DE102008025611A1

DE102008025611A1 - Antiblitzeinschlagisolierung Photovoltaik-Freiflächenanlagen

Info

Publication number: DE102008025611A1
Application number: DE200810025611
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beck; Thomas Neussner
Original assignee: Beck Energy GmbH
Current assignee: Belectric GmbH
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Es wird eine eingezäunte Freiflächen-Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Basisträgern (17) vorgeschlagen, die jeweils auf einer oder auf einem Paar Erdstützen (11) montiert sind. Mehreren quer zu den Basisträgern (17) verlaufenden Modulholmen (23) sind vorgesehen, an denen mittels Klammern (27) Photovoltaikmodule (25) befestigt sind. Entgegen den einschlägigen Vorschriften von DIN etc. sind die Erdstützen (11) elektrisch gegenüber dem Basisträger (17) isoliert. Diese Maßnahme verhindert einen Blitzeinschlag in die Photovoltaikanlage.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Freiflächen-Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder auf einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen.
Solche Freiflächen PV-Anlagen sind aus dem täglichen Erscheinungsbild bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Bei diesen Anlagen ist es durch die DIN-Norm, den VDE Vorschriften und anderen einschlägigen Dokumenten vorgeschrieben, dass alle elektrisch leitenden Anlagenteile mittels einer Erdungsmaßnahme auf Erdpotential gebracht werden. Dies erlaubt den sicheren Zugang auch nicht eingewiesener und technisch qualifizierter Personen in den Bereich der Anlage, wie zum Beispiel Reinigungspersonal, um die Glasflächen der PV-Module von Zeit zu Zeit von Umweltschmutz und natürlichen Stoffen, wie z. B. Laub, zu reinigen.
Vorliegende Erfindung geht aus von der in der 1 veranschaulichten Blitzentstehungs- und Verhaltenstheorie, die als Vorstellungsmodell zu betrachten ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich bei gleichen Parametern, wie z. B. angenommener Windstille, homogener Luftfeuchtigkeitsverteilung etc. eine Potentialverteilung zwischen einer Gewitterwolke 1 und dem Boden oder der Erde 3 ausbildet, die im wesentlichen einer eingeschnürten Säule 5 entspricht, die oben an der Wolke 1 und unten am Boden 3 kreisförmige Linien gleichen Potentials annimmt. In der 1 ist am Boden 3 eine PV-Anlage errichtet, deren Module 7 alle in der gleichen Nord-Süd Richtung ausgerichtet sind. Der Potentialverlauf wird anhand der mit 9 bezeichneten Verlaufslinien symbolisiert. Wie es in linken Bereich der 1 ersichtlich ist, verläuft ein Teil der Potentialverlaufslinien 9 zwischen den PV-Modulen 7 hindurch, wohingegen ein anderer Teil der Linien 9, wie an der rechten Seite der 1 ersichtlich, unter einem Winkel alpha auf die PV-Module auftrifft. Der elektrische Widerstand der PV-Module 7 macht einen Durchschlag mit ionisierter Plasmasäule an dieser Stelle unattraktiv. Das Aufbau-Vermögen der entsprechenden Feldlinien nimmt mit der Länge des isolierten Baukörpers ab. Da Photovoltaik-Freifeldanlagen vorzugsweise sehr lange Baukörper haben, nimmt beim Stand der Technik mit geerdeten Elementen die Einschlagswahrscheinlichkeit drastisch zu, wo hingegen ein isolierter Aufbau den Einschlag völlig vermeidet.
Die Erfindung widerspricht folglich dem Stand der Technik, der für Photovoltaik-Freifeldanlagen auf Grund der extrem hohen Blitzeinschlagshäufigkeit einer Erdung aller metallischen Komponenten vorsieht.
Hier setzt die Erfindung an, indem sie ausgehend von dieser Theorie davon ausgeht, dass ein Blitzeinschlag unwahrscheinlicher wird, wenn man die isolierende Eigenschaft der Glasplatten der PV-Module 7 sich zunutze macht, um den Durchschlag der Säule 5 zu einem Blitz zu einer Stelle außerhalb des Modulbereichs zu verschieben. Die isolierende Eigenschaft der PV-Module wird also dazu hergenommen, die Auslösung des Blitzes zu einer die PV-Anlage nicht gefährdenden Stelle zu versetzen.
Entsprechend liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Blitzeinschlag in die Photovoltaikanlage zu vermeiden. Diese Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform dadurch gelöst, dass der Basisträger elektrisch isoliert zu der oder dem Paar Erdstützen ist. In einer zweiten Ausführungsform wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Modulholme elektrisch isoliert zu den Basisträgern sind. In einer dritten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Klammern eine elektrische Isolierung der Modulholme von den Photovoltaikmodulen bereitstellen, in einer vierten Ausführung, dass die Klammern elektrisch isoliert zu den Modulholmen sind, und in einer fünften Variante, dass die Photovoltaik-Module mit Rahmen versehen sind und die Rahmen benachbarter Module gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Im Ergebniswerden also die einschlägigen Vorschriften wie z. B. Abschnitt 413.1.6 der DIN VDE 0100 Teil 410 ignoriert und es werden Einschränkungen bei dem Betrieb und der Wartung der PV-Anlage in Kauf genommen, um das Risiko des Blitzeinschlags zu minimieren. Alle der Anmelderin bekannten Dokumente und bestehende Anlagen weisen die vorgeschriebene Erdung aller Anlagenteile auf, so dass hier eine Abweichung von der klassischen Lehre unter Schutz gestellt werden soll.
Bei der Realisierung der Erfindung können die fünf genannten Ausführungsformen jeweils für sich alleine vorgesehen sein, oder es können zwei, drei, vier oder auch alle fünf Maßnahmen gleichzeitig miteinander kombiniert werden. Dabei ist es sowohl möglich, für den Basisträger Metall zu verwenden und dann die Isolierung mit Hilfe eines zusätzlichen Isolierstoffes wie z. B. einer Gummiumhüllung bereitzustellen oder gleich den Basisträger selber aus isolierendem Material, wie z. B. Holz herzustellen.
Eine Variante sieht vor, die Modulklammern aus Metall zu fertigen und die Klammer mit einem L-förmig ausgebildeten Teil zu versehen, der innen mit einem U-förmigen Isoliermaterial ausgekleidet ist, wobei der Raum zwischen den Seitenschenkeln des U-förmigen Isoliermaterials zur Aufnahme eines Randabschnitts der Photovoltaikmodule dient. Diese Art der Modulklammer erlaubt auch die Verwendung von PV-Modulen mit Metallrahmen, wie sie von einigen Herstellern bevorzugt wird.
Bei einer Ausrichtung der Basisträger im wesentlichem in West-Ost Richtung sollte bei Verwendung eines Paars Erdstützen diese gleiche Länge aufweist, wohingegen eine Ausrichtung der Basisträger in im wesentlichen Nord-Süd Richtung die beiden Erdstützen eines Paars ungleiche Längen aufweisen sollten.
Über die gesamte Länge der Photovoltaikanlage sollten die Basisträger jeweils voneinander elektrisch isoliert sein, was vorzugsweise auch für die Modulholme gilt. Dieses hat den grundsätzlichen Zweck, eine Ansammlung von miteinander verbundener Metallteile weitgehend zu vermeiden. Eine solche Ansammlung wird als unerwünschte Förderung des Hochziehens des Erdpotentials näher zur Gewitterwolke hin gesehen.
Bei gerahmten Modulen ist es aus diesem Grund erforderlich, dass die Rahmen jedes Moduls elektrisch isoliert von den benachbarten Modulen aufgebaut sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Annahme hinter der Erfindung;
2 eine eine Erdstütze aufweisende Ausführungsform einer Photovoltaikanlage
3 eine erste Ausführungsform mit einem Paar von Erdstützen;
4 eine zweite Ausführungsform mit einem Paar von Erdstützen; und
5 einen Querschnitt durch eine Befestigungsklammer für PV-Module an den Modulholmen.
In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. In der 2 ist mit 11 eine Erdstütze bezeichnet, deren erstes Ende in die Erde eingerammt und dort möglicherweise mit einer Beton- oder Mörtelummantelung, einem Fundament oder dergleichen versehen ist. Die Erdstütze 11 besteht bei allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise aus einem Stahlträger mit Doppel-T Profil. Das obere Ende 13 der Erdstütze 11 dient als erster Auflagepunkt für einen Basisträger 17, der im einfachsten Fall eine Holzpfette ist. An einer statisch geeigneten Stelle des Erdträgers 11 ist schräg nach oben abzweigend ein Stützarm 19 angeschweißt, dessen freies Ende 21 unterhalb des oberen Endes 15 liegt. Beide Enden 15, 21 bilden somit eine Schräge, entlang welcher der Basisträger 17 unter einem optimalen Winkel zur Sonne montiert werden kann. Die Montage erfolgt zweckmäßigerweise über jeweils einen Schuh (nicht gezeigt) an den oberen Enden 15, 21 zwischen dessen beiden Schenkeln der Basisträger 17 montiert wird.
Eine Vielzahl dieser einteiligen Erdstützen 11 sind parallel zueinander in Ost-West Richtung in den Boden gerammt und bilden eine Reihe von Erdstützen 11, die jeweils voneinander elektrisch isoliert sind. Quer zu den Basisträgern 17 sind auf diese aufliegend sogenannte Modulholme 23 angebracht, die ebenfall in Ost-West Richtung verlaufen und die zur Auflage und Befestigung für eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen 25 dienen. Es entsteht so ein Feld oder eine Matrix von PV-Modulen, die dem Neigungswinkels der Basisträger 17 zur Horizontalen entsprechend zur Sonne ausgerichtet sind. Die Erdstützen 11 sind isoliert von den Basisträgern 17 und die Basisträger 17 sind isoliert von den Modulholmen 23, die wiederum isoliert von den PV-Modulen 25 angebracht sind.
In der 3 ist ein äquivalentes Feld oder Matrix an PV-Modulen 25 aufgebaut, wobei hier ein Unterkonstruktion gewählt ist, die jeweils zwei paarweise einander zugeordnete Erdstützen 11 mit ungleicher Länge aufweist. Die Erdstützen 11 bilden so unterschiedlich hoch liegende obere Enden 15, auf welche schräg zur Horizontalen der Basisträger 17 in Nord-Süd Richtung montiert ist. Auf den basisträgern 17 liegen in zuvor beschriebener Weise die Modulholme 23 auf, auf welchen wiederum die PV-Module 25 montiert sind. Wie zuvor in Verbindung mit der Ausführungsform nach der 2 ausgeführt, sind auch hier die Erdstützen 11 isoliert von den Basisträgern 17 und die Basisträger 17 isoliert von den Modulholmen 23, die wiederum isoliert von den PV-Modulen 25 sind.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Basisträger 17 diesmal in Ost-West Richtung verlaufen und die Modulholme 23 in Nord-Süd Richtung. Zur optimalen Erzielung des gewollten Effekts ist allen gezeigten Ausführungsformen gemeinsam, dass die Basisträger 17 von den Erdstützen 11 isoliert sind und die Modulholme 23 isoliert sind von den Basisträgern 17 und die PV-Module 25 isoliert sind von den Modulholmen 23.
In der 5 ist eine einzelne Klammer 27 dargestellt, wie sie zur elektrisch isolierenden Montage der PV-Module 25 auf die Modulholme 23 geeignet ist. Die Klammer 27 weist ein U-förmiges Mittelteil mit einer Basis 29 und zwei rechtwinkelig nach oben weisenden Schenkeln 31 auf. In der Mitte der Basis 29 ist eine Bohrung vorgesehen, um die Klammer mit dem Modulholm 23 zu verschrauben. Am freien Ende der Schenkel 31 schließen sich jeweils parallel zur Basis 29 verlaufend abstehende Kragen 35 an, deren Länge so bemessen ist, dass sie nach der Montage den Rand des PV-Moduls 23 sicher kraftschlüssig andrücken. An den außen liegenden Rändern der Klammer 27 sind jeweils elektrisch isolierende U-förmige Gummielemente 37 vorgesehen, die dort mittels Kleber oder einer Klemmnut (nicht gezeigt) befestigt sind. Der durch das U gebildete Innenraum des Gummielements 37 dient zur Aufnahme des Randes des PV-Moduls 23, das durch geeignete Dimensionierung der Höhe der Schenkel 31 beim Festziehen der Klammer 27 gegen den Modulholm 23 gepresst wird. Im vorliegenden Fall wird unter Klammer 27 jedes Befestigungsmittel also im einfachsten Fall auch eine Schraube bei einem gerahmten Modul verstanden, die das Photovoltaikmodul 7 an den Modulholm kraftschlüssig anpresst.

1: Wolke
3: Boden
5: Säule
7: Photovoltaikmodul
9: Potentialverlauf
11: Erdstütze
13: unteres Ende
15: oberes Ende
17: Basisträger
19: Stützarm
21: freies Ende
23: Modulholm
25: PV-Modul
27: Klammer
29: Basis
31: Schenkel
33: Bohrung
35: Kragen
37: Gummielement

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 Nicht-Patentliteratur

- 413.1.6 der DIN VDE 0100 Teil 410 [0007]

Claims

Freiflächen-Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder auf einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisträger elektrisch isoliert zu der oder dem Paar Erdstütze(n) ist.
Freiflächen-Photovoltaikanlage insbesondere nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder auf einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulholme zu den Basisträger elektrisch isoliert sind.
Freiflächen-Photovoltaikanlage insbesondere nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder auf einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammern eine elektrische Isolierung der Modulholme von den Photovoltaikmodulen bereitstellen.
Freiflächen-Photovoltaikanlage insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen dadurch gekennzeichnet, dass die Klammern elektrisch isoliert zu den Modulholmen sind.
Freiflächen-Photovoltaikanlage insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Vielzahl von Basisträgern, die jeweils auf einer oder einem Paar Erdstützen montiert sind, mit mehreren quer zu den Basisträgern verlaufenden Modulholmen und mit an den Modulholmen mittels Klammern befestigten Photovoltaikmodulen dadurch gekennzeichnet, dass die PV-Module mit Rahmen versehen sind und die Rahmen benachbarter Module gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Basisträger elektrisch leitendes Material aufweist und dass die Isolierung mit Hilfe eines zusätzlichen Isolierstoffes erfolgt.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisträger selber aus isolierendem Material, wie z. B. Holz besteht.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulklammern aus Metall bestehen und einen L-förmig ausgebildeten Teil aufweisen, der innen mit einem U-förmigen Isoliermaterial ausgekleidet ist, wobei der Raum zwischen den Seitenschenkeln des U-förmigen Isoliermaterials zur Aufnahme eines Randabschnitts der Photovoltaikmodule dient.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisträger im wesentlichen in West-Ost Richtung angeordnet sind und das Paar Erdstützen gleich Länge aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisträger im wesentlichem in Nord-Süd Richtung angeordnet sind und die beiden Erdstützen eines Paars ungleiche Längen aufweisen.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisträger jeweils voneinander elektrisch isoliert sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulholme jeweils voneinander elektrisch isoliert sind.