DE102005061709A1

DE102005061709A1 - Solardach-Anordnung sowie Halter für Solarmodule

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Publication number: DE102005061709A1
Application number: DE102005061709A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Bei einer Solardach-Anordnung, mit einer Dachhaut, welche wellenförmig im Querschnitt profiliert ist, und mit auf der Dachhaut befestigten Solar-Modulen sowie mit Haltern, welche jeweils einerseits an der Dachhaut festgelegt sind und andererseits ein Solarmodul halten, wobei die Halter mittels die Dachhaut durchsetzender Befestigungselemente an der Dachhaut festgelegt sind, schlägt die Erfindung vor, dass die Befestigungselemente als Niete ausgebildet sind.

Description

Die Neuerung betrifft eine Solardach-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen für eine derartige Solardach-Anordnung verwendbaren Halter.

Aus der Praxis sind gattungsgemäße Solardach-Anordnungen bekannt. Die Befestigung der Solarmodule, nachfolgend kurz auch einfach als „Modul" bezeichnet, erfolgt mit Hilfe von Haltern, die jeweils den Rand eines Moduls umgreifen und ihrerseits an der Dachhaut festgelegt sind. Die Dachhaut wird dabei vorteilhaft und in möglichst preisgünstiger und einfacher Ausführung als Blechplatte ausgestaltet, mit längsverlaufenden Rippen oder Wellen, wobei nachfolgend derartige Bleche als „Trapezbleche" bezeichnet werden. Trapezbleche im engeren Sinne sind Bleche, bei denen die „Wellen" abgeflacht sind und parallel zur Flächenebene des gesamten Trapezblechs verlaufen, wobei typischerweise sämtliche Abschnitte des wellenförmigen Profils geradlinig ausgestaltet sind. Im Rahmen des vorliegenden Vorschlags werden jedoch auch Bleche, die ein gerundet verlaufendes Wellenprofil aufweisen, als Trapezbleche bezeichnet, wobei der Werkstoff derartiger „Trapezbleche" entweder Kunststoff oder Metall bzw. eine Metalllegierung sein kann.

Die Festlegung der Halter am Trapezblech erfolgt bei den aus der Praxis bekannten Solardach-Anordnungen durch dem Wellenprofil angepasste so genannte „Hutkonstruktionen", die die Welle in ihrem oberen, höchsten Abschnitt sowie seitlich an den beiden Flanken bedecken. Die Befestigung der Hutkonstruktion am Trapezblech erfolgt durch Schrauben, die sich durch die Flanke der Welle erstrecken und demzufolge im Wesentlichen auf Scherung belastet werden, beispielsweise durch die Gewichtskraft der Solarmodule selbst oder auch bei entsprechen den Windlasten durch die zusätzliche Windlast bzw. durch abhebende Kräfte, die die Solarmodule von der Dachhaut abzuheben bestrebt sind.

Die Befestigung mittels Schrauben stellt an sich eine unproblematische Befestigung dar. Sie ist allerdings insofern nachteilig, als sie erstens hinsichtlich der Handhabung von Schrauben und Muttern umständlich sein kann und als zweitens je nach Anzugmoment der Muttern die Gefahr besteht, die Schrauben zu locker oder zu fest anzuziehen, so dass im Ergebnis eine definierte Festigkeit der Schraubverbindung nur schwerlich sichergestellt werden kann.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Solardach-Anordnung dahingehend zu verbessern, dass diese eine möglichst schnelle, einfache und preisgünstige Befestigung der Solarmodule ermöglicht sowie zuverlässig die Einhaltung vorgegebener Festigkeitswerte bei der Konstruktion des Solardachs sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch eine Solardach-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, nicht Schrauben sondern vielmehr Niete zur Befestigung der Halter an der Dachhaut zu verwenden. Niete sind einerseits besonders einfach handhabbar, da sie nicht das Gegenhalten bzw. das Betätigen von Bauteilen erfordern, die auf der für den Monteur schlecht zugänglichen anderen Seite der Dachhaut vorgesehen sind. Vielmehr kann der Monteur von einer Seite der Dachhaut aus den Niet setzen und anschließend durch das Nietwerkzeug den Niet auf der von ihm abgewandten Seite der Dachhaut aufspreizen. Die Arbeit kann mittels pneumatisch betätigter Nietwerkzeuge erfolgen, so dass ein rascher und kraftsparender Arbeitsfortschritt erzielt werden kann.

Der Niet wird mit einer vorgegebenen Festigkeit verpresst, so dass insgesamt die mittels des Niets miteinander verbundenen Bauelemente eine Verbindung mit definierten Eigenschaften aufweisen. Niete sind baurechtlich zugelassene Verbindungselemente und ermöglichen aufgrund der definiert durchgeführten Befestigung der einzelnen Bauelemente der Solardach-Anordnung eine statische Berechnung der gesamten Dachanordnung.

Vorteilhaft kann die Befestigung der Halter werkseitig in einer Halle erfolgen oder auf der Baustelle noch am Boden, bevor die Dachhaut montiert wird. Auf diese Weise bilden die Halter eine Handhabe, die zum Anheben der Trapezbleche genutzt werden kann. Es muss also nicht ein Seil oder ein ähnliches Hilfsmittel um das Trapezblech geschlungen werden, um dieses anheben zu können, so dass randseitige unerwünschte Verformungen des Trapezblechs zuverlässig ausgeschlossen werden können und zudem ein erheblich rascherer Arbeitsfortschritt ermöglicht werden kann, da die Handhabung der Trapezbleche mittels der daran befestigten Halter besonders einfach und zeitsparend erfolgen kann.

Da die Niete eine unlösbare Verbindung zwischen dem Halter und der Dachhaut schaffen, werden Diebstähle von Solarmodulen erschwert. Insbesondere, wenn mit eigenen Randprofilen, z. B. mit einem umlaufenden Rahmen, versehene Solarmodule verwendet werden und nicht randlose, als so genannte „Laminate" bezeichnete Solarmodule, verbessert diese unlösbare Verbindung den Diebstahlschutz. Es ist in der Vergangenheit mehrfach vorgekommen, dass Solarmodule von Dachflächen entwendet worden sind. Die randlosen Laminate weisen einen in der Praxis sehr wirksamen, automatischen Diebstahlschutz dadurch auf, dass sie hochempfindlich und nur schwierig zu handhaben sind, so dass eine Demontage aus Diebstahlzwecken kaum in Frage kommt. Bei randseitig mit Profilelementen verstärkten Solarmodulen hingegen muss dem Diebstahlschutz sinnvollerweise besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Im Vergleich zur Lösbarkeit von Schrauben stellt die Entfernbarkeit von Nieten, beispielsweise durch Ausbohren, ein erhebliches Hindernis für den Diebstahl der Solarmodule dar, weil es komplizierter, mit mehr Zeitaufwand und größerem Lärm verbunden ist.

Niete sind baurechtlich zugelassene Verbindungselemente, die sowohl auf Zug als auch auf Scherung belastet werden dürfen, beispielsweise bei abhebenden Kräften, die durch Sogwirkung bei Einwirkung entsprechender Winde auf die Solarmodule einwirken. Im Gegensatz dazu dürfen Schrauben lediglich auf Scherung belastbar montiert werden.

Für die Anordnung der Befestigungselemente ergibt sich daher der Unterschied, dass die Niete auf dem höchsten Abschnitt der Wellen eines Trapezblechs montiert werden können, während die Schrauben in den Flanken der Wellen montiert werden müssen. Dementsprechend sind stets zwei gegenüberliegende Schrauben vorgesehen, um einen Halter der Solarmodule zuverlässig zu befestigen. Es kann daher die Anzahl der zu verwendenden Niete gegenüber der sonst erforderlichen Anzahl zu verwendender Schrauben reduziert werden, so dass nicht nur durch die vereinfachte Handhabung eines Niets gegenüber einer Schraube, sondern auch durch die reduzierte Zahl der Niete gegenüber der sonst erforderlichen Zahl von Schrauben der Arbeitsfortschritt beschleunigt und die erforderliche Montagezeit für die Solardach-Anordnung reduziert werden kann.

Durch die Möglichkeit, die Halter auf dem obersten Wellenbereich der Trapezbleche befestigen zu können, entfällt zudem die Erfordernis, die Halter an die spezielle Geometrie des jeweils verwendeten Trapezbleches anpassen zu müssen bzw. dementsprechend angepasste zusätzliche Befestigungselemente verwenden zu müssen: Die Halter sind stets an dem Trapezblech anbringbar, sofern der oberste Bereich der Welle eine gewisse Mindestbreite nicht unterschreitet. Unterschiedliche Breiten dieser obersten Bereiche sowie unterschiedliche Winkel, unter denen die Flanken der Wellen an diesen obersten Wellenbereich anschließen, sind hingegen vorschlagsgemäß unbeachtlich und erfordern keine spezielle Anpassung der Befestigungstechnik.

Vorschlagsgemäß können daher Befestigungselemente verwendet werden, die für viele unterschiedliche Dachtypen bzw. unterschiedliche Typen von Trapezblechen geeignet sind, so dass dementsprechend die verwendbaren Befestigungselemente in einer größeren Stückzahl herstellbar und demzufolge preisgünstiger sein können, oder es können ansonsten erforderliche, an die spezielle Geometrie des Trapezblechs angepasste Zwischenelemente entfallen, so dass auch durch den Wegfall dieser Elemente die vorschlagsgemäße Solardach-Anordnung wirtschaftlich vorteilhaft ist.

Dadurch, dass sich die Niete jeweils durch den Halter und durch die Dachhaut erstrecken, kann auf die vorgenannten Zwischenbauteile verzichtet werden, die ansonsten, an die jeweilige Trapezblech-Geometrie angepasst, einerseits mit dem Trapezblech verbunden werden und andererseits mit dem Halter verbunden werden müssen, der dann seinerseits ein Solarmodul hält.

Die bekannten Solardach-Anordnungen werden üblicherweise derart ausgestaltet, dass entweder Schrauben benötigt werden, um die Befestigungskonstruktion der Solar-Module an der Dachkonstruktion zu befestigen, oder Schrauben benötigt werden, um die Solar-Module an die Befestigungskonstruktion selbst anzubringen. Die genannten Eigenschaften der Schrauben hinsichtlich Kerbwirkung, Scherbeanspruchbarkeit und Sicherheit der erzielten bzw. hergestellten Verschraubung sind dabei stets nachteilig. Dies gilt insbesondere, als es sich bei auf Dächern befindlichen Solaranlagen um Konstruktionen handelt, die nur mit Aufwand zugänglich sind sowie schlecht einsehbar sind, so dass sie nicht einer ständigen optischen Kontrolle unterliegen.

Aus fehlerhaften Schraubverbindungen resultierende Schäden werden daher möglicherweise nicht sofort erkannt. Vorteilhaft kann daher vorgesehen sein, das Befestigungssystem der Solar-Module komplett schraubenlos auszubilden, also hinsichtlich der Anbindung an die Dachhaut einerseits und an die Solar-Module andererseits.

Die verwendeten Halter können beispielsweise aus Bandstahl automatisch abgelängt und gebogen werden. Die Fertigung wird dadurch einfacher. Vorteilhaft können die Halter etwa W-förmig gebogen sein, also zwei äußere und zwei mittlere Schenkel aufweisen. Dies ermöglicht die Aufnahme von zwei Solarmodulen in einem Abstand oberhalb der Dachhaut: Ein zwischen dem untersten Schenkel und dem unteren Mittelschenkel vorgesehener Abstand definiert den Abstand, in welchem das untere von zwei gehaltenen Solarmodulen oberhalb der Dachhaut gehalten wird, so dass eine Hinterlüftung der Solarmodule gewährleistet ist. Insbesondere bei Verwendung von elektrischen, also Fotovoltaik-Solarmodulen ist eine derartige Hinterlüftung wichtig, da mit zunehmender Temperatur der Wirkungsgrad der Solarmodule beeinträchtigt werden kann.

Die vorschlagsgemäße Solardach-Anordnung und insbesondere die vorbeschriebenen Halter sind demzufolge speziell für die Verwendung von Fotovoltaik-Modulen vorteilhaft, sie können jedoch auch bei der entsprechenden Auslegung und Dimensionierung der einzelnen Bestandteile der Solardach-Anordnung auch für die Montage von schwereren, mit Fluid durchströmten Modulen für die Warmwassergewinnung Verwendung finden.

Das auf dem unteren Mittelschenkel aufliegende untere Solarmodul wird durch den Halter an seinem oberen Rand abgestützt, während das darüber, zwischen dem oberen Mittelschenkel und dem obersten Schenkel abgestützte obere Solarmodul an seinem unteren Rand von dem Halter abgestützt wird. Es ergibt sich dadurch eine geschindelte Anordnung der beiden Module und somit eine das Eindringen von Regenwasser verhindernde dachpfannenartige Anordnung der Module, die somit einen zusätzlichen Witterungsschutz für die Solardach-Anordnung darstellt, beispielsweise einen UV-Schutz der Kabel.

In preisgünstiger Weise kann der Halter aus einem mehrfach gekanteten Stahlblech gebildet sein, welches die erforderliche Festigkeit durch beispielsweise eine Materialstärke von etwa 3-6 mm sicherstellt und welches aus Gründen des Korrosionsschutzes vorteilhaft aus Edelstahl bestehen kann.

Eine zusätzliche Festlegung eines in dem Halter angeordneten Solarmoduls kann vorteilhaft durch eine Lasche erfolgen, die unterschiedlich ausgeführt sein kann, beispielsweise als Arretierungslasche, die aus dem Material des Halters in ihre Arretierungsstellung gebogen werden kann, oder als Federlasche, welche das Modul sichert und lediglich gegen die Federwirkung eine Montage des Moduls ermöglicht.

Die Festlegung des Moduls kann dadurch noch verbessert werden, dass auch der oberste Schenkel des Halters zumindest bereichsweise sich der Ebene nähert, in welcher der obere Mittelschenkel verläuft, so dass ein umlaufender Rand des Solarmoduls durch diesen obersten Schenkel regelrecht umgriffen wird und somit das Modul besonders sicher am Halter festgelegt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der rein schematischen Zeichnungen in den 1 bis 10 näher erläutert.
1 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt einer Solardach-Anordnung unter Verwendung von Fotovoltaik-Solarmodulen, und 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Halter und die darin gehaltenen Randbereiche zweier Solarmodule:
In 1 ist ausschnittsweise eine Solardach-Anordnung 1 dargestellt, mit vier angedeuteten Fotovoltaik-Solarmodulen 2, von denen bei dem oben rechts dargestellten Modul 2 die einzelnen Zellen angedeutet sind, während die drei anderen Solarmodule 2 lediglich transparent angedeutet sind.
Die Solardach-Anordnung 1 weist weiterhin ein Trapezblech 3 auf, welches eine Vielzahl von Wellen 4 aufweist, deren oberste Bereiche parallel zu der grundsätzlichen Flächenausrichtung des Trapezbleches 3 verlaufen. Die zwischen den Wellen 4 vorgesehenen Trapezblech-Täler sind mit 15 gekennzeichnet. Auf den flachen obersten Abschnitten der Wellen 4 sind einerseits Auflagepolster 5 angebracht, die zur Druckentlastung und Schwingungsdämpfung der Solarmodule 2 dienen, sowie weiterhin Halter 6 für die Solarmodule 2. Die Halter 6 sind unmittelbar mit dem Trapezblech 3 vernietet, wobei rein beispielhaft drei im Dreieck angeordnete Niete 7 pro Halter 6 vorgesehen sind. Die Verwendung von mehr Nieten ist möglich, beispielsweise die Anordnung von vier Nieten im Viereck, wobei aufgrund der Abmessungen des Halters 6 problemlos auch noch mehr, also sich über eine größere Länge des Halters 6 erstreckende Nietanordnungen möglich sind.
Die Ausgestaltung der Halter 6 ist aus 2 näher ersichtlich: Auf dem Trapezblech 3 ist der Halter 6 mittels der Niete 7 befestigt, ohne die Erfordernis, ein zwischengeschaltetes, der Kontur des Trapezbleches 3 angepasstes Zwischenelement zu verwenden. Der Halter 6 ist insgesamt etwa W-förmig im Querschnitt konturiert und mit einem untersten Schenkel 8 am Trapezblech 3 festgelegt.
Durch den insgesamt etwa W-förmigen Verlauf des Halters 6 werden zwei obere Aufnahmeräume für die beiden Solarmodule 2 geschaffen. Das untere Modul 2 ist zwischen einem unteren Mittelschenkel 9 und einem oberen Mittelschenkel 10 des Hal ters 6 angeordnet. Die beiden Mittelschenkel 9 und 10 sind durch einen Distanzschenkel sowohl miteinander verbunden als auch voneinander beabstandet, um den Abstand zur Aufnahme des unteren Solarmoduls 2 und insbesondere seines Rahmens zu ermöglichen. Das obere Solarmodul 2 ist zwischen dem oberen Mittelschenkel 10 und einem obersten Schenkel 11 des Halters 6 gehalten.
Thermische Ausdehnungen der Solarmodule 2 können problemlos durch die Halter aufgenommen werden: Das jeweils untere Ende eines Solarmoduls 2 ist ähnlich einem Festlager durch den Halter 6 fixiert, während das jeweils obere Ende eines Solarmoduls 2 in dem Halter 6 wie in einem Loslager gesichert, aber beweglich gehalten ist. Das „Festlager" wird dadurch gebildet, dass das Solarmodul einerseits mit seinem unteren Rand schwerkraftunterstützt dem Halter 6 anliegt, und dass dort andererseits ein Rahmenprofil 12 des Solarmoduls 2 umgriffen und das Solarmodul 2 somit gesichert wird:
Erstens übergreift und umgreift der oberste Schenkel 11 des Halters 6 das Rahmenprofil 12, und zweitens ist am oberen Mittelschenkel 10 eine nach oben gebogene Arretierungslasche 14 vorgesehen, so dass zwischen dieser Arretierungslasche 14 und dem obersten Schenkel 11 ein regelrechter Aufnahmeraum für das Rahmenprofil 12 des Solarmoduls 2 geschaffen wird, der eine zuverlässige Festlegung des Solarmoduls 2 bewirkt. Die Arretierungslasche 14 ist dadurch geschaffen, dass der den Halter 6 bildenden Blechstreifens zunächst mit einem U-förmig verlaufenden Schlitz versehen und anschließend zu der etwa W-förmigen Kontur des Halters 6 verformt wird. Die Arretierungslasche 14 kann mittels eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise eines Schraubendrehers oder dergleichen, aus der zunächst vorliegenden Kontur des Halters 6 nach oben in die aus 2 ersichtliche Arretierungsstellung gebogen werden.
Weitere Vorteilhafte Eigenschaften der vorgeschlagenen Konstruktion werden nachfolgend, teils anhand von Skizzen, näher erläutert:
Die Trapezblechunterkonstruktion dient auch als Brandschutzbarriere in beide Richtungen. Sie trennt zudem die Nutzung innerhalb und außerhalb des Gebäudes, unter anderem sowohl funktional, als auch rechtlich, als auch physikalisch (Streustrahlung, etc.), als auch klimatisch.
Um die Winkel rationeller anbringen zu können, können die Befestigungslöcher für jeden Haken in einem Arbeitsgang gebohrt, gestanzt, gelasert, ... werden, da die Geometrie bei jedem Haken die gleiche ist.
Durch die Befestigung der Halter direkt auf dem Trapezblech sind keine Schienen erforderlich, die insofern nachteilig sind, als sie z. B. Geld kosten, die Energiebilanz verschlechtern, oder Arbeitszeit, Transportkapazität und Rohstoffe binden.
Es ist möglich die Halter bzw. „Haken" auch als Stranggussprofil zu fertigen. Beispielsweise können einfache Stranggussprofile zur geschindelten, also einander überlappenden, und zur nicht geschindelten Befestigung von Solarstrommodulen auf Trapezblechen vorgesehen sein. Diese Halter bzw. Haken können einen zusätzlichen Abstand der Solarstrommodule von der Dachhaut, also den Trapezblechen, schaffen, um eine Hinterlüftung der Solarmodule zu bewirken. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich unter dem Solarmodul ein Hitzestau aufbaut und zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Solarmodule führt. In 3 werden oben und rechts zwei Halter zur nicht geschindelten Befestigung von Solarstrommodulen dargestellt, von denen der rechte die Hinterlüftung ermöglicht, und links ist in 3 ein Halter zur geschindelten Befestigung von Solarstrommodulen dargestellt:
In 3 sind in den Haltern vorgesehene Befestigungslöcher mit 16 gekennzeichnet. Rahmenprofile sind in 3 ausschnittsweise und angedeutet dargestellt sowie mit 17 gekennzeichnet.
Es können bei dem vorgeschlagenen System alle Öffnungen, z. B. zwischen und um den Solarmodulen mit „Mardergitter" versehen werden, als Schutz gegen einen Verbiss durch Nagetiere.
Es können am Rand der Modulflächen die äußeren Module durch Gleit- oder Rutschsicherungen gesichert werden. Diese können z. B. als zusätzlich in die Haken eingeklebte gummierte Reibflächen oder als Verriegelungen in den jeweils oberen Befestigungshaken eines jeden äußeren Moduls ausgestaltet sein, wie in 4 dargestellt ist. In 4 ist ein Verriegelungselement mit 18 gekennzeichnet, ein oberes Modul mit 19, und ein unteres Modul mit 20.
Vorteilhaft können mehrteilige Befestigungselemente vorgesehen sein: diese können z. B. aus einem in großen Stückzahlen preisgünstig herstellbaren Strangguss-Grundelement, beispielsweise aus Aluminium, und einem zusätzlichen Biegeteil bestehen. Vorteil ist, dass eine kostengünstige Anpassung an unterschiedliche Rahmentypen von Solarstrommodulen ermöglicht wird, indem lediglich die Biegeteile angepasst werden müssen, was auch für kleinere Stückzahlen preisgünstig möglich ist. In 5 sind zwei Solarstrommodul-Rahmen mit 21 gekennzeichnet, Alustranggussteile mit 22 und Biegeteile mit 23.
Alternativ können gemäß 6 die Befestigungselemente an verschiedene Rahmenhöhen angepasst werden, indem Haken mit Einlegeteilen versehen werden, um auch kleinere Rahmen sicher zu halten. Die Hakengeometrie ist zur Aufnahme der Rahmen mit den größten Querschnittsabmessungen ausgelegt, und die Anpassung an kleinere Rahmenquerschnitte erfolgt durch die wahlweise Verwendung unterschiedlich dimensionierter Einlegeteile, wobei die nachfolgende Darstellung ein derartiges Einlegeteil zeigt, welches in einem Haken mittels einer Verliersicherung und durch den Rahmen des Solarmoduls fixiert ist:
In 6 sind ein Salarstrommodul-Rahmen 21, ein Alustranggussteil 22 und ein Biegeteil 23 ersichtlich. Das Alustranggussteil 22 weist eine schräge Flanke 24 auf, um die Modulrahmen 21 einfacher einführen zu können. Ein Einlegeteil zur Rahmenhöhenanpassung ist in 6 mit 25 gekennzeichnet, und eine Sicherungslasche für das Einlegeteil 25 ist mit 26 gekennzeichnet.
Eine sehr einfache schraubenlose Befestigung ist gemäß 7 auch über ein Biegeteil für nicht geschindelte Trapezblechbefestigung möglich, welches zu zwei Seiten Haltelaschen ausbildet: in 7 ist außer den Befestigungslöchern 1fi zur Nietbefestigung und den beiden Solarstrommodulrahmen 21 ein Verriegelungshaken 28 ersichtlich.
Eine Rahmenhöhenanpassung kann aber auch über Langlöcher oder zusätzliche Gewindeschrauben erfolgen, die eine angepasste Befestigung mit Schrauben, Niete, etc. ermöglicht.: 8 zeigt einen Solarstrommodulrahmen 2i, ein Alustranggussteil 22, sowie ein Biegeteil 23 mit Langlöchern.
9 zeigt zwei Solarstrommodulrahmen 21 und zwei Biegeteile 23, von denen das untere Biegeteil 23 Befestigungslöcher 16 zur Nietbefestigung aufweist, wobei durch die beiden Biegeteile 23 eine Achse 27 der höhenvariablen Schraubverbindung verläuft.
Zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Problemstellung wird schließlich, teils die vorhergehenden Ausführungen zusammenfassend, auf Folgendes hingewiesen:
Photo-Voltaik-Solarmodule („PV-Module") werden heute in großen Stückzahlen auf Dachkonstruktionen mit Trapezblech angebracht. Es erfordert einen erheblichen Aufwand das Befestigungssystem maßgenau und möglichst eben auf dem Dach anzubringen.
Da die Befestigungsarbeiten auf dem Dach selbst erbracht werden ist die Handhabung von Schrauben und den hierzu notwendigen Werkzeugen lästig.
Weiter wird heute ein Teil der nutzbaren Fläche verschenkt, weil gerahmte Module nicht geschindelt angebracht werden. Der damit nutzbare Selbstreinigungseffekt kann ebenfalls nicht greifen.
Übereinander angebrachte Module können eine Ausdehnung durch Erwärmung nur schlecht ausgleichen, da bei bestehenden Systemen die Ausdehnung von Modul zu Modul wegen der starren Befestigung weitergegeben wird. Das Befestigungssystem muss auftretende Spannungen entsprechend aufnehmen. Bei kleinen Modulflächen kann dies sichergestellt werden bei großen Modulflächen akzeptiert man entsprechende Risken.
Heutige Systeme ziehen nur geringe Vorteile aus einer gleichzeitig mit der Errichtung der Solaranlage einhergehenden Erneuerung der bestehenden Dachhaut. Diese Situation ergibt sich zum einen bei einer ungeeigneten bestehenden Dachhaut oder bei der Neuerrichtung von Gebäuden die sofort mit einer Solarstromanlage ausgestattet werden. Üblicherweise wird heute erst die neue Dachhaut ganz oder in Teilen realisiert und anschlie ßend wird das Befestigungssystem für die Solaranlage angebracht. Eine meist wenig rationelle Alternative besteht darin Befestigungspunkte für das Befestigungssystem anzubringen, die neue Dachhaut um diese Befestigungspunkte zu realisieren und anschließend den über der Dachhaut angebrachten Teil des Befestigungssystems anzubringen.
Eine durchgängige Statik ist bei den heutigen Befestigungssystemen auf Trapezblech nur unter vielen Annahmen möglich oder aber sehr aufwendig und einzelfallbezogen.
Wirksamer Diebstahlschutz ist aufgrund der vielen Befestigungselemente recht aufwendig.
Bestehende Befestigungssysteme für Trapezblech besitzen hierzu in der Regel Ausgleichsmöglichkeiten. Weiter ist es besonders bei Trapezblechen schwierig ein Vielfalt an Befestigungsmöglichkeiten zu vermeiden, da die Unterkonstruktion ob Stahlträger, Holzträger etc. anzupassen ist. Einzige Ausnahme ist die Befestigung direkt an dem Trapezblech selbst mit entsprechenden an das Trapezblech angepasste Hutprofile mit Befestigungsmöglichkeit, die an den Flanken mit Schrauben fixiert werden. Der vorgesehene feste dauerhafte Sitz dieser Schrauben ist nur mit sehr viel Aufwand oder gar nicht zu gewährleisten.
Derzeit ist es eine bekannte Befestigungstechnologie, Stockschrauben zu verwenden. Diese bestehen aus drei Abschnitten. Ein Abschnitt ist für die Befestigung an der Unterkonstruktion vorgesehen. Realisiert ist dies durch entsprechende Gewinde, die der Unterkonstruktion angepasst sind. Der zweite Abschnitt ist ein glatter Schaft, über den eine Gummidichtung geschoben ist. Der dritte Abschnitt ist meist ein Gewinde (mit und ohne abschließenden Sechskantkopf) zur Aufnahme der Befestigungsschienen. Die Stockschraube ist somit nicht starr mit der Dacheindeckung verbunden, was dauerhaft Dichtungsprobleme her vorrufen kann. Die Anbringung der Stockschrauben lässt sich grundsätzlich nur auf dem Dach durchführen.
So genannte Hutkonstruktionen weisen die folgenden systemunabhängigen Nachteile auf: Probleme sind speziell bei vermieteten Flächen nicht auszuschließen. Beliebig komplizierte Regelungen bezüglich der Flächenbestandteile sind zu treffen, die die Eigentumsrechte, die Wartungszuständigkeiten und die Insolvenzrisiken klären müssen. Bei den bestehenden Systemen ist die Trennung der einzelnen Bestandteile immer sehr schwierig.
Vorschlagsgemäß ist demgegenüber vorgesehen, dass ein Winkel direkt auf der Trapezblech Dachhaut, und zwar nur auf den Rücken der „Berge" angebracht wird und mit Nieten befestigt wird. Der Winkel selbst hat beispielsweise eine doppel-S-Form, so dass das obere Modul geschindelt über dem darunter liegenden liegt, das unten liegende Modul also teilweise überlappt. Weiter enthält der Winkel in einer besonders einfachen Ausgestaltung eine Lasche, die, nachdem das Modul eingelegt worden ist, einfach mit einem Werkzeug wie z. B. einem Schraubendreher von unten verbogen wird, wodurch das Modul fixiert ist.
Auf einem bestehenden oder neu zu errichtenden Dach oder an einer Gebäudefassade werden Trapezbleche angebracht oder genutzt, auf denen die Befestigungshilfen für alle Module direkt angebracht werden. Die Befestigungshilfe kann ein Winkel oder eine spezielle Befestigungsschraube mit Zusatzelementen sein, deren Geometrie auf einen bestimmten Modul- oder Trapezblechtyp abgestimmt ist. Die Befestigungshilfen sind also direkt mit dem Trapezblech verbunden und benötigen nicht die sonst üblichen zusätzlichen Ausgleichsschienen. Trapezblech steht in dieser Gebrauchsmusteranmeldung stellvertretend für alle Großmontageplatten aus Faserbeton, Kunststoff, Holz, etc., die natürlich in gleicher Art und Weise, soweit diese statisch geeignet sind, auch als Solarstrommodulträger verwendet werden können.
10 zeigt Halter 6, die auch als „Befestigungshaken" bezeichnet werden, mit Ausschnitten von Solarmodulen 2, die auch als "Laminat" bezeichnet werden, auf einem Trapezblech 3. Die Täler 15 des Trapezblechs 3 wechseln mit den Wellen 4 ab, die auch als „Trapezblechrücken" bezeichnet werden. Aus 10 sind weiterhin die Auflagepolster 5 zur Druckentlastung und Schwingungsdämpfung ersichtlich.
Ergänzende Problemlösungen, die auf der vorbeschriebenen Grundidee basieren und die einzeln oder in Kombinationen angewendet werden können, werden nachfolgend stichpunktartig beschrieben:
Zur Arbeitserleichterung werden Befestigungspunkte auf der Erde vor der Montage mit einfachen Markierhilfen festgelegt und die Befestigungshilfen werden anschließend auf das Trapezblech vor der Trapezblechmontage angebracht.
Als luftdurchlässiger Anlagenschutz wird ein Gitter, ein Netz, ein Drahtgeflecht, etc. außen am Modulfeldrand zwischen Modul- und Trapezblechfläche angebracht.
Es werden zur Reduzierung der Schwingungs- und Druckbelastung der Module so genannte Auflagepolster auf dem Trapezblech an den notwendigen Stellen angebracht.
Falls die Solarstromanlagen Fähigkeiten wie Wärmedämmung, Schallisolierung, Tropfsicherheit, Brandschutz etc. zu aufweisen sollen, werden besondere Trapezbleche mit den benötigten Eigenschaften eingesetzt.
Zur Modulkühlung wird offenes fließendes Wasser eingesetzt, dass über die Trapezblechhaut geleitet wird und gegebenenfalls eine weitere wärmetechnische Nutzung ermöglicht. Insbesondere kann durch diese Kühlung der Wirkungsgrad der PV-Solarmodule verbessert werden.
Luftklappen an der Ober- bzw. Unterkante der Modulfläche ermöglichen es, die zwischen den Modulen und der Trapezeindeckung aufsteigende aufgewärmte Luft für Wärmeanwendungen zu nutzten.
Der vorliegende Vorschlag weist folgende Vorteile auf:
Auf oder an einer Trapezblecheindeckung können verschiedene Typen von Befestigungshilfen angebracht werden, so dass sowohl Laminate als auch verschieden gerahmte Module verarbeitet werden können (siehe das auf S. 18 dargestellte Beispiel).
Das Trapezblech kann bei flachen Hallenkonstruktionen schnell und einfach aufgelegt werden, so dass schnell eine begehbare und sichere Dacheindeckung entsteht. Somit können Sicherungen wie Netze etc. verringert werden oder ganz entfallen.
Die Trapezblecheindeckung kann selbst viele Unebenheiten ausgleichen und braucht je nach Stärke des verwendeten Blechs nur an relativ wenigen Verbindungspunkten eine entsprechende Befestigung zur Unterkonstruktion. Sog- und Druckkräfte können von den Modulen mittels der Befestigungshilfen über das Trapezblech in die Unterkonstruktion eingeleitet oder schon vor der Entstehung von den Modulen abgehalten werden.
Der statische Nachweis über das gesamte System bestehend aus Gebäudefundamente, Gebäudekonstruktion, Trapezblech mit Befestigungshilfen, Module kann verhältnismäßig einfach durchgängig geführt werden.
Große Flächen können auf einfache Art verhältnismäßig schnell wieder regendicht eingedeckt werden, wobei gleichzeitig die vormontierten Befestigungspunkte mit dem Trapezblech platziert und bereitgestellt werden. Werden an den Befestigungspunkten schon im Vorfeld die Befestigungshaken angebracht, so können im nächsten Arbeitsschritt direkt die Module eingehängt werden, was auf Dachflächen mit geringer Neigung wegen der guten Begehbarkeit verhältnismäßig einfach und somit schnell wie auch sicher ohne die sonst durch Schienen gegebenen Stolperfallen vor sich gehen kann. Die Dichtigkeit ist somit weder in der Aufbauphase (nach dem Einbau der Trapezbleche) noch im Reparaturfall gefährdet. Die Anbringung der Befestigungswinkel kann auf dem Erdboden erfolgen, wobei einfache Markierungshilfen die präzise Festlegung der Befestigungspunke wesentlich vereinfacht.
Beschädigungen der Module von unten werden mittels der Trapezbleche sowohl durch mechanische Körper als auch durch zersetzende Gase wirksam verhindert. Dies ermöglicht eine freiere Nutzung der unter der Solarstromanlage liegenden Gebäudeteile.
Die Erdung der gesamten PV-Anlage kann aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Trapezbleche einfach durchgeführt werden, wenn z. B. metallische Großmontageplatten oder andere, elektrisch leitfähige Trapezbleche verwendet werden.
Wird der äußere Rand des Modulfeldes mit einem Gitter oder Netz zum Trapezblech hin abgedichtet, so kann ein wirksamer Kabelschutz gegen Verbiss sichergestellt werden. Weiter lässt sich so auch verhindern, dass Fremdkörper, wie Äste und Laub, zwischen die Module und die Trapezbleche eindringen können.
Da das Transportvolumen von Trapezblechen gegenüber Pfannen oder anderen Eindeckungen verhältnismäßig gering ist, kann der Transport von Trapezblechen und Solarstromanlage falls gewünscht gemeinsam vorgenommen werden.
Da Trapezbleche in großen Längen gefertigt und bereitgestellt werden, ist in vielen Fällen eine lückenlose Anbindung vom First bis zur Traufe bzw. bei Fassaden vom Dachansatz bis zum Boden möglich. Somit ergeben sich entscheidende Vorteile bei der Vermeidung von Einbaufehlern und der Gewährleistung.
Durch das Trapezblechdach findet eine wirksame Entkopplung von Solarstromanlage und regendichter Gebäudehaut statt, so dass die Solarstromanlage im Fall einer Insolvenz des Solaranlageneigentümers verwertet werden kann, ohne dass an dem Gebäude selbst größere Schäden zu erwarten sind.
Das Trapezblech ermöglicht ein Ersetzen der vorhandenen Solarstromanlage durch eine Neue (z. B. Repowering), ohne dass eine neue Unterkonstruktion realisiert werden muss. Es sind lediglich die Befestigungshilfen anzupassen und neu zu positionieren.
Um Schwingungen oder Druckbelastungen der Module zu vermeiden, können Auflagepolster (siehe Beispiel von S. 18) verwendet werden. Es können somit unter bestimmten Bedingungen auch größere Modultypen als sonst möglich eingesetzt werden. Diese Auflagepolster lassen sich sehr flexibel auf dem Trapezblechrücken befestigen.
Da alle Befestigungen oberhalb der Trapezblechtäler angebracht werden, kann eine inhärente Dichtigkeit vorausgesetzt werden.
Die Verbindung der Eindeckung mit einer entsprechenden Wärme- oder Schallisolierung sowie einem wirksamen Tropfschutz ist über die Auswahl verschiedenster Großmontageplatten leicht möglich.
Die dichte Trapezblechhaut bietet die Möglichkeit, über kaltes Wasser, welches an den Trapezblechen herunter strömt, die Module von hinten zu kühlen, um den Wirkungsgrad der Module zu verbessern. Das erwärmte Wasser kann dann gekühlt und wiederverwendet oder einer Wärmeanwendung zugeführt werden.
Die hinter den Modulen aufsteigende aufgewärmte Luft kann genutzt werden, um zusätzliche Heizenergie im Gebäude bereitzustellen entweder direkt oder indirekt über eine Wärmepumpe. Über ein Klappensystem an der Ober- bzw. Unterkante der Modulfläche kann die Durchströmzeit der Luft zwischen Trapezblech und Module und damit Lufttemperatur bzw. Luftdurchflussmenge geregelt werden.

Claims

Solardach-Anordnung, mit einer Dachhaut, welche wellenförmig im Querschnitt profiliert ist, und mit auf der Dachhaut befestigten Solar-Modulen, sowie mit Haltern, welche jeweils einerseits an der Dachhaut festgelegt sind und andererseits ein Solarmodul halten, wobei die Halter mittels die Dachhaut durchsetzender Befestigungselemente an der Dachhaut festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente als Niete (7) ausgebildet sind.
Solardach-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niete (7) sich durch den jeweils höchsten Querschnittsbereich jeder „Welle" (4) der Dachhaut erstrecken.
Solardach-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niete (7) sich jeweils durch einen Halter (6) und durch die Dachhaut erstrecken.
Solardach-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachhaut aus Trapezblechen (3) gebildet ist, welche in den höchsten Bereichen der Wellen (4) abgeflacht und parallel zur Flächenebene des Trapezblechs (3) verlaufen.
Befestigungssystem für eine Solardach-Anordnung, bei welcher auf einer Dachhaut ein Solar-Modul mittels wenigstens eines Halters befestigt ist und der Halter einerseits an der Dachhaut festgelegt sind und andererseits das Solarmodul hält, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungssystem schraubenlos ausgebildet ist.
Halter für eine Dachanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (6) aus einem schmalen Materialstreifen besteht, welcher etwa W-förmig gebogen ist, mit zwei äußeren Schenkeln, von denen der eine als unterster Schenkel (8) der Dachhaut benachbart ist und von denen der andere als oberster Schenkel (11) ein oberes Solarmodul (2) übergreift, sowie mit zwei mittleren Schenkeln, von denen der eine als oberer Mittelschenkel (10) ein Auflager für das obere Solarmodul bildet und der andere als unterer Mittelschenkel (9) ein Auflager für ein unteres Solarmodul (2) bildet.
Halter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (6) aus einem mehrfach gekanteten Stahlblechstreifen gebildet ist.
Halter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mittelschenkel (9, 10) durch einen Distanzschenkel miteinander verbunden und voneinander beabstandet sind.
Halter nach einem der Ansprüche 6-8, gekennzeichnet durch eine am oberen Mittelschenkel (10) vorgesehene Arretierungslasche (14), die aufwärts biegbar ist, derart, dass sie das obere Solarmodul (2) in ihrer nach oben gebogenen Arretierungsstellung festlegt.
Halter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungslasche (14) durch eine in das Material des Halters (6) eingebrachte linienartige Ausnehmung geschaffen ist – wie durch einen U-förmig verlaufenden Schlitz.
Halter nach einem der Ansprüche 6-8, gekennzeichnet durch eine am oberen Mittelschenkel (10) vorgesehene Federlasche, die zur Montage des oberen Solarmoduls (2) gegen die Federwirkung verformbar ist und die federunterstützt das obere Solarmodul (2) festlegt.
Halter nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, dass der oberste Schenkel (11) zumindest bereichsweise einen von der zum oberen Mittelschenkel (10) parallelen Ausrichtung abweichenden und zum oberen Mittelschenkel (10) gerichteten Verlauf aufweist.