DE102005023971A1

DE102005023971A1 - Vorrichtung zur Aufständerung von Solarmodulen

Info

Publication number: DE102005023971A1
Application number: DE102005023971A
Authority: DE
Inventors: Romeo Baldauf
Original assignee: Vto Verkehrstechnik Olber GmbH; Vto Verkehrstechnik Olbernhau GmbH
Current assignee: Vto Verkehrstechnik Olber GmbH; Vto Verkehrstechnik Olbernhau GmbH
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005023971B4

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Aufständerung von Solarmodulen, mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und verankerten Pfosten und mit wenigstens einem, etwa parallel zu der Pfostenreihe verlaufenden Träger, wobei der/die Längsträger auf den Oberseiten von Trägerprofilen festgelegt sind, die im Bereich des oberen Endes je eines Pfostens befestigt und quer zu der Pfostenreihe ausgerichtet sind, wobei benachbarte Querträger etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Aufständerung von Solarmodulen, mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und verankerten Pfosten und mit wenigstens einem, etwa parallel zu der Pfostenreihe verlaufenden Träger (Längsträger).
Eine solche Konstruktion ist dem deutschen Gebrauchsmuster 203 03 257 U1 zu entnehmen. Dort wird entlang einer Pfostenreihe ein einziger Längsträger mit einem Leitplankenprofil befestigt, dessen Flachseite gegenüber der Horizontalen geneigt verläuft. Die Rahmen der Solarmodule liegen etwa im Bereich ihres Schwerpunktes auf der flächigen Oberseite dieses einzigen Längsträgers auf und sind dort befestigt. Zwar handelt es sich hierbei um eine besonders einfache Konstruktion, auch können alle Solarmodule unabhängig von ihren Abmessungen auf diese Art festgelegt werden. Allerdings werden die Solarmodule jeweils nur im Bereich ihres Schwerpunktes abgestützt und weder an ihren überstehenden Ober- und Unterkanten. Infolge der starken Windlast bei Sturmböen können sich daher starke Drehmomente ergeben, welche an den Befestigungsmitteln extreme Kräfte hervorrufen und die Solarmodule sogar aus ihren Verankerungen reißen können. Diese Befestigungstechnik ist daher – insbesondere hinsichtlich der Windlast – nicht sicher genug.

Aus diesem Nachteil des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Aufständerung für Solarmodule zu schaffen, welche einerseits die Montage von beliebigen Modulen, unabhängig von ihrer Grundfläche, erlauben und auch bei extremen Windverhältnissen eine ausreichende Sicherheit der Befestigungsmittel garantiert, so dass sich die Solarmodule nach menschlichem Ermessen nicht ungewollt lösen können.

Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass der/die Längsträger auf den Oberseiten von Trägerprofilen festgelegt sind, die an dem oberen Ende je eines Pfostens befestigt und quer zu der Pfostenreihe ausgerichtet sind (Querträger), wobei benachbarte Querträger etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.

Die Oberseiten der Längsträger dienen den Rahmen der Solarmodule als direkte Auflagefläche, so dass sich ein minimaler Konstruktionsaufwand ergibt. Die Längsträger können an unterschiedlichen Positionen der Querträger festgelegt werden entsprechend der Abmessungen der Solarmodule, um eine Anpassung an unterschiedliche Formate derselben zu ermöglichen. Darüber hinaus lassen sich die Längsträger jeweils unter der Ober- und der Unterkante eines Solarmoduls plazieren, so dass die Windkräfte keine erhöhten Drehmomente erzeugen können und die Kräfte an jedem Befestigungsmittel nicht viel größer werden können als die an einem Solarmodul angreifende Windlast, geteilt durch die Anzahl der Befestigungsmittel.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Querträger gegenüber der Horizontalen geneigt verlaufen, vorzugsweise um einen Winkel zwischen 15° und 75°, insbesondere um einen Winkel zwischen 25° und 65° geneigt. Damit ist eine Anpassung an den über das Jahr gemittelten Sonnenstand an dem betreffenden Standort möglich, um über das ganze Jahr hinweg eine maximale Solarstromausbeute zu erzielen.

Indem sich je ein Querträger direkt oberhalb je eines Pfostens befindet; ergeben sich besonders einfache und überschaubare Kraftverhältnisse. Darüber hinaus sind die Solarmodule dort vor den häufig relativ scharfen Kanten am oberen Ende der Pfosten sicher.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Querträger etwa im Bereich seines Schwerpunktes auf einem Pfosten befestigt. Aufgrund einer derartigen Unterstützung etwa in der Mitte der Querträger sind einerseits deren Gewichtskräfte wie auch die Gewichtskräfte der darauf montierten Elemente einigermaßen in der Waage, so dass die Befestigungsmittel von Drehmomenten weitgehend frei sind. Dies gilt näherungsweise auch für die Windkräfte, da bei einer symmetrischen Montage die Windkräfte zu beiden Seiten der Pfostenreihe sich großenteils kompensieren.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Querträger an zwei in seiner Längsrichtung voneinander beabstandeten Bereichen an einem Pfosten befestigt ist. Sofern trotz aller oben erwähnten Vorkehrungen in begrenztem Umfang Drehmomente auftreten, so werden dieselben von zwei quer zu der Pfostenreihe gegeneinander versetzten Befestigungspunkten sicher und ohne die Gefahr einer Überlastung aufgefangen.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass an der Unterseite eines Querträgers zwei nach unten weisende Winkel befestigt sind, die an einander gegenüberliegenden, vorzugsweise zueinander parallelen Seiten eines Pfostens festgelegt sind, bspw. festgeschraubt. Der Abstand dieser Winkel kann etwa der Breite eines Pfostens entsprechen, so dass diese flächig an den etwa diametral gegenüberliegenden Seiten des Pfostens anliegen. Hierzu ist es von Vorteil, wenn ein Pfosten u.a. zwei etwa ebene, vorzugsweise zueinander parallele Flächen aufweist.

Es hat sich bewährt, wenigstens einen Winkel durch eine eingesetzte, insbesondere eingeschweißte Platte zu versteifen. Dadurch können Verbiegungen dieser Winkel langfristig ausgeschlossen werden mit dem Vorteil, dass sich die Montagebaugruppe nicht verziehen kann und die darauf festgelegten Solarmodule nicht beschädigt werden.

Sofern wenigstens ein Querträger ein U- oder hutförmiges Profil aufweist, so ist einerseits durch die abgebogenen Seitenschenkel eine Versteifung geschaffen, während andererseits der vorzugsweise einfache Mittelsteg die Möglichkeit einer Festlegung aufliegender Längsträger bspw. mittels Schrauben ermöglicht.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass wenigstens ein Querträger ein nach unten offenes Profil aufweist. Vorzugsweise werden die Längsträger flächig auf dem Mittelsteg eines Querträgers aufgelegt und mit einer oder mehreren Schrauben fixiert. Dabei hat ein oben liegender Mittelsteg eines Querträgers den Vorteil einer vollflächigen Unterstützung, kann also bei festem Anziehen der Schrauben ebenso wenig verbogen werden wie der darunter liegende Querträger.

Andererseits sollten auch die Längsträger ein hutförmiges Profil aufweisen. Einerseits ergibt sich daraus die notwendige Steifigkeit, um größere Abstände von bspw. mehr als einem Meter zwischen benachbarten Querträgern ohne Durchbiegung überbrücken zu können. Andererseits können die äußeren, doppelt umgebogenen Seitenschenkel dieser Profile vollflächig auf den oben liegenden Mittelstegen der Querträger aufgesetzt werden, so dass Gewichts- und/oder Windkräfte zuverlässig von einem Profil auf das andere übertragen werden können.

Auch das Profil der Längsträger ist vorzugsweise nach unten offen. Dadurch ist die Möglichkeit eröffnet, dass sich ein Längsträger über mehrere Querträger hinweg erstrecken kann, weil sein Mittelsteg nicht unterhalb, sondern oberhalb seiner Seitenschenkel liegt. Außerdem finden solchenfalls die Solarmodule eine flächige Oberseite als Anlagefläche vor, gegen die sie von weiteren Befestigungsmitteln gepreßt werden können, ohne dabei Schaden zu nehmen.

Der Befestigung wenigstens eines Längsträgers an einem oder mehreren Querträgern dienen Schrauben, welche vorzugsweise die abgekröpften Seitenstege eines Längsträgers durchgreifen.

Bevorzugt liegt der Rahmen eines Solarmoduls auf wenigstens zwei Längsträgern auf und wird von mehreren Winkeln übergriffen, die an dem Mittelsteg eines Längsträgers befestigt, insbesondere festgeschraubt sind. Damit läßt sich eine klemmende Befestigung beliebiger Solarmodule realisieren, wobei dieselben nicht bearbeitet, bspw. gebohrt werden müssen. Die Lage der Längsträger läßt sich dabei völlig dem Format eines beliebigen Solarmoduls anpassen, so dass alle Arten von Solarmodulen mit dem erfindungsgemäßen System montiert werden können. Bei besonders großen Solarpaneelen können ggf. mehrere, vorzugsweise zueinander etwa parallele Längsträger verwendet werden. Allerdings müssen solchenfalls nicht alle Längsträger parallel zueinander verlaufen; vielmehr könnten innere Längsträger auch schief angeordnet werden; eine gemeinsame Ebene derselben wird durch die Befestigung an den gerade gestreckten Querträgern gewährleistet.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass wenigstens ein Längsträger, auf dem der Rahmen eines Solarmoduls aufliegt, in einem Abstand neben der Pfostenreihe parallel zu dieser verläuft. Indem solchenfalls wenigstens ein Profil, auf dem der Rahmen eines Solarmoduls aufliegt, weder in der Ebene der Pfostenreihe liegt noch diese Ebene schneidet, kann ein Solarmodul entlang seiner auf verschiedenem Niveau liegenden und damit statisch besonders wichtigen Ober- und Unterkanten unterstützt werden. Die Auswirkungen auch extrem starker Windlasten, bspw. bei Stürmen, werden solchenfalls nicht verstärkt, sondern minimiert und können von den vorhandenen Befestigungsmitteln problemlos kompensiert werden.

Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Beschreibung. Hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufständerung für Solarmodule;

2 einen Schnitt durch die 1 entlang der Linie II-II; sowie

3 einen Schnitt durch die 2 entlang der Linie III-III.

Die Vorrichtung 1 zur Aufständerung von Solarmodulen 2 hat die Form eines Gestells, das auf im Boden verankerten Pfosten 3 ruht.

Wie die 2 und 3 erkennen lassen, bestehen die Pfosten 3 aus einem Metallblech, vorzugsweise aus verzinktem oder anderweitig vor Korrosion geschützten Eisen, aus Edelstahl od. dgl. Diese Metallblech ist zu einem Profil mit über seine gesamte Länge etwa gleichbleibendem Querschnitt gebogen. Gemäß 3 zeigt der Profilquerschnitt zwei zueinander parallele Seitenschenkel 4, die über einen gemeinsamen Mittelsteg 5 miteinander verbunden sind. Die Breite b eines Pfostens 3 entspricht dem Abstand der Außenseiten seiner Seitenschenkel 4.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die aber nicht zwingend ist, sind die freien Kanten 6 der Seitenschenkel 4 aufeinander zu gebogen. In ähnlicher Form kann der Querschnitt des Mittelstegs 5 nach Art von 3 jeweils stumpf aneinander stoßenden Seiten eines Trapezes gestaltet sein, wie 3 erkennen läßt, und zwar vorzugsweise derart, dass der mittlere Abschnitt 7 des Mittelstegs 5 etwa auf der Mittelsenkrechten der beiden Seitenschenkel 4 liegt.

Mehrere derartige Pfosten 3 mit. einer Länge von jeweils bspw. 1 m bis 3 m, vorzugsweise 1,5 m bis 2,5 m, werden in einer Reihe hintereinander in den Boden gerammt, so dass ihre oberen Enden 8 in einer gemeinsamen Flucht liegen, vorzugsweise auf identischem Niveau gegenüber dem Boden. Vorzugsweise verlaufen die Pfostenreihen 3 in Ost-West-Richtung.

Dabei sind die Pfosten 3 derart gedreht, dass ihre Seitenschenkel 4 ebenfalls in zwei, zueinander versetzten Ebenen liegen, derart, dass je ein Seitenschenkel 4 (bzw. das Lot auf diese Fläche) nach Norden, der andere nach Süden zeigt.

Wie die 1 und 2 zeigen, wird oben auf jedem Pfosten 3 ein Querträger 9 befestigt. Sämtliche Querträger 9 sind identisch. Sie haben bei der dargestellten Ausführungsform ein U-förmiges Profil mit zwei Seitenschenkeln 10 und einem Mittelsteg 11. Indem der Mittelsteg 11 sich an die obenliegenden Kanten der Seitenstege 10 anschließt, ist das Profil 9 nach unten offen. An den freien unteren Kanten 12 sind Befestigungswinkel 13, 14 befestigt, insbesondere angeschweißt.

Die Befestigungswinkel 13, 14 umfassen je ein längliches, bspw. laschenförmiges, einmal um eine quer zu seiner Längsrichtung verlaufende Achse gebogenes Blech 15, 16, sowie jeweils eine angeschweißte Versteifungsplatte 17, 18.

Die beiden Befestigungswinkel 13, 14 sind an den beiden Seitenschenkeln 4 je eines Pfostens 3 angeschraubt, vorzugsweise mittels miteinander fluchtender Bohrungen durchgreifender Maschinenschrauben 19 und diese konternder Gewindeelemente 20.

Sofern die Solarmodule horizontal ausgerichtet sind, was in unseren Breitengraden allerdings nicht optimal ist, wären beide Befestigungswinkel 13, 14 identisch, und die Umbiegungen der Laschen 15, 16 wie auch die eingeschweißte Ecke der Versteifungsplatten 17, 18 wären jeweils rechtwinklig.

Die beiden Befestigungswinkel sind im Normalfall jedoch nicht identisch. Vielmehr gibt es eine kürzere Lasche 15 mit der Länge I₁ und eine längere Lasche 16 mit der Länge I₂. Die kürzere Lasche 15 ist um mehr als 90° umgebogen, so dass sich zwischen den beiden Schenkeln 21, 22 hier ein spitzer Winkel α ergibt. Die längere Lasche 16 ist dagegen um weniger als 90° umgebogen, mit einem stumpfen Winkel β zwischen den beiden Schenkeln 23, 24.

Vorzugsweise gilt: β = 180° – α. Ferner sollte gelten: I₁ = I₂. + b·cot α. In diesem Fall liegen einerseits die beiden freien Schenkel 21, 23 der an gegenüberliegenden Seiten 4 des Pfostens 3 in gleicher Höhe festgeschraubten 19 Befestigungswinkel 13, 14 in einer gemeinsamen Ebene, die gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von γ = 90° – α geneigt ist. Entsprechend weisen die Querträger 9 zwar (etwa) in Nord-Süd-Richtung, sind andererseits aber unter dem Winkel γ gegenüber der Horizontalen geneigt.

Dieser Winkel γ sollte auf den gemittelten höchsten Sonnenstand während eines Jahres an dem betreffenden Standort abgestimmt sein, bspw. nach der Formel

wobei θ_Sonne die Zenitaldistanz der Sonne ist und a ein Jahr beträgt. Diese Formel läßt sich vereinfachen zu

wobei θ_Sonne _,mi _n der tägliche, minimale Zenitalabstand der Sonne ist. Dieser ist von dem jeweiligen Breitengrad abhängig, nicht dagegen vom Längengrad oder der Höhe über NN.

Demnach kann anhand dieser Formeln der Biegewinkel α, β der Befestigungswinkel 13, 14 bestimmt werden zu: α = 90° – γ, β = 90 + γ

Entsprechend ist der Winkel an der einzuschweißenden Ecke der betreffenden Versteifungsplatte 17, 18 zu wählen.

An den Oberseiten der Querträger 9 sind etwa in Längsrichtung der Pfostenreihe 3 verlaufende Träger 25 festgelegt, die im folgenden als Längsträger 25 bezeichnet werden sollen, auch wenn sie im Einzelfall nicht unbedingt exakt parallel zu der Pfostenreihe 3 ausgerichtet sein müssen.

Die Längsträger 25 haben bei der dargestellten Ausführungsform ein hutförmiges Profil mit zwei Seitenschenkeln 26, welche über einen Mittelsteg 27 miteinander verbunden sind. Da die Seitenschenkel 26 jeweils zwei gleich große Umbiegungen in entgegengesetzten Richtungen aufweisen, liegen ihre peripheren Abschnitte 28 in einer Parallelebene zu dem betreffenden Mittelsteg 26.

Die Längsträger 25 sind derart orientiert, dass ihr Mittelsteg 27 oben und die peripheren Abschnitte 28 der Seitenschenkel 26 unten sind. Dadurch liegen die peripheren Abschnitte 28 flächig auf den Oberseiten bzw. Mittelstegen 11 der Querträger 3 auf und sind dort mittels diese beide Flächen 11, 28 durchgreifender Schrauben 29 und damit zusammenwirkender Konterelemente befestigt.

Auf den Oberseiten bzw. Mittelstegen 27 jeweils mindestens zweier Längsträger 25 liegen die Solarmodule 2 auf. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck der Abstand zweier dafür vorgesehener Längsträger 25 geringfügig kleiner als eine etwa in Nord-Süd-Richtung verlaufende Seitenkante 30 eines Solarmoduls 2.

Zur Befestigung der Solarmodule 2 auf den Längsträgern 25 dienen Winkelelemente 31, die zwei etwa gleich große, aber entgegengesetzte Umbiegungen aufweisen und dadurch mit einem Ende den Rahmen 32 eines Solarmoduls 2 übergreifen können, während das andere Ende an dem Mittelsteg 27 eines Längsträgers 25 festgelegt wird, bspw. mittels beide Elemente 31, 27 durchgreifender Schrauben 33 und damit zusammenwirkender Konterelemente 34. Dafür ist es von Vorteil, dass der mittlere Abschnitt eines Winkelelements 31 zwischen dessen beiden gegensinnigen Umbiegungen gleich oder (etwas) kleiner ist als die Dicke des Rahmens 32 zwischen dessen Vorder- und Rückseite.

Claims

Vorrichtung (1) zur Aufständerung von Solarmodulen (2), mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und verankerten Pfosten (3) und mit wenigstens einem, etwa parallel zu der Pfostenreihe (3) verlaufenden Träger (25) (Längsträger), dadurch gekennzeichnet, dass der/die Längsträger (25) auf den Oberseiten von Trägerprofilen (9) festgelegt sind, die im Bereich des oberen Endes (8) je eines Pfostens (3) befestigt und quer zu der Pfostenreihe (3) ausgerichtet sind (Querträger), wobei benachbarte Querträger (9) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querträger (9) gegenüber der Horizontalen geneigt verlaufen, vorzugsweise um einen Winkel zwischen 15° und 75°, insbesondere um einen Winkel zwischen 25° und 65° geneigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich je ein Querträger (9) direkt oberhalb je eines Pfostens (3) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Querträger (9) etwa im Bereich seines Schwerpunktes auf einem Pfosten (3) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querträger (9) an zwei in seiner Längsrichtung voneinander beabstandeten Bereichen an einem Pfosten (3) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite eines Querträgers (9) zwei nach unten weisende Winkel (13, 14) befestigt sind, die an einander gegenüberliegenden, vorzugsweise zueinander parallelen Seiten (4) eines Pfostens (3) festgelegt sind, bspw. festgeschraubt (19, 20).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Winkel (13, 14) durch eine eingesetzte, insbesondere eingeschweißte Platte (17, 18) versteift ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Querträger (9) ein U- oder hutförmiges Profil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Querträger (9) ein nach unten offenes Profil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Längsträger (25) ein hutförmiges Profil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Längsträger (25) ein nach unten offenes Profil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Längsträger (25) mittels Schrauben (29) an einem oder mehreren Querträgern (9) befestigt ist, insbesondere mittels seine abgekröpften Seitenschenkel (28) durchgreifender Schrauben (29).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (32) eines Solarmoduls (2) auf wenigstens zwei Längsträgern (25) aufliegt und von mehreren Winkeln (31) übergriffen ist, die an dem Mittelsteg (27) eines Längsträgers (25) befestigt, insbesondere festgeschraubt (33, 34) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Längsträger (25), auf dem der Rahmen (32) eines Solarmoduls (2) aufliegt, in einem Abstand neben der Pfostenreihe (3) parallel zu dieser verläuft.