DE102007052407A1

DE102007052407A1 - Fassadensystem zur Verkleidung eines Bauwerks

Info

Publication number: DE102007052407A1
Application number: DE102007052407A
Authority: DE
Inventors: Frithjof Koerdt; Christian Pfeiffer
Original assignee: Sto SE and Co KGaA
Current assignee: Sto Se & Co Kgaa De
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: DE102007052407B4

Abstract

Fassadensystem zur Verkleidung eines Bauwerks (10), umfassend mehrere Photovoltaikmodule (3) zur Erzie auf eine je zugeordnete Fassadenträgerplatte (1) aufgebracht sind, welche über Verbindungsmittel lösbar beabstandet am Bauwerk (10) befestigbar sind, wobei die Fassadenträgerplatte (1) mit einem fluiddurchströmten Rohrleitungssystem (5) zur Wärmegewinnung und gleichzeitigen Kühlung der Photovoltaikmodule (3) durchzogen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fassadensystem zur Verkleidung eines Bauwerks, umfassend mindestens ein Photovoltaikmodul zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht, die auf eine je zugeordnete Fassadenträgerplatte aufgebracht sind, welche über Verbindungsmittel lösbar am Bauwerk befestigt ist.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf das Bauwesen. In die Verkleidung von Bauwerken im Fassaden- und Dachbereich werden zunehmend Photovoltaikmodule integriert. Die Photovoltaikmodule liefern elektrische Energie, welche vornehmlich in das Stromnetz eingespeist wird. Zur Anwendung im Bauwesen werden die an sich mechanisch empfindlichen Photovoltaikmodule meist mit hinreichend stabilen, den bautechnischen Anforderungen entsprechenden Fassadenträgerplatten verbunden.
Aus der DE 197 04 794 A1 geht ein gattungsgemäßes Fassadensystem hervor. Die Trägerplatte besteht hier aus einem durchsichtigen oder zumindest durchscheinenden Glasmaterial auf welcher einzelne Photovoltaikmodule hinter einer schützenden äußeren Glasscheibe befestigt sind. Die so hergestellte Kombination aus Trägerplatte mit Photovoltaikmodul wird über lösbare Verbindungsmittel beabstandet am Bauwerk angebracht. Durch die Beabstandung der Fassadenträgerplatte zum Bauwerk hin wird ein der Hinterlüftung dienender Spalt erzeugt. Im Bereich des Spalts sind zusätzliche elektrisch betriebene Ventilatoren vorgesehen, welche die elektrische Antriebsenergie von den Photovoltaikmodulen beziehen. Die Ventilatoren erzeugen einen nach oben gerichteten Luftstrom, welcher hinter der Fassadenverkleidung an der Außenseite des Bauwerks entlang streicht und so in erster Linie zur Kühlung des Gebäudes an heißen Tagen beitragen soll.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik erscheint jedoch die Kühleffizienz, welche sich nur dadurch steigern lasst, indem recht viele einzelne Ventilatoren zum Einsatz gebracht werden. Dies wiederum erfordert einen entsprechend hohen technischen Aufwand.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes, aus vorgehängten hinterlüfteten Fassadenträgerplatten mit Photovoltaikmodulen bestehendes Fassadensystem zu schaffen, bei welchem mit geringem technischen Aufwand eine Kühlwirkung erzielbar ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Fassadensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmal gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Fassadenträgerplatten jeweils mit einem fluiddurchströmten Rohrleitungssystem zur Wärmegewinnung und gleichzeitigen Kühlung der Photovoltaikmodule durchzogen sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die direkte örtliche Kühlung der Fassadenträgerplatte sich diese nicht so stark aufheizen kann, dass insbesondere durch Wärmekonvektion ein unerwünschtes Aufheizen des Bauwerks erfolgt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass durch Anordnung des Rohrleitungssystems direkt in der Fassadenträgerplatte die hiermit verbundenen Photovoltaikmodule mitgekühlt werden, was den temperaturbedingten Leistungsabfall der Photovoltaikmodule minimiert. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Photovoltaikmodule, insbesondere an sehr sonnigen Tagen, erheblich gesteigert werden. Das durch die Kühlung erzeugte aufgeheizte Fluid, vorzugsweise Warmwasser, kann in vorteilhafter Weise innerhalb des Bauwerks genutzt werden oder der Gebäudeheizung zugeführt werden, vornehmlich unter Einbeziehung einer Wärmespeichereinrichtung. Die erfindungsgemäße Lösung liefert auch die Voraussetzung dafür, die Erzeugung elektrischer Energie durch die Photovoltaikmodule durch eine gezielte Kühlung zu steuern. Somit wird eine Basis geschaffen für ein kombiniertes System von gesteuerter elektrischer Energieerzeugung, gesteuerter Wärmegewinnung und gesteuerter Fassadenkühlung. Über eine zentrale elektronische Steuereinrichtung können diese Funktionen je nach Aufkommen und Anforderungen miteinander kombiniert werden.
Vorzugsweise besteht das in die Fassadenträgerplatte integrierte Rohrleitungssystem aus mindestens einem über die Fläche der Fassadenträgerplatte verteilt verlegten durchgängigen Kunststoffrohr mit einem an der Unterseite der Fassadenträgerplatte zugänglichen Vorlaufanschluss sowie Rücklaufanschluss. Falls eine größere mechanische Stabilität gewünscht ist, kann auch ein Metallrohr verwendet werden. Mehrere mit jeweils einem Vorlauf- sowie Rücklaufanschluss versehene Fassadenträgerplatten lassen sich im Bereich des Spalts zwischen dem Bauwerk und der Unterseite der Fassadenträgerplatte untereinander und/oder mit Hauptleitungssträngen eines Kühlsystems verbinden.
Um eine hinreichende Kühlwirkung unter sparsamer Verwendung des Rohrleitungsmaterials zu erzielen wird vorgeschlagen, das Rohrleitungssystem in Form von in die Fassadenträgerplatte integrierten Kapillarregistern oder Kapillarmäandern zu verlegen. Durch Variation der Rohrabstände bei der register- oder mäanderförmigen Verlegung kann Einfluss auf eine möglichst gleichmäßige Kühlwirkung genommen werden. Durch Integration des Rohrleitungssystems direkt in die Fassadenträgerplatte ist dieses vor mechanischen Belastungen geschützt untergebracht. Das Rohrleitungssystem besitzt vorzugsweise einen gleichbleibenden lichten Durchmesser im Bereich von 2 bis 15 mm. Über die Dimensionierung des Durchmessers kann ebenfalls Einfluss auf die gewünschte Kühlwirkung genommen werden. Kleinere Durchmesser sind wegen der damit einhergehenden Verstopfungsgefahr sowie der stark abnehmenden Kühlwirkung zu vermeiden. Größere Durchmesser des Rohrleitungssystems können dagegen die Stabilität der Fassadenträgerplatte negativ beeinträchtigen, welche aus Gewichtsgründen nur so dick ausgeführt sein soll, dass die statischen und dynamischen Belastungen in Folge der auf die Fassadenträgerplatte einwirkenden Kräfte, insbesondere Windkräfte, im unterkritischen Bereich bleiben.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Rohrleitungssystem im wesentlichen in einer Ebene verlaufend im Bereich der Oberseite innerhalb der Fassadenträgerplatte anzuordnen. Durch den hierdurch erzeugten minimalen Abstand zur Oberfläche des außenseitig angebrachten Photovoltaikmoduls kann sich die Kühlwirkung zielgerichtet entfalten. Es ist sogar denkbar, das Rohrleitungssystem so dicht an der Oberseite der Fassadenträgerplatte anzuordnen, dass dessen Verlauf bei nicht montiertem Photovoltaikmodul von außen her sichtbar ist. Die Montage des Photovoltaikmoduls auf die Oberseite der Fassadenträgerplatte erfolgt vorzugsweise über eine wärmeleitende Kleberschicht, welche dünner als die Dicke der Trägerplatte ausgeführt ist. Durch die möglichst dünne Kleberschicht wird die Wärmeleitfähigkeit vom Photovoltaikmodul zum wärmeabführenden Rohrleitungssystem der Kühlung begünstigt. Damit das Photovoltaikmodul selbst bei hohen Schwankungen der Außentemperatur aufgrund der damit einhergehenden Materialausdehnung im Unterschied zur Materialausdehnung der Fassadenträgerplatte eine zuverlässige Verbindung eingeht wird vorgeschlagen, die Kleberschicht aus einem elastischen, wärmeleitfähigen Ein- oder Mehrkomponentenklebstoff auszuführen.
Dagegen besteht die Fassadenträgerplatte vorzugsweise aus einem mineralisch oder organisch gebundenem Blähglasgranulat, welches im Endzustand dicker als Photovoltaikmodul ausgeführt ist. Zur Herstellung der Fassadenträgerplatte wird loses Blähglasgranulat unter Zugabe von vorzugsweise Epoxydharz-Bindemittel und beidseitiger Glasgittergewebearmierung in Plattenform gepresst. Hierbei wird zuvor das Rohrleitungssystem eingelegt, damit dieses an der gewünschten Stelle innerhalb der Fassadenträgerplatte integriert ist.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die mechanischen Verbindungsmittel zur Anbringung der aus Fassadenträgerplatte und Photovoltaikmodul bestehenden Baueinheit am Bauwerk aus mindestens einer an der Unterseite der Fassadenträgerplatte befestigten ersten Metallprofilschiene besteht, die sich in einer korrespondierend hierzu ausgebildeten und am Bauwerk befestigten zweiten Metallprofilschiene formschlüssig einhängen und über Fixierelemente fixieren lässt. Die Metallprofilschienen bestehen dabei vorzugsweise aus einem stranggepressten Leichtmetallprofil. Die erste an der Fassadenträgerplatte vormontierte Metallprofilschiene sowie auch die zweite am Bauwerk vormontierte Metallprofilschiene wird vorzugsweise über je eine Schraubverbindung gehalten. Insbesondere zur Verbindung der Fassadenträgerplatte mit der ersten Metallprofilschiene kann eine selbstschneidende Schraube von der Oberseite der Fassadenträgerplatte her sich durch diese hindurch erstrecken und in die Metallprofilschiene eingeschraubt werden. Hierdurch wird eine einfach ausführbare und haltbare Verbindung erzielt.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt eines Fassadensystems zur Verkleidung eines Bauwerks.
Gemäß Figur besteht das Fassadensystem im Wesentlichen aus einer Fassadenträgerplatte 1, an deren Oberseite 2 ein Photovoltaikmodul 3 mittels einer wärmeleitenden Kleberschicht 4 befestigt ist. Das Photovoltaikmodul 3 ist nach Art eines Dünnschichtmoduls nach CIS-Technologie aufgeführt (CIS = Kupfer-Indium-Diselenid). Zur Erreichung einer hinreichenden Stabilität ist das Photovoltaikmodul 3 auf der vorzugsweise aus gebundenem Blähglasgranulat bestehenden Fassadenträgerplatte aufgebracht, wobei die Fassadenträgerplatte 1 deutlich dicker als das Photovoltaikmodul 3 ausgeführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für ein 7 mm dickes Photovoltaikmodul 3 eine 20 mm dicke Fassadenträgerplatte verwendet. Die dazwischen liegende aus einem elastischen, wärmeleitfähigen Klebstoff bestehende Kleberschicht 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine durchschnittlich Dicke von ca. 3 mm auf.
Zur Kühlung der auf die Fassadenträgerplatte 1 aufgebrachten Photovoltaikmodule 3 beziehungsweise zwecks Wärmegewinnung ist die Fassadenträgerplatte 1 mit einem fluiddurchströmten Rohrleitungssystem 5 durchzogen. Als geeignetes Fluid lässt sich in erster Linie Wasser, aber auch Alkohol oder erforderlichenfalls Glykole oder Mischungen hiervon verwenden.
Das Rohrleitungssystem 5 besteht aus einem über die Fläche der Fassadenträgerplatte 1 verlegten durchgängigen Kunststoffrohr mit einem an der Unterseite 6 der Fassadenträgerplatte 1 zugänglichen Vorlaufanschluss 7 sowie einem Rücklaufanschluss 8. Das Rohrleitungssystem 5 ist in Form eines in die Fassadenträgerplatte 1 integrierten Kapillarmäanders verlegt. Der lichte Durchmesser des Rohrleitungssystems 5 beträgt 6 mm. Über den Vorlaufanschluss 7 sowie den Rücklaufanschluss 8 lasst sich das Rohrleitungssystem 5 der Fassadenträgerplatte 1 an ein – nicht im Detail dargestelltes – Kühlsystem 9 anschließen.
Die wie vorstehend beschrieben ausgeführte und mit dem Photovoltaikmodul 3 ausgestatte Fassadenträgerplatte 1 wird an einem Bauwerk 10 über lösbare mechanische Verbindungsmittel befestigt. Diese bestehen aus mehreren parallel horizontal zueinander verlaufenden ersten Metallprofilschienen 11 – von denen eine einzige exemplarisch dargestellt ist – welche an der Unterseite 6 der Fassadenträgerplatte 1 über eine Verschraubung 12 befestigt ist und mit korrespondierend hierzu ausgebildeten und am Bauwerk 10 ebenfalls über eine Verschraubung 13 lösbar befestigte zweite Metallprofilschienen 14 zusammenwirken. Das Zusammenwirken erfolgt formschlüssig durch Einhängen, wobei sich diese Verbindung über als Schrauben ausgebildete Fixierelemente 15 sichern lasst.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Fassadenträgerplatte aus einer anderen geeigneten Werkstoffbasis herzustellen, beispielsweise aus Blähtongranulat. Weiterhin kann die mechanische Befestigung aus Fassadenträgerplatte und Photovoltaikmodul am Bauwerk auch anders erfolgen, beispielsweise durch eine unmittelbare Verschraubung oder durch Kleben, soweit bautechnisch zugelassen.

1: Fassadenträgerplatte Fassadenträgerplatte
2: Oberseite
3: Photovoltaikmodul
4: Kleberschicht
5: Rohrleitungssystem
6: Unterseite
7: Vorlaufanschluss
8: Rücklaufanschluss
9: Kühlsystem
10: Bauwerk
11: erste Metallprofilschiene
12: Verschraubung
13: zweite Metallprofilschiene
14: Verschraubung
15: Fixierelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19704794 A1 [0003]

Claims

Fassadensystem zur Verkleidung eines Bauwerks (10), umfassend mindestens ein Photovoltaikmodul (3) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht, die auf eine je zugeordnete Fassadenträgerplatte (1) aufgebracht sind, welche über Verbindungsmittel lösbar beabstandet am Bauwerk (10) befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassadenträgerplatte (1) mit einem fluiddurchströmten Rohrleitungssystem (5) zur Wärmegewinnung und gleichzeitigen Kühlung der Photovoltaikmodule (3) durchzogen ist.
Fassadensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem (5) aus mindestens einem über die Fläche der Fassadenträgerplatte (1) verteilt verlegten durchgängigen Kunststoffrohr mit einem an der Unterseite (6) der Fassadenträgerplatte (1) zugänglichen Vorlaufanschluss (7) sowie Rücklaufanschluss (8) besteht.
Fassadensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem (5) in Form von in die Fassadenträgerplatte (1) integrierten Kapillarregistern oder Kapillarmäandern verlegt ist.
Fassadensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem (5) einen gleichbleibenden lichten Durchmesser im Bereich von 2 bis 15 Millimetern aufweist.
Fassadensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem (5) im wesentlichen in einer Ebene verlaufend im Bereich der Oberseite (2) innerhalb der Fassadenträgerplatte (1) angeordnet ist.
Fassadensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (3) über eine wärmeleitende Kleberschicht (4) an der Fassadenträgerplatte (1) befestigt ist, welche dünner als die Dicke der Fassadenträgerplatte (1) ist.
Fassadensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht (4) aus einem elastischen, wärmeleitfähigen Ein- oder Mehrkomponentenklebstoff besteht.
Fassadensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassadenträgerplatte (1) aus mineralisch oder organisch gebundenem Blähglasgranulat besteht, welche im Endzustand dicker als das Photovoltaikmodul (3) ausgeführt ist.
Fassadensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel aus mindestens einer an der Unterseite (6) der Fassadenträgerplatte (1) befestigten ersten Metallprofilschiene (11) besteht, die sich in einer korrespondierend hierzu ausgebildeten und am Bauwerk (10) befestigten zweiten Metallprofilschiene (13) formschlüssig einhängen und über Fixierelemente (15) fixieren lässt.
Fassadensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (3) als ein Dünnschichtmodul nach CIS-Technologie ausgeführt ist.