DE202023000986U1

DE202023000986U1 - Solar roof

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Publication number: DE202023000986U1
Application number: DE202023000986.3U
Authority: DE
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Priority date: 2023-05-04
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2033-05-05

Abstract

Anordnung mit einer oder mehreren ebenen oder leicht gewölbten Solarmodul-Platte, bestehend aus einem Sandwich von einer oder zwei Glasplatten mit einer weiteren Schicht bestehend aus flachen Lichtwandler-Material oder PV-Modulen aus Siliziumzellen oder anderen Lichtwandler-Schichten, die unter oder zwischen einer oder zwei Glasplatten angeordnet sind - im Folgenden Solarmodul genannt - , dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul auf der Rückseite mit einer faserbeschichteten Steinplatte stabilisiert ist.Arrangement with one or more flat or slightly curved solar module plates, consisting of a sandwich of one or two glass plates with a further layer consisting of flat light converter material or PV modules made of silicon cells or other light converter layers, which are under or between one or two glass plates are arranged - hereinafter referred to as solar module -, characterized in that the solar module is stabilized on the back with a fiber-coated stone plate.

Description

Herkömmliche Solarmodule haben einen Rahmen aus Kunststoff, Aluminium oder anderen Metallen, bei denen dünne Bleche aus zum Beispiel Aluminium gebogen oder tiefgezogen oder stranggepresst werden. Aluminium ist nicht mehr als umweltfreundlich zu bezeichnen, weil der Abbau von Bauxit derzeit Regenwald zerstört un die Gewinnung von Neu-Aluminium sehr energieintensiv und prozess-bedingt mit CO₂-Emissionen belastet ist. Metalle haben generell den Nachteil, dass sie an der Oberfläche korrodieren, schmutzig werden und die Oberflächen irgendwann nicht mehr ohne großen Aufwand gereinigt und poliert werden können.Conventional solar modules have a frame made of plastic, aluminum or other metals, in which thin sheets of aluminum, for example, are bent or deep-drawn or extruded. Aluminum can no longer be described as environmentally friendly because the mining of bauxite is currently destroying rainforests and the extraction of new aluminum is very energy-intensive and involves CO ₂ emissions due to the process. Metals generally have the disadvantage that they corrode on the surface, become dirty and at some point the surfaces can no longer be cleaned and polished without great effort.

Dieser Umstand führt dazu, dass viele Solarmodulanlagen über die Zeit unansehnlich werden und optisch einen sehr negativen Eindruck hinterlassen. Auf Dächern ist dieser Nachteil eher unerheblich, an Wänden und Fassaden wird er jedoch zum störenden Begleitumstand.This circumstance means that many solar module systems become unsightly over time and leave a very negative visual impression. This disadvantage is rather insignificant on roofs, but on walls and facades it becomes an annoying circumstance.

Außerdem ist Aluminium zunehmend in die Kritik geraten wegen eines hohen CO₂-Footprint und prozessbedingten CO₂-Emissionen.In addition, aluminum has come under increasing criticism because of its high CO ₂ footprint and process-related CO ₂ emissions.

Aus diesem Grund wurden zwischenzeitlich Solarpaneel-Rahmen aus Naturstein entwickelt, der witterungsunempfindlich ist, leicht zu reinigen sind oder sich idealerweise selbst reinigen und vor allem auch noch nach Jahren schön und dekorativ aussehen, und trotzdem stabil ist.For this reason, solar panel frames made of natural stone have now been developed that are insensitive to the weather, are easy to clean or ideally self-clean and, above all, look beautiful and decorative even after years, while still being stable.

Damit solche Module aus Naturstein stabil genug sind, werden diese mit Hilfe von Fasermaterialien stabilisiert.To ensure that such modules made of natural stone are stable enough, they are stabilized with the help of fiber materials.

In der DE 10 2010 008600 A1 wird ein solches PV-Solarmodul beschrieben. Diese Erfindung geht davon aus, den Aluminiumrahmen durch faserstabilisierten Beton zu ersetzen.In the DE 10 2010 008600 A1 Such a PV solar module is described. This invention proposes to replace the aluminum frame with fiber-stabilized concrete.

In der JP S58 12960 A wird ein ähnlicher Rahmen für einen Wärmetauscher aus Beton vorgeschlagen, in welchem Glasfasern ungeordnet und ungerichtet eingebettet sind, um den Beton vor Bruch zu schützen.In the JP S58 12960 A A similar framework for a concrete heat exchanger is proposed, in which glass fibers are embedded in a disordered and non-directional manner in order to protect the concrete from breakage.

Die US2008/0302030 A1 erwähnt für Glas-Glas PV-Module einen Rahmen aus Stein oder Granit, erklärt aber nicht wie dieser Granit vor Bruch geschützt sein soll.The US2008/0302030 A1 mentions a frame made of stone or granite for glass-glass PV modules, but does not explain how this granite should be protected from breakage.

Im Unterschied zum Stand der Technik beschreibt diese Erfindung, wie ein Steinrahmen für ein Solar-Modul entsteht, der ein Glas-Modul vor Bruch schützt und gleichzeitig durch einen Schichtaufbau von Steinmaterial und Fasermaterial nicht nur sich selbst vor Bruch schützt, sondern auch das zu stabilisierende Glas-Glas oder Glas-Kunststoff Modul mit Hilfe von Faserschichten nachhaltig stabilisiert, wobei gegebenenfalls sogar die Steinschichten und damit auch das zu stabilisierende Glas unter Vorspannung gesetzt werden können. Insbesondere sind Carbonfasern für eine nachhaltige Stabilisierung von Stein geeignet, wie in der EP 106 092 beschrieben wird.In contrast to the prior art, this invention describes how a stone frame for a solar module is created, which protects a glass module from breakage and at the same time not only protects itself from breakage, but also what is to be stabilized, through a layer structure of stone material and fiber material Glass-glass or glass-plastic module is sustainably stabilized with the help of fiber layers, whereby even the stone layers and thus also the glass to be stabilized can be placed under prestress. Carbon fibers are particularly suitable for the sustainable stabilization of stone, as in the EP 106 092 is described.

In der EP3284170 wird das Problem für das Solarmodul durch die Verwendung eines Rahmens aus Stein gelöst, wobei der Stein gegen Bruch durch eine Faserstabilisierung geschützt wird.In the EP3284170 The problem for the solar module is solved by using a frame made of stone, whereby the stone is protected against breakage by fiber stabilization.

Mögliche technische Ausführungen eines Solarzellenmodul-Rahmens werden in den bis in der EP3284170 gezeigt, die illustrieren, wie dieser Rahmen konstruktiv gestaltet werden kann.Possible technical versions of a solar cell module frame are presented in the until in the EP3284170 shown, which illustrate how this framework can be designed constructively.

Diese neue Erfindung geht einen ähnlichen, aber von der Qualität her gesehen anderen und neuen Weg.This new invention follows a similar, but different and new path in terms of quality.

Typischerweise sind die eigentlichen Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben angeordnet, oder aus Kostengründen auch zwischen einer Glasscheibe an der Oberseite, durch die das Licht einfällt, und einer Kunststoffscheibe auf der unteren Seite, um die Solarzellen luftdicht zu umschließen auf der Unterseite und durch den Rahmen ringsherum gegen eindringendes Wasser zu schützen. Üblicherweise werden solche Zellen mit den beiden umschließenden Schichten einlaminiert, mit Hilfe von Harzen oder anderen Klebstoffen.Typically, the actual solar cells are arranged between two panes of glass, or, for cost reasons, between a pane of glass on the top through which the light comes in, and a plastic pane on the lower side in order to enclose the solar cells in an airtight manner on the underside and through the frame all around to protect against penetrating water. Such cells are usually laminated with the two surrounding layers using resins or other adhesives.

In dieser Erfindung wird die untere Kunststoffschicht oder Glasschicht durch eine Steinschicht ersetzt, die auf der Unterseite mit Hilfe von Glasfasern, Steinfasern oder Kohlenstoffasern großflächig oder ganzflächig beschichtet ist. Der entscheidende Vorteil ist, dass die ganze Platte auch in der Mitte gegen Bruch geschützt ist, wobei sehr dünne Schichten Fasern ausreichen, um eine hinreichende Stabilisierung zu erreichen. Die Steinschicht gewährleistet dabei die Funktion, dass die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten zwischen Glas und Carbonfasern berücksichtig werden, damit die Platten im späteren Betrieb nicht schüsseln. Der Naturstein ist mit einem vergleichsweise kleinen Elastizitätsmodul von ca. 50-60 GPa ausgestattet und schafft es damit die Ausdehnungen der unterschiedlichen Materialien auszugleichen, ohne, dass sich mechanische Biegung ergibt, die Steinplatte Risse bekommt oder die unterschiedlichen Materialschichten sich voneinander trennen oder delaminieren.In this invention, the lower plastic layer or glass layer is replaced by a stone layer, which is coated over a large area or over the entire surface on the underside with the help of glass fibers, stone fibers or carbon fibers. The decisive advantage is that the entire plate is protected against breakage, even in the middle, with very thin layers of fibers being sufficient to achieve sufficient stabilization. The stone layer ensures that the different temperature expansion coefficients between glass and carbon fibers are taken into account so that the plates do not warp during later operation. The natural stone is equipped with a comparatively small modulus of elasticity of approx. 50-60 GPa and thus manages to compensate for the expansion of the different materials without mechanical bending, the stone slab cracking or the different material layers separating from one another or delaminating.

Um die Möglichkeit zu schaffen gleich mehrere Solarmodule miteinander zu verbinden, ist die untere Platte, die aus dem faser-beschichteten Steinmaterial besteht, grösser, als die Glasplatte. Das schafft die Möglichkeit solche Platten fest miteinander dadurch zu verkleben, dass entweder unter den beschichteten Stein-Platten oder auf deren Oberseite dünne Faser-Steinplatten zwischen den Glasoberflächen aufgeklebt werden, die eine nahtlose Verbindung zwischen zwei oder mehr Solarmodulen schaffen, ohne dass sich die Glasplatten berühren und durch diese Berührung beschädigt werden könnten, da zwei einander treffende spröde Glasschichten die jeweils andere Glasschicht oder Glasplatte durch kleinste Kerbwirkung zu Bruch bringen können. Diese Gefahr entsteht insbesondere bei hohen Windlasten auf Dächern. Mit der Erfindung ist gewährleistet, dass nahtlose Oberflächen gefügt werden können, was bisher bei Solardächern nicht gemacht werden kann, um ganze Dächer wie ein einziges großes Solarmodul zu gestalten, welches quasi unsichtbar ist. In order to create the possibility of connecting several solar modules together at the same time, the lower plate, which consists of the fiber-coated stone material, larger than the glass plate. This makes it possible to glue such panels firmly together by gluing thin fiber stone panels between the glass surfaces either under the coated stone panels or on their top, which create a seamless connection between two or more solar modules without the glass panels moving touch and could be damaged by this contact, since two brittle glass layers that meet each other can cause the other glass layer or glass plate to break due to the slightest notch effect. This danger arises particularly when there are high wind loads on roofs. The invention ensures that seamless surfaces can be joined, which previously could not be done with solar roofs, in order to design entire roofs like a single large solar module, which is virtually invisible.

zeigt eine der vielen möglichen Ausführungen mit einem Solarmodul bestehend aus einer Glasplatte (1), welche mit einer Platte aus Granit (2) stabilisiert ist, wobei die gesamte Anordnung auf deren Unterseite mit einer Schicht Carbonfasern (3) armiert ist. Die Steinplatte (2) mit der Carbonschicht (3) ist etwas grösser dimensioniert, als die Glasplatte (1). Zwischen den Platten sind die Solarzellen (9) mit den entsprechenden Leiterbahnen angeordnet, welche die Zellen elektrisch miteinander verbinden. Eine zweite Glasplatte (4), die ebenfalls mit einer Platte aus Stein (5) stabilisiert ist, wobei die gesamte Anordnung ebenfalls durch eine dünne Carbonfaserschicht (6) auf der Unterseite armiert ist und bei der auch die Steinplatte (5) mit Carbonschicht (6) etwas grösser dimensioniert ist, als die Glasplatte (4), wird mit der Kante der Seinplatte (5) direkt an die Steinplatte (2) gefügt. Der Zwischenraum wird mit einer Steinplatte (7) ausgefüllt, die ggfls. auch carbonbeschichtet (8) ist und sich bündig in die Gesamtanordnung eingliedert. shows one of the many possible designs with a solar module consisting of a glass plate (1), which is stabilized with a granite plate (2), the entire arrangement being reinforced on the underside with a layer of carbon fibers (3). The stone plate (2) with the carbon layer (3) is slightly larger than the glass plate (1). The solar cells (9) with the corresponding conductor tracks are arranged between the plates, which electrically connect the cells to one another. A second glass plate (4), which is also stabilized with a stone plate (5), the entire arrangement also being reinforced by a thin carbon fiber layer (6) on the underside and in which the stone plate (5) is also covered with a carbon layer (6 ) is dimensioned slightly larger than the glass plate (4), the edge of the stone plate (5) is joined directly to the stone plate (2). The space is filled with a stone slab (7), which if necessary. is also carbon-coated (8) and is integrated flush into the overall arrangement.

Alle spröden Glaskanten sind durch den wesentlich weicheren Stein vor Impact geschützt.All brittle glass edges are protected from impact by the much softer stone.

Gegebenenfalls kann das Solarmodul auch so gestaltet sein, dass die Solarzellen aus zum Beispiel Silizium zwischen zwei Glasplatten angeordnet sind.If necessary, the solar module can also be designed in such a way that the solar cells made of, for example, silicon are arranged between two glass plates.

zeigt ein ganzes Dach, welches nahtlos mit Solarmodeln, die wie in gezeigt, bedeckt ist, wobei alle Module an den Rändern miteinander mit Hilfe von Stein-Carbonplatten (5) verklebt sind. shows an entire roof, which is seamlessly connected to solar models like in shown, is covered, with all modules being glued together at the edges using stone carbon plates (5).

In allen drei Fällen können als Faserschicht harzgebundene Faser zum Einsatz kommen, die aus Carbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern oder Steinfasern bestehen, oder einem Gemisch aus diesen Fasern, welche idealerweise das Steinmaterial unter Vorspannung halten. Die Oberfläche der Glasscheibe kann strukturiert und eingefärbt sein, wodurch die typische Optik von Solarmodulen verschwindet und gleichzeitig ein einziges großes, weitgehend als solches nicht mehr erkennbares oder gänzlich unsichtbares Solardach entsteht.In all three cases, resin-bonded fibers can be used as the fiber layer, which consist of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers or stone fibers, or a mixture of these fibers, which ideally keep the stone material under tension. The surface of the glass pane can be structured and colored, which means that the typical appearance of solar modules disappears and at the same time creates a single large solar roof that is largely no longer recognizable as such or is completely invisible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010008600 A1 [0006]
JP 58012960 A [0007]
US 2008/0302030 A1 [0008]
EP 106092 [0009]
EP 3284170 [0010, 0011]

Claims

Arrangement with one or more flat or slightly curved solar module plates, consisting of a sandwich of one or two glass plates with a further layer consisting of flat light converter material or PV modules made of silicon cells or other light converter layers, which are under or between one or two glass plates are arranged - hereinafter referred to as solar module -, characterized in that the solar module is stabilized on the back with a fiber-coated stone plate.

Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the stone is a natural stone or artificial stone.

Arrangement according to Claim 1 and 2 , characterized in that the fibers stabilizing the stone are either carbon fibers, glass fibers, stone fibers or Aramaid fibers, or a mixture of these fibers.

Arrangement according to Claim 1 until 3 , characterized in that the stone layer is prestressed by the fiber.

Arrangement according to Claim 1 until 4 , characterized in that the fibers are bound with resin.

Arrangement according to Claim 1 until 5 , characterized in that the fibers are bonded to the stone slab with resin.

Arrangement according to Claim 1 until 6 , characterized in that all panels are glued together firmly and without air using a laminate.

Arrangement according to Claim 1 until 7 , characterized in that the fiber-coated stone plate stabilizing the solar module is larger than the solar module and its glass plate or glass plates.

Arrangement according to Claim 1 until 8th , characterized in that fastening arrangements are glued to the back of the fiber-coated stone slab, which enable the solar modules to be fastened to a roof structure.

Arrangement according to Claim 9 , characterized in that the fastening arrangements attached to the back are themselves stone plates or wooden plates that are glued on and contain threaded sleeves that enable the solar modules to be fastened to a roof structure.

Arrangement according to Claim 1 until 10 , characterized in that several fiber-coated stone slabs are joined at their edges in such a way that a further glued-on layer of suitable materials below or above the seam - or on both sides - creates a continuous surface that is waterproof and frost-proof.

Arrangement according to Claim 1 until 11 , characterized in that the glued layer consists of materials which themselves consist of fiber-coated rock, fiber-coated ceramic or other flexible and weather-resistant materials that can be glued to the stone slabs and/or carbon layers and the glass edges with the help of more or less strong adhesive bonds .

Arrangement according to Claim 1 until 12 , characterized in that the glass surface has an uneven or pixelated structure, which makes the structure of the solar cells optically partially blur or optically disappear completely.

Arrangement according to Claim 1 until 13 , characterized in that the glass plate is colored or the glass surface is changed in color.