platten entfallen. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für die Massenfertigung und ist ausserordent- lich kostengünstig zu verlegen.A special embodiment of the roof construction according to the invention comprises specially designed square glass roof panels which are laid with their diagonal in the vertical direction, overlapping on both sides. Cost savings result in particular from the fact that the flow of rainwater is guaranteed without further action, i. Profiles and the like for the lateral sealing of the plates omitted. This design is particularly suitable for mass production and is extremely cost-effective to lay.
Die quadratischen Glasdachplatten sind als Dachelemente ästhetisch ansprechend und werden zur Überdeckung des gesamten Daches einschliesslich allfälliger Nebendächer (auch ohne Energiegewinnung) benutzt. Neben Strom und Wärme gewinnenden Funktionen sind sie erfindungsgemäss auch für den Lichteinfall (Oberlichtfunktion) gestaltet, auch in Kombination mit der Stromerzeugung als transluzide Dachelemente.The square glass roof panels are aesthetically appealing as roof elements and are used to cover the entire roof, including any secondary roofs (even without energy production). In addition to power and heat-gaining functions they are designed according to the invention also for the incidence of light (skylight function), also in combination with the power generation as translucent roof elements.
Nach einer weiteren Verlegungsvariante können die Glasdachplatten, mit einem Rahmen gehaltert, auf einer Ebene oder Schindeldachförmig, jedoch immer abgedichtet, verlegt und abgestützt sein. Der Rahmen seinerseits um- fasst Befestigungsfüsse, welche den Luftdurchfluss nicht behindern dürfen.According to a further laying variant, the glass roof panels, supported by a frame, can be laid and supported on one level or shingle roof-shaped, but always sealed. The frame, for its part, includes mounting feet, which must not obstruct the air flow.
Da die erfindungsgemäss verlegten Glasdachplatten ein übliches Dach ersetzen, sind diese auch bei Sturmböen wasserdicht und erfüllen die Schneelastvorschriften. Die Glasdachplatten sind auch begehbar.Since the glass roof panels laid according to the invention replace a conventional roof, they are watertight even in storm gusts and meet the snow load regulations. The glass roof panels are also accessible.
Diese Glasdachplatten können erfindungsgemäss für den Dachaufbau wie folgt eingesetzt werden:These glass roof panels can be used according to the invention for the roof structure as follows:
• Als konventionelle Glasdachplatten - durchsichtig oder undurchsichtig - Zur Abdeckung von Dachteilen ohne Energienutzung. Dies gilt insbesondere für die quadratischen Dachplatten, die ästhetisch und einfach zu installieren sind. Die vorzugsweise doppelt überlappenden Glasdachplatten werden an den vier Ecken am Unterdach befestigt und gleichzeitig zur Erzielung der Dichtigkeit aufeinander ge- presst.• As conventional glass roof panels - transparent or opaque - For covering roof parts without energy consumption. This is especially true for the square roof tiles, which are aesthetically pleasing and easy to install. The preferably double-overlapping glass roof panels are fastened to the four corners of the lower roof and at the same time pressed against each other to achieve the tightness.
• Als thermische Glasdachplatten zur Wärmenutzung durch Erhitzung des Luftstromes im darunter liegenden Luftspalt. In diesem Fall sind die Glasdachplatten für die volle Sonnenstrahlung durchlässig. Die Strahlung wird von einem selektiv beschichteten Absorber absorbiert, der zur direkten effizienten Erwärmung der Luft auf hohe Nutztemperaturen dient (bis zu 100 0C).• As thermal glass roof panels for heat utilization by heating the air flow in the air gap underneath. In this case, the glass roof panels are permeable to full solar radiation. The radiation is absorbed by a selective absorber coating, which serves to direct efficient heating of the air to high useful temperatures (up to 100 0 C).
• Als photovoltaische Glasdachplatten mit und ohne gleichzeitiger Wärmenutzung. Falls mit dem Luftstrom im dahinter liegenden Spalt keine Wärme gewonnen wird, eignet sich dieser zur leistungserhö- henden Kühlung der Zellen. Die Luft erwärmt sich an der Rückseite der Glasdachplatten, wobei Nutztemperaturen bis zu ca. 55 0C erzielbar sind.• As photovoltaic glass roof panels with and without simultaneous use of heat. If no heat is gained with the air stream in the gap behind, this is suitable for increasing the efficiency of the cooling of the cells. The air heats up on the back of the glass roof panels, whereby useful temperatures of up to approx. 55 ° C. can be achieved.
• Als lichtdurchlässige Glasdachplatten mit Oberlichtfunktion.• As translucent glass roof panels with skylight function.
• Als teilweise lichtdurchlässige Glasdachplatten mit photovoltaischer Stromerzeugung (durch die Zellen beschattetes Oberlicht), Unterdach durchsichtig oder nur mit den Dachträgern.• Partially translucent glass roof panels with photovoltaic power generation (skylight shaded by the cells), transparent under-roof or only with roof racks.
• Als teilweise lichtdurchlässige Glasdachplatte zur photovoltaischen und thermischen Energienutzung.• As a partially translucent glass roof panel for photovoltaic and thermal energy use.
Als Dachaufbau können Dachabschnitte mit nur thermischer, nur elektrischer Funktion, nur Oberlichtfunktion mit elektrisch-thermischer Funktion (Lufttemperaturen bis zu 55 0C) sowie nachgeschaltete rein thermische Glasdachplatten zur Erzielung von hohen Temperaturen am Ausgang installiert werden. Die thermischen Dachplatten wirken somit als « Booster ». Weitere Kombina- tionen für den Einsatz der Glasdachplatten sind ebenfalls möglich im Zusammenhang mit den licht - oder teilweise lichtdurchlässigen Eigenschaften.As a roof structure roof sections with only thermal, only electrical function, only skylight function with electrical-thermal function (air temperatures up to 55 0 C) and downstream purely thermal glass roof panels to achieve high temperatures at the output can be installed. The thermal roof tiles thus act as boosters. Further combinations The use of glass roof panels is also possible in connection with the light or partially translucent properties.
Insbesondere mit dem bevorzugten Dachaufbau bestehend aus den quadratischen, ästhetischen Glasdachplatten bietet sich die Möglichkeit, ultra moderne multifunktionale Dächer zu bauen, bei welchen gleichseitig Strom produziert wird und fossile Brennstoffe für die Wärmegewinnung substituiert werden. Durch die Massenfertigung dieser Dachelemente in Kombination mit der Wärmenutzung lassen sich bei der Installation von Dutzenden von Quadratkilometern interessante Voraussetzungen für die grossmassstäbliche wirtschaftliche Nutzung von Sonnenenergie weltweit erzielen. Allein in der Schweiz kann der vollumfängliche Umstieg auf unerschöpfliche umweltgerechte Energiequellen erfolgen, wenn bereits 10% der Dach- und Fassadenflächen der heute bestehenden Gesamtfläche von 700 km2 genutzt werden. Gegenwärtig werden jährlich in der Schweiz 12 km2 Dächer gebaut oder erneuert. In Deutschland liegen die vorerwähnten Zahlen beim zehnfachen.In particular, with the preferred roof structure consisting of the square, aesthetic glass roof panels offers the opportunity to build ultra-modern multifunctional roofs, in which the same side electricity is produced and fossil fuels are substituted for heat. By mass production of these roof elements in combination with the use of heat, the installation of dozens of square kilometers can create interesting conditions for the large-scale economic use of solar energy worldwide. In Switzerland alone, the full transition to inexhaustible, environmentally friendly energy sources can be made if 10% of the roof and facade areas of the existing total area of 700 km2 are already being used. At present, 12 km2 of roofs are built or renewed annually in Switzerland. In Germany, the aforementioned figures are ten times.
Am Beispiel der quadratischen doppelt überlappenden Glasdachplatten sind nachfolgend die Ausführungsformen der verschiedenen Glasdachplatten beschrieben.Using the example of the quadratic double-overlapping glass roof panels, the embodiments of the various glass roof panels are described below.
• Glasdachplatte mit einfacher Dachfunktion. Diese besteht aus einer vorderseitig gehärteten Glasdachplatte mit rückseitig auflaminierter Folie für die Farbgestaltung, sowie den Befestigungselementen gleichzeitig Anpresselemente an den vier Ecken. Für diese Funktion lassen sich jedoch auch andere Materialien verwenden mit gleicher geometrischer Struktur und Befestigungstechnik.• Glass roof panel with simple roof function. This consists of a front-hardened glass roof panel with back-laminated film for color design, as well as the fasteners simultaneously pressing elements at the four corners. For this function, however, other materials can be used with the same geometric structure and fastening technology.
• Falls das Glas lichtdurchlässig bleibt, kann die Glasdachplatte mit Oberlichtfunktion eingesetzt werden. • Glasdachplatte mit rein thermischer Funktion. Diese besteht aus gehärtetem Glas mit gleicher geometrischer Struktur und Befestigungstechnik.• If the glass remains translucent, the glass roof panel with skylight function can be used. • Glass roof panel with purely thermal function. This consists of tempered glass with the same geometric structure and fastening technology.
• Glasdachplatte mit photovoltaischer Funktion. Diese besteht aus einem Photovoltaik-Zellen-Laminat gemäss eingangs beschriebenen Schichtverbund (Silicium-Zellen oder Dünnschichtzellen)• Glass roof panel with photovoltaic function. This consists of a photovoltaic cell laminate according to the above-described layer composite (silicon cells or thin-film cells)
• Glasdachplatte mit Photovoltaikfunktion und Lichtdurchlass, sowie gleicher geometrischer Struktur und Befestigungstechnik. Diese bestehen aus einem Photovoltaiklaminat gemäss dem Eingangs beschriebenen Schichtverbund, wobei die Solarzellen unter Einhaltung eines Abstandes zwischen den Zellen zur Lichttransmission miteinander elektrisch verbunden sind. Die geometrische Struktur und Befestigungstechnik bleibt wiederum gleich.• Glass roof panel with photovoltaic function and light transmission, as well as the same geometric structure and fastening technology. These consist of a photovoltaic laminate according to the layer composite described in the introduction, wherein the solar cells are electrically connected to each other while maintaining a distance between the cells for light transmission. The geometric structure and fastening technology remains the same.
Konventionelle thermische Kollektoren zur Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung mit erforderlicher Installation von metallischen Absorbern mit den zugehörigen wasserführenden Röhren oder gar Vakuum - Kollektoren zum ganzflächigen „Einsammeln" der Sonnenstrahlen sind um ein Mehrfaches teurer als das erfindungsgemässe Absorbieren der Sonnenstrahlung auf der gleichen Fläche mit einem Luftstrom und nachgeschalteten Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme auf das flüssige Medium. Im Fall der Photovoltaikdachplatten sind die Investitionen für die gleichzeitige Erwärmung des Luftstroms zudem bereits getätigt, wobei die Kosten für ein konventionelles Dachelement in Abzug gebracht werden.Conventional thermal collectors for hot water production and heating support with required installation of metallic absorbers with the associated water-bearing tubes or even vacuum collectors for full-surface "collecting" of the sun's rays are several times more expensive than the inventive absorption of solar radiation on the same surface with an air flow and downstream Heat exchangers for transferring heat to the liquid medium In the case of photovoltaic roof panels, the investments for the simultaneous heating of the air flow have already been made, with the costs of a conventional roof element being deducted.
Voraussetzung für eine wirksame Übertragung der Wärme von den Photovoltaikdachplatten auf die dahinter zirkulierende Luft ist jedoch ein guter Wärmeübergang. Für den erfindungsgemässen Dachaufbau beträgt die Spaltbreite zwischen Platte und Unterdach vorzugsweise wie erwähnt 15 - 30 mm je nach Festlegung der bestimmenden Auslegungsparameter. Zur Aufrechterhaltung der Lufttemperatur am Ausgang wird die Luftgeschwindigkeit bzw. Durchflussmenge vorzugsweise mit einem Sonnensensor gesteuerten oder Solarzellen betriebenen Ventilator geregelt.However, a prerequisite for effective transfer of heat from the photovoltaic roof panels to the air circulating behind them is a good heat transfer. For the roof structure according to the invention, the gap width between the plate and the sub-roof is preferably, as mentioned, 15-30 mm depending on the definition of the determining design parameters. To maintain the air temperature at the outlet, the air speed or flow rate is preferably controlled by a sun sensor-controlled or solar cell operated fan.
Zur weiteren Temperaturerhöhung z. B.. oberhalb der Photovoltaik-Dach- platten ist es nach einer Variante zweckmässig, auf den Einbau von Solarzellen zu verzichten und die durchsichtigen thermischen Glasdachplatten anzuordnen. In diesem Fall gelangt die Strahlung durch die Glasdachplatte direkt auf eine darunter liegende selektive Absorberfolie an der die Luft vorbei strömt und erwärmt wird. Ein selektiver Absorber hat die Eigenschaft, dass die Sonnenstrahlung (kurzwellig) beinahe vollständig absorbiert wird (Schwarzkörper) die Wärmeabstrahlung des heissen Absorbers jedoch möglichst vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Absorberfolie einen geringen Emissionsfaktor für die längerwellige Abstrahlung besitzt.For further increase in temperature z. B .. above the photovoltaic roof panels, it is expedient according to a variant to dispense with the installation of solar cells and to arrange the transparent thermal glass roof panels. In this case, the radiation passes through the glass roof panel directly to an underlying selective absorber foil on which the air flows past and is heated. A selective absorber has the property that the solar radiation (short wave) is almost completely absorbed (black body), the heat dissipation of the hot absorber is avoided as possible. This is achieved in that the absorber film has a low emission factor for the longer-wave radiation.
Bei der selektiven Folie handelt es sich beispielsweise um eine Festkörperschicht Keramik - Metall, CERMET genannt. Die beschichtete Absorberfolie ist langlebig und temperaturbeständig. Sie kann angefasst, gereinigt, verformt, geschweisst und genietet werden. Der Absorbtionsfaktor liegt bei 95%, der Emissionsfaktor lediglich bei 5%. Diese Anforderungen werden beispielsweise vom Produkt Sunselect der Interpane Solar GmbH & Co. in Deutschland erfüllt.The selective foil is, for example, a solid-state layer of ceramic - metal called CERMET. The coated absorber foil is durable and temperature resistant. It can be touched, cleaned, deformed, welded and riveted. The absorption factor is 95%, the emission factor only 5%. These requirements are met, for example, by the product Sunselect of Interpane Solar GmbH & Co. in Germany.
Falls die selektive Absorberfolie auf dem Unterdach befestigt wird, strömt die Luft zwischen ihr und der durchsichtigen Glasdachplatte. Der thermische Wirkungsgrad und damit die erzielbare Lufttemperatur ist geringer als wenn die Luft hinter der selektiven Absorberfolie durchströmt. Die Absorberfolie wird vorzugsweise in einem Abstand von ca. 10 mm unterhalb der durchsichtigen Glasdachplatte angebracht.If the selective absorber foil is mounted on the under-roof, the air flows between it and the transparent glass roof panel. The thermal efficiency and thus the achievable air temperature is lower than when the air flows through behind the selective absorber film. The absorber film is preferably mounted at a distance of about 10 mm below the transparent glass roof panel.
Die erhitzte Luft strömt in einer bevorzugten Variante im Giebelbereich direkt durch einen länglichen, entlang des Giebels verlaufenden Luft- Wasser - Wärmetauscher. Die grösstenteils abgekühlte Luft wird hinter dem Tauscher durch Sammelkanäle gefasst und z.B. mittels eines Solarzellen betriebenen Ventilators direkt in die Umgebungsluft oder - falls noch für Heizzwecke benutzt - in die Innenräume geführt. In gewissen Anwendungsfällen ist eine Ventilator unterstützte und geregelte Luftströmung nicht notwendig, da der durch die Erwärmung der Luft entstehende Auftrieb hinreichend ist, um die Warmluft durch den entlang des Giebels angeordneten Wärmetauscher zu führen.The heated air flows in a preferred variant in the gable area directly through an elongated, running along the gable air-water heat exchanger. The largely cooled air is taken behind the exchanger through collecting ducts and operated for example by means of a solar cell Fan directly into the ambient air or - if still used for heating purposes - led into the interiors. In certain applications, fan-assisted and regulated air flow is not necessary because the lift created by the heating of the air is sufficient to guide the hot air through the heat exchanger located along the gable.
Nach einer weiteren Variante wird die austretende Warmluft über ein Rohrleitungssystem zu einem Sammelluftwärmetauscher ausserhalb des Dachbereiches geführt, wo wiederum zweckmässig ein Wasserkreislauf erwärmt wird. Die Restwärme kann für weitere Nutzungszwecke verwendet werden, bevor sie als Fortluft in die Atmosphäre abgelassen wird.According to a further variant, the exiting warm air is conducted via a piping system to a collecting air heat exchanger outside the roof area, where in turn expediently a water cycle is heated. The residual heat can be used for other purposes before it is discharged as exhaust air into the atmosphere.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Dachaufbaus sind offensichtlich, es wurde bereits vorstehend auf die Anwendungen zur Nutzung der Wärme und die Kostenvorteile hingewiesen, insbesondere müssen keine teuren Rohrleitungssysteme im ganzen Dachbereich verlegt werden, der durchgehend offene Flachspalt erfordert weit weniger Investitionskosten und ist anspruchslos im Unterhalt.The advantages of the roof structure according to the invention are obvious, it has already been pointed out above to the applications for the use of heat and cost advantages, in particular no expensive piping systems must be installed throughout the roof area, the continuously open flat gap requires far less investment costs and is undemanding in maintenance.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing, which are also the subject of dependent claims. They show schematically:
Fig. 1 : einen Vertikalschnitt durch eine Hälfte eines Solardachs, mit überlappenden Glasdachplatten,1 shows a vertical section through one half of a solar roof, with overlapping glass roof panels,
Fig. 2: eine Variante gemäss Fig. 1 mit plan verlegten Glasdachplatten und einem Ventilator,2: a variant according to FIG. 1 with laid glass roof panels and a fan,
Fig. 3 ein Detail III von Fig. 2 mit einer ständerförmigen Stütze,3 shows a detail III of Fig. 2 with a stand-shaped support,
Fig. 4 einen Dachgiebel mit einem Wärmetauscher, Fig.5 eine Variante gemäss Fig. 4 mit einem Sammelluftwärmetauscher,4 a roof gable with a heat exchanger, 5 shows a variant according to FIG. 4 with a collecting air heat exchanger, FIG.
Fig. 6 eine Ansicht eines Musterdaches mit fünf Verlegevarianten R-V,6 is a view of a pattern roof with five installation variants R-V,
Fig. 7 einen teilweisen Vertikalschnitt durch die Verlegevariante S,7 is a partial vertical section through the laying variant S,
Fig. 8 einen teilweisen Vertikalschnitt durch die Verlegevariante V,8 is a partial vertical section through the laying variant V,
Fig. 9 eine Verlegvariante mit hochgestellten, quadratischen Glasdachplatten,9 shows a laying variant with raised, square glass roof panels,
Fig. 10 eine schindeldachförmige Verlegevariante der Glasdachplatten,10 shows a shingle roof-shaped laying variant of the glass roof panels,
Fig. 11 eine plane Verlegung der Glasdachplatten gemäss Fig. 2,11 is a planar installation of the glass roof panels according to FIG. 2,
Fig. 12 eine Verlegevariante von sich verjüngenden Glasdachplatten für ein Spitzdach,12 a laying variant of tapered glass roof panels for a pitched roof,
Fig. 13 einen Teilschnitt durch eine Glasdachplatte,13 is a partial section through a glass roof panel,
Fig. 14 eine Variante gemäss Fig. 13,14 shows a variant according to FIG. 13,
Fig. 15 eine weitere Variante einer Glasdachplatte,15 shows another variant of a glass roof panel,
Fig. 16 eine Draufsicht auf eine Dachglasplatte mit dicht angeordneten SolarzellenFig. 16 is a plan view of a roof glass plate with densely arranged solar cells
Fig. 17 eine Draufsicht auf eine transluzide Glasdachplatte, undFig. 17 is a plan view of a translucent glass roof panel, and
Fig. 18 eine Ansicht eines Solardachs mit hochgestellten Glasdachplatten.Fig. 18 is a view of a solar roof with raised glass roof panels.
Fig. 1 zeigt einen Dachaufbau 10 für ein Solarsystem zur photovoltaischen Erzeugung von elektrischem Strom und/oder zur Erwärmung eines Kaltluft- Stroms 14. Der Dachaufbau 10 ist um eine Distanz a von einem Unterdach 14 entfernt parallel angeordnet. Vorliegend beträgt der Abstand a etwa 20 mm.1 shows a roof structure 10 for a solar system for the photovoltaic generation of electric current and / or for heating a cold air Electricity 14. The roof structure 10 is arranged at a distance a from a lower roof 14 in parallel. In the present case, the distance a is about 20 mm.
Das Unterdach 12 und der Dachaufbau 10 bilden einen in Strömungsrichtung 16 praktisch hindernisfreien Flachspalt 18, in welchem sich die Kaltluft 14 kontinuierlich erwärmt, als Warmluftstrom 20 in einen Giebelraum 22 austritt und von dort direkt einer weiteren Verwendung zugeführt wird.The under-roof 12 and the roof structure 10 form a virtually obstacle-free flat gap 18 in the flow direction 16, in which the cold air 14 continuously heats up, as hot air stream 20 exits into a gable space 22 and from there is directly fed to a further use.
Es ist von wesentlicher Bedeutung, dass sich der Flachspalt 18 über den ganzen Dachaufbau erstreckt (Einsparung von Dachsparren), und dass in Strömungsrichtung 16 keine wesentlichen Hindernisse bestehen. Der Flachspalt 18 wird im äussersten Bereich des Dachaufbaus über den ganzen Umfang oder ein Teil davon abgedichtet. So kann eine natürliche Strömung in Richtung 16 aufgebaut werden, die Kaltluft 14 wird erwärmt, dehnt sich aus und steigt wegen der niedrigeren Dichte in Strömungsrichtung 16 auf.It is essential that the flat gap 18 extends over the entire roof structure (saving rafters), and that there are no significant obstacles in the direction of flow 16. The flat gap 18 is sealed in the outermost region of the roof structure over the entire circumference or a part thereof. Thus, a natural flow in the direction 16 can be constructed, the cold air 14 is heated, expands and increases because of the lower density in the flow direction 16.
An der Eintrittsöffnung für die Kaltluft 14 ist zweckmässig auch ein Filter 15 angeordnet. Der im Giebelraum 22 austretende Warmluftstrom 20 kann direkt zum Trocknen gebraucht werden.At the inlet opening for the cold air 14, a filter 15 is expediently arranged. The warm air stream 20 emerging in the gable space 22 can be used directly for drying.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 insbesondere dadurch, dass die Glasdachplatten 24 nicht überlappend, sondern auf einer Ebene, wiederum im Abstand a vom Unterdach 12, angeordnet sind. Die Glasdachplatten 24 werden von ständerförmigen Stützen 26 mit einem geringen Strömungsquerschnitt im Abstand a gehaltert. Die Luftströmung in Richtung 16 wird durch wenigstens einen Ventilator 28 im Giebelraum 22 unterstützt. Dieser Ventilator 28 ist über ein Ansaugrohr 30 mit wenigstens einer Austrittsöffnung des Warmluftstroms 20 verbunden. Eine nicht dargestellte Variante dient der Regelung der Ventilatorleistung. Der Antrieb des Ventilators kann auch direkt durch Solarzellen erfolgen, womit ein Sensor entfällt. Beide Varianten dienen der Aufrechterhaltung des Temperaturniveaus bei veränderten Strahlungsbedingungen.Fig. 2 differs from Fig. 1 in particular in that the glass roof panels 24 are not overlapping, but on a plane, again at a distance a from the lower roof 12, are arranged. The glass roof panels 24 are supported by stand-shaped supports 26 with a small flow cross-section at a distance a. The air flow in the direction 16 is supported by at least one fan 28 in the gable space 22. This fan 28 is connected via an intake pipe 30 with at least one outlet opening of the hot air stream 20. A variant, not shown, is used to control the fan power. The drive of the fan can also be done directly by solar cells, which eliminates a sensor. Both variants serve to maintain the temperature level under changed radiation conditions.
In Fig. 3 ist eine im Unterdach 12 verankerte ständerförmige Stütze 26 detaillierter dargestellt. Eine Schraube 36 mit einem umlaufenden Auflageflansch 32 und einem Führungsdom 34 gewährleistet die Einstellung eines Flachspalts 18 im erwähnten Bereich von zweckmässig etwa 15 mm. Die aufgelegten Glasplatten 24 werden mit einer Kopfschraube gesichert. Die Laminatstruktur der Glasdachplatten 24 wird in den Fig. 13 bis 15 gezeigt.In Fig. 3, anchored in the sub-roof 12 upright support 26 is shown in more detail. A screw 36 with a peripheral support flange 32 and a guide dome 34 ensures the setting of a flat gap 18 in the mentioned range of practical about 15 mm. The laid glass plates 24 are secured with a cap screw. The laminate structure of the glass roof panels 24 is shown in FIGS. 13 to 15.
Der in Fig. 4 dargestellte Giebelraum 22, der auch als Sammelrohr ausgestaltet sein kann, umfasst einen Wärmetauscher 40 der dem Ventilator 28 (Fig. 2) vorgeschaltet ist, im Warmluftstrom 20. Der Wärmetauscher nimmt einen erheblichen Anteil des Wärmeinhalts der Luft auf und führt diesen in an sich bekannter Weise einem Wasserkreislauf 42 zu. Dieser umfasst eine Zuleitung 44 und eine Ableitung 46, beispielsweise in einem Warmwasser- oder Heizungskreislauf. In den luftdicht verschlossenen Giebelraum 22 mündet eine Abluftleitung 50 durch welche die noch warme Luft einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. Nach einer Variante tritt die noch warme Luft über eine mit einem Pfeil 52 charakterisierte Austrittöffnung als Fortluft in die Aus- senatmosphäre aus. Mit einer Klappe 54 kann der Luftstrom umgelenkt oder aufgeteilt werden.The gable space 22 shown in FIG. 4, which may also be designed as a collecting tube, comprises a heat exchanger 40 which is connected upstream of the fan 28 (FIG. 2) in the hot air stream 20. The heat exchanger absorbs a considerable proportion of the heat content of the air and leads this in a conventional manner to a water cycle 42. This comprises a supply line 44 and a discharge line 46, for example in a hot water or heating circuit. In the airtight gable space 22 opens an exhaust pipe 50 through which the still warm air can be supplied to a further use. According to one variant, the still warm air exits via an outlet opening characterized by an arrow 52 as exhaust air into the outside atmosphere. With a flap 54, the air flow can be redirected or split.
In Fig. 5 ist der weitere Verlauf der Abluftleitung 50 gezeigt. Nach dem Öffnen der Klappe 54 fliesst der gesamte Warmluftstrom 20 zu einem Sammelluft- wärmetauscher 56, wo der Wärmeinhalt der Luft wiederum grösstenteils von einem Wasserkreislauf 42 aufgenommen wird. Der aus dem Sammelluftwär- metauscher 56 austretende abgekühlte, jedoch noch immer warme Warmluftstrom 20 geht als Fortluft 58 in die Atmosphäre oder wird einer weiteren Nutzung 60 zugeführt.In Fig. 5 the further course of the exhaust pipe 50 is shown. After opening the flap 54, the entire warm air flow 20 flows to a collecting air heat exchanger 56, where the heat content of the air is in turn largely absorbed by a water circuit 42. The cooled, but still warm warm air stream 20 exiting from the collecting air heat exchanger 56 goes into the atmosphere as exhaust air 58 or is supplied to a further use 60.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines virtuellen Dachaufbaus 10. Mit anderen Worten entspricht Fig. 6. nicht einem in der Praxis üblichen Dach, sondern einem Musterdach mit möglichst vielen Varianten. Jeder der Varianten R, .S, T, U. und V würde in der Praxis einem Dach oder einem Dachsegment entsprechen.6 shows a view of a virtual roof structure 10. In other words, FIG. 6 does not correspond to a roof which is customary in practice, but to a pattern roof with as many variants as possible. Each of the variants R, .S, T, U. and V would in practice correspond to a roof or a roof segment.
- Variante R. Hier sind die Glasdachplatten 24 mit photovoltaischer Funktion über die gesamte Dachhöhe angeordnet. Die Erwärmung der Luft im rück- seitigen Spalt erfolgt durch die Wärmeübertragung der Glasdachplatten 24, die bei Sonnenstrahlung eine Temperatur von bis zu 70 ° C aufweisen. Die dadurch gewonnene Nutzwärme fällt auf einem Temperaturniveau von 45 - 60 0C an.- Variant R. Here, the glass roof panels 24 are arranged with photovoltaic function over the entire roof height. The heating of the air in the back side gap is made by the heat transfer of the glass roof panels 24, which have a temperature of up to 70 ° C in solar radiation. The resulting useful heat falls to a temperature level of 45 - 60 0 C.
Variante S. Hier besteht das Dach im unteren Teil aus Glasdachplatten 24 mit photovoltaischer Funktion. Im oberen Teil fliesst die Luft unter Glasdachplatten 24 mit rein thermischer Funktion. Die Sonnenstrahlung trifft auf selektive Absorberfolien auf, so dass sich der Luftstrom weiter erwärmt, je nachdem ob er an der Vorder- oder Rückseite der selektiven Folie vorbei geführt wird, bis zu einer Temperatur von 60-80 0C.Variant S. Here, the roof in the lower part of glass roof panels 24 with photovoltaic function. In the upper part of the air flows under glass roof panels 24 with purely thermal function. The solar radiation incident on selective absorber film, so that the air stream is further heated, depending on whether it is performed on the front or back of the selective film over, up to a temperature of 60-80 0 C.
Variante T. Bei diesem Dachaufbau werden über die gesamte Dachhöhe Glasdachplatten 24 mit rein thermischer Funktion eingesetzt, so dass hohe Temperaturen bis zu 100 0C erzielt werden.Description T. In this roof structure are used over the entire height of the roof glass roof panels 24 with pure thermal function, so that high temperatures are reached to 100 0 C.
Variante U. Hier werden Glasdachplatten 24 mit photovoltaischer Funktion und transluziden Eigenschaften eingesetzt. Zwischen den in einem gewissen Abstand elektrisch verbundenen Solarzellen 60 tritt Sonnenlicht ein. In diesem Dachbereich wird elektrischer Strom erzeugt und die transluziden Glasdachplatten 24 übernehmen auch die Funktion von beschatteten Oberlichtern. Falls die selektive Folie im Luftspalt verwendet wird, fällt die Oberlichtfunktion zugunsten der Wärmeerzeugung weg. Das dabei erzielte Temperaturniveau für die Nutzwärme liegt aufgrund des zusätzlichen Lichteinfalles etwas höher als bei den Glasdachplatten 24 mit ausschliess- licher Stromgewinnung.Variant U. Glass roof panels 24 with photovoltaic function and translucent properties are used here. Sunlight enters between the solar cells 60 electrically connected at a certain distance. Electric power is generated in this roof area and the translucent glass roof panels 24 also perform the function of shaded skylights. If the selective foil is used in the air gap, the skylight function disappears in favor of heat generation. The resulting temperature level for the useful heat is slightly higher than for the glass roof panels 24 with exclusive power generation due to the additional light.
Variante V. Hier werden im oberen Dachbereich für die Wärmegewinnung Glasdachplatten 24 mit rein thermischer Funktion eingesetzt.Variant V. Here, glass roof panels 24 with purely thermal function are used in the upper roof area for the heat recovery.
Selbstverständlich sind noch weitere Varianten möglich und einzelne Varianten können miteinander kombiniert werden. Insbesondere können Gladachsplatten 24 mit Oberlichtfunktion (Dachfenster) eingebaut sein oder die Glasdachplatten 24 können schwarz beschichtet sein, ohne dass Solarzellen eingebaut sind.Of course, other variants are possible and individual variants can be combined. In particular Gladachsplatten 24 can be installed with skylight function (skylight) or The glass roof panels 24 may be black coated without solar cells installed.
Fig. 7 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch Variante S gemäss Fig 6. Die Glasdachplatten 24 im unteren Bereich enthalten allseitig auf Stoss aneinander liegende Solarzellen 60, das Sonnenlicht S-i, wird von diesen vollständig absorbiert. Die obersten beiden Glasdachplatten 24 enthalten keine Solarzellen 60, das Sonnenlicht S2 kann vollständig durchtreten und wird von einer auf das Unterdach 12 aufgebrachten schwarzen Absorberschicht 64 vollständig absorbiert, was zu einer starken Erwärmung der durchströmenden Luft 20 führt. Die Absorbierschicht 64 ist lediglich im Bereich der vollständig transparenten Glasdachplatten 24 aufgebracht.FIG. 7 shows a partial longitudinal section through variant S according to FIG. 6. The glass roof panels 24 in the lower area contain solar cells 60 that are juxtaposed against each other on impact, the sunlight Si is completely absorbed by them. The top two glass roof panels 24 contain no solar cells 60, the sunlight S 2 can pass completely and is completely absorbed by a black absorber layer 64 applied to the under-roof 12, resulting in a strong heating of the air flowing through 20. The absorbing layer 64 is applied only in the region of the completely transparent glass roof panels 24.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 8 entsprechend Variante V von Fig. 7, sind die Solarzellen 60 in einem allseitigen Abstand b aufgebracht. Je etwa die Hälfte des Sonnenlichts trifft auf die Solarzellen auf (Si)1 die andere Hälfte des Sonnenlichts tritt durch die Glasdachplatten 24 hindurch und trifft auf die selektive Absorberschicht 64 (S2), welche das ganze Unterdach 12 bedeckt. Im Vergleich zu Fig. 7 wird die photovoltaische Erzeugung von elektrischem Strom vermindert, dagegen die Erwärmung des Luftstroms 20 erhöht.In the embodiment according to FIG. 8 corresponding to variant V of FIG. 7, the solar cells 60 are applied at an all-round spacing b. Each about half of the sunlight strikes the solar cells (Si) 1, the other half of the sunlight passes through the glass roof panels 24 and strikes the selective absorber layer 64 (S 2 ), which covers the entire sub-roof 12. In comparison with FIG. 7, the photovoltaic generation of electrical current is reduced, whereas the heating of the air stream 20 is increased.
Offensichtlich wird gemäss Fig. 8 in vermindertem Ausmass auch gemäss Fig. 7, der Flachspalt 18 in Strömungsrichtung 16 erhöht, was den Effekt der beiden vollständig transparenten Glasdachplatten 24 noch weiter verbessert.Obviously, according to FIG. 8, the flat gap 18 in the flow direction 16 is increased to a lesser extent also according to FIG. 7, which further improves the effect of the two completely transparent glass roof panels 24.
In Fig. 9 ist die bevorzugte Verlegungsvariante von quadratischen Glasdachplatten 24 angedeutet. Die Glasdachplatten 24 sind hochgestellt, die Diagonalen verlaufen in der Falllinie des Daches.. Die Glasdachplatten 24 sind nach unten doppelt überlappend angeordnet, sie sind von ständerförmigen Stützen 26 gehaltert.In Fig. 9, the preferred laying variant of square glass roof panels 24 is indicated. The glass roof panels 24 are raised, the diagonal run in the fall line of the roof .. The glass roof panels 24 are arranged double overlapping downwards, they are supported by stand-shaped columns 26.
Nach Fig. 10 sind die Glasdachplatten 24 konventionell verlegt, d.h. in Form eines Schindeldaches, einseitig nach unten überlappend. Beidseits sind Dichtungs- und Sammelkanäle 66 verlegt, welche in vertikaler Richtung dh. in Strömungsrichtung 16 der durchgeführten Luft, verlaufen. Unterhalb der Glasdachplatten 24 haben die stützenden und den Abstand haltenden Dichtungs- und Sammelschienen 66 nicht eingezeichnete Längsöffnungen zum Durchtritt der Luft und der Verkabelung. Wesentlich sind jedoch nicht diese Öffnungen, sondern die Tatsache, dass die Schienen 66 in Richtung des Luftstroms 16 verlaufen und deshalb praktisch kein Hindernis sind.According to Fig. 10, the glass roof panels 24 are laid conventionally, ie in the form of a shingled roof, overlapping one side down. On both sides sealing and collecting channels 66 are laid, which in the vertical direction ie. in Flow direction 16 of the performed air, run. Below the glass roof panels 24, the supporting and spacing sealing and busbars 66 have non-drawn longitudinal openings for the passage of air and wiring. However, not essential are these openings, but the fact that the rails 66 extend in the direction of the air flow 16 and therefore are virtually no obstacle.
Gemäss Fig. 11 sind quadratische oder rechteckige Glasdachplatten 24 fensterartig in Rahmen 68 gefasst, welche sowohl abdichten als auch in Abstand a (Fig. 1) abstützen.According to FIG. 11, square or rectangular glass roof panels 24 are set like a window in frames 68, which both seal and are supported at a distance a (FIG. 1).
In Fig. 12 ist eine Variante gemäss Fig. 10 dargestellt. Die Glasdachplatten 24 verjüngen sich nach hinten, was insbesondere für ein Spitzdach erforderlich ist.FIG. 12 shows a variant according to FIG. 10. The glass roof panels 24 taper to the rear, which is particularly necessary for a pitched roof.
Die Ausführungsformen gemäss Fig. 13 bis 15 zeigen einen Laminataufbau der Glasdachplatten 24. Allen Ausführungsformen gemeinsam ist eine Platte 70 aus gehärtetem Glas. Diese ist in der Regel begehbar. Fakultativ ist eine Antireflexschicht 72 angeordnet, welche unerwünschte Spiegeleffekte verhindert. Auf der anderen Seite der Platte 70 aus gehärtetem Glas ist ein Zellen-Einbettung 74 aus Ethylvinylacetat EVA für die flächig ausgebildeten Solarzellen 60 ersichtlich. Diese Solarzellen 60 sind wie in Fig. 13 auf Stoss angeordnet, sie lassen kein Sonnenlicht durch. Die EVA-Schicht 74 ist durch eine Rückwandfolie 76 geschützt, beispielsweise aus einer Tedlar- oder einer Aluminiumfolie.The embodiments according to FIGS. 13 to 15 show a laminate construction of the glass roof panels 24. All embodiments share a plate 70 made of tempered glass. This is usually walkable. Optionally, an antireflective layer 72 is arranged which prevents unwanted mirror effects. On the other side of the tempered glass plate 70, a cell embedding 74 of ethyl vinyl acetate EVA for the planar solar cells 60 can be seen. These solar cells 60 are arranged as in Fig. 13 on impact, they do not let sunlight through. The EVA layer 74 is protected by a backsheet 76, such as a Tedlar or aluminum foil.
An der Rückwandfolie 76 ist eine flache Dose 78 für Kabelausgänge und eine Ueberbrückungsdiode 60 angeordnet. Die Stromführung erfolgt in an sich bekannter Weise, es wird jedoch darauf geachtet, dass die Kabel 82 flach und damit für den Luftstrom wenig hindernd sind.On the backplane 76, a flat cable outlet box 78 and a bypass diode 60 is disposed. The current conduction takes place in a manner known per se, but care is taken to ensure that the cables 82 are flat and therefore less hindering the flow of air.
Der Laminataufbau der Glasdachplatte 24 gemäss Fig. 14 entspricht im wesentlichen demjenigen von Fig. 13. Die flachen Solarzellen 60 sind jedoch in einem Abstand b voneinander in eine transparente EVA-Schicht 74 eingebettet, wobei die Breite b der lichtdurchlässigen Streifen 90 grösser als die entsprechende lineare Dimension der Solarzellen 60 ist. Die Rückfolie oder -platte 76 muss ebenfalls transparent ausgebildet sein. Eine transluzide Glasdachplatte 24 gemäss Fig. 14 hat per Definition transparente und nichttransparente Bereiche.The laminate structure of the glass roof panel 24 according to FIG. 14 substantially corresponds to that of FIG. 13. However, the flat solar cells 60 are at a distance b from each other into a transparent EVA layer 74 embedded, wherein the width b of the light-transmitting strips 90 is greater than the corresponding linear dimension of the solar cell 60. The rear foil or plate 76 must also be transparent. A translucent glass roof panel 24 according to FIG. 14 has by definition transparent and non-transparent areas.
Fig 15 zeigt eine weitere Variante einer laminaren Glasdachplatte 24, nach welcher die Solarzellen 60 in Abstand b voneinander direkt auf die Unterseite der Platte 70 aus gehärtetem Glas abgeschieden werden (Dünnschicht- Zellen-Technologie).Auch gemäss Fig. 15 handelt es sich um eine transluzide Glasdachplatte 24, jedoch mit einem kleineren Flächenanteil der lichtdurchlässigen Streifen 90 als in Fig. 14. Je nach dem Verfahren liegt die Dünnschicht, die auf Glas oder durchsichtige Kunststoffe aufgebracht wird, zwischen zwei Glas- oder Kunststoffplatten.15 shows a further variant of a laminar glass roof plate 24, after which the solar cells 60 are deposited at a distance b from each other directly on the underside of the plate 70 made of tempered glass (thin-film cell technology). Also in FIG. 15 is a translucent glass roof panel 24, but with a smaller area fraction of the translucent strips 90 than in Fig. 14. Depending on the method, the thin film applied to glass or transparent plastics is sandwiched between two glass or plastic panels.
Fig. 16 zeigt eine Fig. 13 entsprechende Glasdachplatte 24 in Draufsicht. Die im wesentlichen quadratisch ausgebildeten Solarzellen 60 sind auf Stoss aneinander gelegt und lassen keinen Durchschlupf für das Sonnenlicht S2 (Fig. 8) offen. Die Randzonen 84 dienen der Ausbildung von Überlappungen. Die verlegten Glasdachplatten 24 bilden einen für die Sonnenstrahlen undurchlässigen Dachaufbau 10 (Fig. 6, Variante R).Fig. 16 shows a Fig. 13 corresponding glass roof plate 24 in plan view. The substantially square-shaped solar cells 60 are placed in abutment against each other and leave no slippage for the sunlight S 2 (FIG. 8). The edge zones 84 serve to form overlaps. The laid glass roof panels 24 form an impermeable to the sun roof structure 10 (Fig. 6, variant R).
Fig. 17 zeigt eine transluzide Glasdachplatte 24 mit in Abstand b angeordneten Solarzellen 60 gemäss Fig. 15. Auch die verlegten Glasdachplatten 24 haben erhebliche lichtdurchlässige Streifen 90.FIG. 17 shows a translucent glass roof panel 24 with solar cells 60 arranged at a distance b according to FIG. 15. The laid glass roof panels 24 also have considerable light-permeable strips 90.
Fig. 18. zeigt einen Dachaufbau 10 für ein Solarsystem zur photovoltaischen Erzeugung von elektrischem Strom und zur starken Erwärmung von Luft in Strömungsrichtung 16. Grundsätzlich wird das Verlegungsmuster S von Fig. 6 benutzt, jedoch mit hochstehenden Glasdachplatten 24 von quadratischer Form mit Diagonalen in Fallrichtung. Im unteren Bereich sind Glasdachplatten 24 mit auf Stoss angeordneten quadratischen Solarzellen 60 auf zwei Seiten überlappend angeordnet und abgedichtet. In diesem Bereich ist auch eine transparente oder (nicht dargestellt) transluzide Glasdachplatte 24 eingesetzt, welche die Funktion eines Dachfensters 88 übernimmt, was vor allem sinnvoll ist, wenn das Dach ausschliesslich aus nicht lichtdurchlässigen Glasdachplatten 24 besteht.Fig. 18 shows a roof structure 10 for a solar system for photovoltaic generation of electric power and for strong air heating in the direction of flow 16. Basically, the laying pattern S of Fig. 6 is used, but with upstanding glass roof plates 24 of square shape with diagonals in the direction of fall , At the bottom, glass roof panels 24 with square solar cells 60 arranged on impact are overlapped on two sides and sealed. In this area, a transparent or (not shown) translucent glass roof panel 24 is used, which assumes the function of a roof window 88, which makes sense above all if the roof consists exclusively of non-translucent glass roof panels 24.
Im obersten, so genannten „Booster - Bereich" sind rein thermische G lasdach platten 24 ohne Solarzellen angeordnet. Hier wird die bereits vorgewärmte Luft auf auf eine Temperatur von gegen 100 0C erwärmt. Die Luft tritt direkt in einen Wärmetauscher 40 mit einem Wasserkreislauf 42 zur Erzeugung von Heisswasser. Wie schon in Fig. 4 angedeutet, ist dieser Wärmetauscher 40 im Giebelbereich angeordnet.On the top, so-called "booster - region" are purely thermal G arranged lasdach plates 24 without solar cells where the already preheated air is to a temperature of warmed up to 100 0 C. The air enters directly into a heat exchanger 40 with a water circuit 42nd. As already indicated in Fig. 4, this heat exchanger 40 is arranged in the gable area.
Im untersten Dachbereich sind so genannte „Dummies" 90 angeordnet, schwarz beschichtete Glasdachplatten 24 ohne photovoltaischen Effekt, bei welchen „Solarzellen" im Sibdruckverfahren aufgedruckt sind. In the lowest roof area, so-called "dummies" 90 are arranged, black-coated glass roof panels 24 without photovoltaic effect, in which "solar cells" are printed in the Sibdruckverfahren.

Claims

Patentansprüche claims
1. Dachaufbau (10) zur photovoltaischen Erzeugung von elektrischem Strom und/oder zur Erwärmung eines strömenden Mediums, insbesondere eines Luftstroms (14, 20),1. roof structure (10) for the photovoltaic generation of electrical current and / or for heating a flowing medium, in particular an air stream (14, 20),
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
in einem Abstand (a) von einem Unterdach (12) transparente oder wenigstens teilweise mit flächig ausgebildeten Solarzellen (60) ausgerüstete Glasdachplatten (24) verlegt und abgedichtet sind, welche einen luftdichten, in Strömungsrichtung (16) weitgehend hindernisfreien Flachspalt (18) bilden.at a distance (a) from a sub-roof (12) transparent or at least partially with flat solar cells (60) equipped glass roof panels (24) are laid and sealed, which form an airtight, in the flow direction (16) largely obstacle-free flat gap (18).
2. Dachaufbau (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (60) aus einem lichtempfindlichen Halbleitermaterial, das Photonen in elektrische Spannung umsetzt, insbesondere hochreinem amorphem Silizium, bestehen.2. roof structure (10) according to claim 1, characterized in that the solar cells (60) of a photosensitive semiconductor material, which converts photons into electrical voltage, in particular high-purity amorphous silicon exist.
3. Dachaufbau (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der verlegten Glasdachplatten (24) als Laminat aufgebaut ist, welches ein gehärtetes Frontglas (70), auch mit einer Antireflexionsschicht (72), darunter eine Schicht einer Kunststoffeinbettmasse (74) mit den für das Sonnenlicht (Si) unbedeckt zugänglichen Solarzellen (60), und eine die Glasdachplatten (24) unten schützende Rückwandfolie (76) umfasst.3. roof structure (10) according to claim 1 or 2, characterized in that at least a portion of the laid glass roof panels (24) is constructed as a laminate, which is a tempered front glass (70), including an anti-reflection layer (72), including a layer of a Plastic embedding compound (74) with the sunlight (Si) uncovered accessible solar cells (60), and a glass roof plates (24) below protective rear wall film (76).
4. Dachaufbau (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasdachplatten (24) wenigsten teilweise als Laminat aufgebaut sind, welches ein gehärtetes Frontglas (70), auch mit einer Antireflexionsschicht (72), darunter eine Schicht einer transparenten Kunststoffeinbettmasse (74) mit den Solarzellen (60) und eine die transluziden Glasdachplatten (24) unten schützende transparente Schutzplatte oder -folie (76) umfasst. 4. roof structure (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the glass roof panels (24) are at least partially constructed as a laminate, which is a tempered front glass (70), with an anti-reflection layer (72), including a layer of a transparent Kunststoffeinbettmasse (74) with the solar cells (60) and a transparent protective plate or foil (76) protecting the translucent glass roof plates (24) at the bottom.
5. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasdachplatten (24) wenigstens teilweise als Laminat aufgebaut sind, welches eine gehärtete Frontplatte (70), auch mit einer Antireflexionsschicht (72), darunter mit einem chemischen oder physikalischen Abscheidungsverfahren direkt auf die Glasdachplatte (24) abgeschiedenen Dünnschicht-Solarzellen (60) und eine die Glasdachplatten (24) unten schützende Rückwandfolie (76) oder eine für transluzide Glasdachplatten (24) entsprechende transparente Schutzschicht oder -folie umfasst.5. roof structure (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the glass roof panels (24) are at least partially constructed as a laminate, which has a hardened front panel (70), with an anti-reflection layer (72), including a chemical or physical deposition method directly to the glass roof panel (24) deposited thin-film solar cells (60) and the glass roof panels (24) below protective rear wall film (76) or for translucent glass roof panels (24) corresponding transparent protective layer or film.
6. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasdachplatten (24) einen Raster von flächigen Solarzellen (60) haben, welche auf Stoss angeordnet oder bei transluziden Glasdachplatten (24) einen allseitigen Abstand (b) haben, vorzugsweise bis zu der grössten linearen Abmessung der Solarzelle.6. roof structure (10) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the glass roof panels (24) have a grid of planar solar cells (60) which arranged on impact or translucent glass roof panels (24) an all-round distance (b) have, preferably up to the largest linear dimension of the solar cell.
7. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettung (74) der Solarzellen (60) aus Kunststoff, vorzugsweise aus auch transparentem Ethylvinylacetat (EVA), besteht.7. roof structure (10) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the embedding (74) of the solar cell (60) made of plastic, preferably also transparent ethylvinyl acetate (EVA), consists.
8. Solardach (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachspalt (18) wenigstens eine Eintrittsöffnung für den Kaltluftstrom (14), wenigstens eine Austrittsöffnung für den Warmluftstrom (20) und eine luftdichte äussere Dachumrandung aufweist.8. solar roof (10) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flat gap (18) has at least one inlet opening for the cold air flow (14), at least one outlet opening for the hot air flow (20) and an airtight outer roof edge.
9. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen dem Unterdach (12) und den Glasdachplatten (24) im Bereich von 10 - 30 mm, vorzugsweise etwa 20 mm, liegt.9. roof structure (10) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the distance (a) between the lower roof (12) and the glass roof panels (24) in the range of 10 - 30 mm, preferably about 20 mm.
10. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdach (12) und die Glasdachplatten (24) parallel verlaufen oder, insbesondere bei in Strömungsrichtung (16) der Luft schmaler werdenden Glasdachplatten (24), in dieser Richtung einen sich aufweitenden Flachspalt (18) bilden.10. roof structure (10) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the sub-roof (12) and the glass roof panels (24) run parallel or, in particular in the direction of flow (16) of the air narrower glass roof panels (24), in this direction form an expanding flat gap (18).
11. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die quadratischen oder rechteckigen Glasdachplatten (24) überlappend abgedichtet und vorzugsweise mit einer Diagonale etwa in Strömungsrichtung (16) der Luft verlegt sind.11. roof structure (10) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the square or rectangular glass roof panels (24) are sealed overlapping and preferably laid with a diagonal approximately in the flow direction (16) of the air.
12. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasdachplatten (24) im Eckbereich oder mit in Strömungsrichtung (16) der Luft verlaufenden Dichtungs- und Sammelschienen (66) abgestützt sind.12. roof structure (10) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the glass roof panels (24) are supported in the corner region or in the flow direction (16) extending the air sealing and busbars (66).
13. Dachaufbau (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen (66) Durchlassöffnungen für den Luftstrom (14, 20) und die vorzugsweise flach ausgebildete elektrische Verkabelung aufweisen.13. roof structure (10) according to claim 12, characterized in that the rails (66) have passage openings for the air flow (14, 20) and the preferably flat electrical wiring.
14. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Glasdachplatten (24) mit einem Rahmen (68) abgedichtet auf einer Ebene oder schindeldachförmig verlegt und abgestützt sind.14. roof structure (10) according to one of claims 1 to 10, 12 and 13, characterized in that the individual glass roof panels (24) with a frame (68) sealed laid on a plane or shingle roof shape and supported.
15. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdach (12) mit einer schwarzen, vorzugsweise selektiven Absorberschicht (64) für Sonnenlicht (S2) bedeckt ist, insbesondere im Bereich von transparenten und transluziden Glasdachplatten (24).15. roof structure (10) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the lower roof (12) with a black, preferably selective absorber layer (64) for sunlight (S 2 ) is covered, in particular in the range of transparent and translucent glass roof panels (24).
16. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schrägdächern im unteren Bereich Glasdachplatten (24) mit vollständigem oder hohem Abdeckungsgrad durch Solarzellen (60) im oberen Bereich Glasdachplatten (24) mit niedrigem Abdeckungsgrad oder vollständiger Transparenz angeordnet sind.16. roof structure (10) according to one of claims 1 to 15, characterized in that in pitched roofs in the lower region glass roof panels (24) with complete or high coverage by solar cells (60) in the upper part glass roof panels (24) low degree of coverage or complete transparency are arranged.
17. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an die Austrittsöffnungen eine Rohrleitungssystem (30) für den Abtransport des Warmluftstroms (20) anschliesst.17. roof structure (10) according to one of claims 1 to 16, characterized in that adjoins the outlet openings a piping system (30) for the removal of the hot air flow (20).
18. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung und Unterstützung der natürlichen Luftströmung (14,20) ein vorzugsweise nach der Intensität des Sonnenlichts (S-i, S2) sensorgesteuerter Ventilator (28) angeordnet ist, insbesondere im Bereich der Austrittsöffnungen für die Warmluft (20) aus dem Flachspalt (18).18. roof structure (10) according to one of claims 1 to 17, characterized in that for controlling and supporting the natural air flow (14,20) is preferably arranged according to the intensity of the sunlight (Si, S 2 ) sensor-controlled fan (28) , in particular in the region of the outlet openings for the hot air (20) from the flat gap (18).
19. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart der Austrittsöffnungen für die Warmluft (20) ein Wärmetauscher (40), vorzugsweise Luft-Wasser, mit einem Wasserkreislauf (42) eingebaut ist.19. A roof structure (10) according to any one of claims 17 or 18, characterized in that adjacent to the outlet openings for the warm air (20), a heat exchanger (40), preferably air-water, with a water circuit (42) is installed.
20. Dachaufbau (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für den Luftstrom (14,20) durch den Flachspalt (18) ein geschlossener Kreislauf mit einem Ventilator (28) und einem Wärmetauscher (40) ausgebildet ist. 20. roof structure (10) according to one of claims 1 to 19, characterized in that for the air flow (14,20) through the flat gap (18) a closed circuit with a fan (28) and a heat exchanger (40) is formed.
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