DE102010006566B4

DE102010006566B4 - Vorrichtung zum Tragen von wenigstens Solarzellen

Info

Publication number: DE102010006566B4
Application number: DE102010006566A
Authority: DE
Inventors: Reiner Kelsch; Marcus Wiemann
Original assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Current assignee: Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: DE102010006566A1

Abstract

Vorrichtung zum Tragen von Solarzellen (2) oder Solarmodulen über einer Aufstellfläche (6) mit einem insbesondere durch ein Umformverfahren aus einem flächigen Werkstoff, beispielsweise Blech, hergestellten, einteiligen Träger (3, 10), der wenigstens eine Abstützung (8) zur Aufstellfläche (6) und zwischen seinen Trägerenden wenigstens zwei hintereinander liegende und durch einen Steg (5) getrennte Aufnahmen (4) für Solarzellen (2) oder für Solarmodule ausbildet, wobei insbesondere die Aufnahmen (4) gegenüber der Aufstellfläche (6) wenigstens teilweise geneigt verlaufen, wobei der sich im Wesentlichen unterhalb der Solarzellen (2) oder Solarmodule erstreckende Träger (3, 10) wenigstens mit seiner Trägerenden (7, 9) Abstützungen (8, 11) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (11) einen Montageflansch (13) mit Sollbruchstellen (14), insbesondere zu Montagezwecken des Trägers (3, 10), aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tragen von Solarzellen über einer Aufstellfläche mit einem insbesondere durch ein Umformverfahren aus einem flächigen Werkstoff, beispielsweise Blech, hergestellten, einteiligen Träger, der wenigstens eine Abstützung zur Aufstellfläche und zwischen seinen Trägerenden wenigstens zwei hintereinander liegende und durch einen Steg getrennte Aufnahmen für Solarzellen ausbildet, wobei insbesondere die Aufnahmen gegenüber der Aufstellfläche wenigstens teilweise geneigt verlaufen.
Um Solarzellen gegenüber mechanischen Belastungen schützen zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Solarzellen in Solarmodulen vorzusehen, wobei die Solarmodule einen als Rahmen ausgeformten Träger zum Tragen der Solarzellen ausbilden.
Weiters sind Vorrichtungen zum Tragen von Solarmodulen bekannt, mit denen zwei Solarmodule an einer Wand oder auf einem Dach bzw. über einer Aufstellfläche nacheinander angeordnet werden können ( EP 1 376 029 A2 ). Diese Vorrichtungen weisen neben anderen Teilen auch einen durch ein Umformverfahren aus einem Blech hergestellten Träger auf. Auf diesem Träger lasten nun zwei Solarmodule bzw. indirekt auch die Solarzellen der Solarmodule, in dem in Längsrichtung hintereinander liegende und durch einen Steg getrennte Aufnahmen je ein Ende eines der Solarmodule aufnehmen. Des Weiteren sorgt die Ausgestaltung des Trägers mit einer mittigen Abstützung für eine Lastabtragung auf die Aufstellfläche. Diese Träger sind außerdem über an den Aufnahmen befestigte Verbindungsschienen miteinander verbunden, wobei die Aufnahmen gegenüber der Aufstellfläche in Längsrichtung wenigstens teilweise geneigt verlaufen, um so die Solarmodule mit einem vorgegebenen Neigungswinkel aufstellen zu können. Von Nachteil bei derartigen Vorrichtungen ist, dass die Träger sowie die Verbindungsschienen äußerst positionsgenau über der Aufstellfläche angeordnet werden müssen, bevor die Solarmodule an diesen befestigbar sind. Derartige Vorrichtungen bedürfen daher einer vergleichsweise zeitintensiven Montage bzw. sind durch die Teileanzahl nicht einfach handhabbar, was insbesondere bei exponierten Aufstellflächen von Nachteil sein kann. Auch bedürfen diese Vorrichtungen häufig Maßnahmen zur Beschwerung, um damit Windkräften standhalten zu können. Hinzu kommt, dass bedingt durch das Gewicht der Solarmodule sowie durch eventuelle Kräfte aufgrund Windbelastungen die Verbindungsstellen zwischen den Trägern erhöhten Belastungen ausgesetzt sind, was neben hohen konstruktiven Festigkeitsmaßnahmen auch eine vergleichsweise hohe Standzeit nicht gewährleisten kann, zumal nachteilig bei einem Bruch der Trägerverbindungen auch mit Beschädigungen der Solarmodule gerechnet werden muss.
Weiterhin sind aus der DE 10 2007 045 553 A1 sowie der DE 20 2008 014 173 U1 jeweils Träger für Solarmodule bekannt, die – aus Kunststoff ausgebildet – so dreidimensional ausgeformt sind, dass diese einstückig schräg bezüglich der Dachfläche, auf der diese befestigt werden sollen, verlaufende Aufnahmen für die Solarzellen sowie Abstützungen, die diese Aufnahmen an dem Dach abstützen, ausbilden. Auch bei diesen Trägern ist eine windsichere Fixierung durch Beschwerung vorgesehen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Tragen von Solarzellen der eingangs geschilderten Art derart auf einfache konstruktive Weise zu verbessern, dass damit eine einfache Handhabung sowie hohe Standzeiten ermöglicht werden können. Außerdem soll die Vorrichtung kostengünstig und universell verwendbar sein.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der sich im Wesentlichen unterhalb der Solarzellen erstreckende Träger wenigstens mit seinen Trägerenden Abstützungen ausbildet, wobei die Abstützung einen Montageflansch aufweist, so dass über diesen der Träger auf einfache Weise an der Aufstellfläche, beispielsweise einem Dach oder eine Wand, befestigt werden kann. Verschiedenste Montagemöglichkeiten sind dem Fachmann geläufig, beispielsweise Steck- oder Schraubverbindungen. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Montageflansch Sollbruchstellen, insbesondere für Montagezwecke des Trägers, aufweist, um damit für vereinfachte Montagebedingungen sorgen zu können. Beispielsweise können so auch noch nachträglich besonders variabel Ausnehmungen zum Angreifen von Montagemitteln am Träger vorgesehen werden.
Bildet der sich im Wesentlichen unterhalb der Solarzellen erstreckende Träger wenigstens mit seinen Trägerenden Abstützungen aus, so kann nicht nur durch diese randseitigen Abstützungen ein standfester Träger zur Aufnahme von Solarzellen geschaffen werden, sondern es kann sich dadurch auch eine erhöhte Montagefreundlichkeit ergeben. Die Vorrichtung kann nämlich in einem Montageschritt aufgestellt werden, ohne die aus dem Stand der Technik bekannten aufwendigen Positionier- und Ausrichtungsschritte von Einzelteilen und Solarmodulen durchführen zu müssen. Außerdem können die Solarzellen unabhängig von der Aufstellfläche bereits am Träger vorgesehen sein, weil die Trägerkonstruktion derart ausgebildet sein kann, dass der Träger die Solarzellen selbsttragend und diese damit ohne Beschädigung aufnehmen kann, so dass Solarzellen und Träger gemeinsam in einem Montageschritt an der Aufstellfläche vorsehbar werden, was selbst bei exponierten Lagen für einfache Montagebedingungen sorgen kann. Aufwendige Montage- bzw. Zusammensetzarbeiten von Befestigungsteilen bzw. von Trägern, Solarzellen bzw. Solarmodulen auf Dächern bzw. Wänden bzw. Fassaden können so vermieden werden. Dadurch kann die Vorrichtung auf einfache Weise auch an Satteldächern, insbesondere mit Nord-Süd Ausrichtung, sowie an Hausmauern als Aufstellfläche zum Einsatz gelangen, was gemäß den bekannten Vorrichtungen nur mit einem erheblichen Montageaufwand möglich wäre, wodurch die Vorrichtung universell verwendet werden kann. Hinzu kann kommen, dass die Vorrichtung mit Hilfe eines Umformverfahrens aus einem flächigen Werkstoff hergestellten Trägers vergleichsweise kostengünstig in der Herstellung sein kann, weil beispielsweise Aufnahme und Abstützung in einem Umformschritt am Träger plastisch vorgesehen werden können. Als Umformverfahren sind beispielsweise Biegeverfahren oder Tiefziehen vorstellbar. Ebenso kann der beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisende Träger in einem Spritzgussverfahren oder durch ein anderes Urformverfahren bzw. auch durch ein Blasverfahren hergestellt werden. Des Weiteren können gegenüber bekannten Solarmodulen zum Tragen von Solarzellen weitere konstruktive Vereinfachungen ermöglicht werden, weil beispielsweise eine bekannte Rahmenkonstruktion vereinfacht und so eine erhebliche Kostenreduktion geschaffen werden kann. Außerdem eröffnet sich durch die modulartige Ausgestaltung des Trägers der Vorrichtung die Möglichkeit, bei Defekten eines der Solarzellen den gesamten Träger von der Aufstellfläche abzuheben und einer Wartung zuzuführen, so dass selbst Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten vergleichsweise einfacher durchführbar werden können. Die Erfindung kann sich daher nicht nur durch seine Kostengünstigkeit und Standfestigkeit sondern auch in seiner Handhabungsfreundlichkeit und universellen Verwendbarkeit auszeichnen. Im Allgemeinen wird festgehalten, dass anstatt von Solarzellen auch Solarmodule an den Aufnahmen des Trägers vorgesehen werden können.
Für eine seitliche Abstützung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Trägerenden eine den Träger umlaufende Abstützung ausbilden, so dass sich dadurch vorteilhaft ein hülsenförmiger Träger ergeben kann, der mit der Aufstellfläche ein besonderes Auflager einerseits für eine gleichmäßige Kraftabtragung und andererseits für eine besondere Standfestigkeit bilden kann. Letzteres kann auch eine Instabilität der Vorrichtung gegenüber Seiten- und/oder Längskräften aufgrund Windbelastungen verringern, wodurch vorteilhaft auf zusätzliche Beschwerungen verzichtet werden kann. Zur Formgebung solch eines Trägers kann ein einfaches Formverfahren herangezogen werden, beispielsweise durch ein Tiefziehen eines flächigen Werkstoffs, insbesondere Blechs. Hinzu kommt, dass gegenüber dem Stand der Technik das Vorsehen einer eventuelle Verkleidungen des Trägers vermieden werden kann, weil ja durch die hülsenförmige Ausführung des Trägers bereits Seitenwände vorgegeben sind, was zusätzlich den Montageaufwand verringern kann.
Schließt wenigstens eine Abstützung an die Aufstellfläche winddicht an, dann kann eine Anfälligkeit der Vorrichtung gegenüber Windbelastungen vermindert werden. Eventuell aus dem Stand der Technik bekannte Beschwerungen der Vorrichtung können so hinfällig werden, was nicht nur zu einer Gewichtsentlastung der Aufstellfläche sondern auch zu vereinfachten Konstruktionsverhältnissen führen kann. Außerdem kann durch den winddichten Abschluss ein Eindringen von Schlagwasser zwischen Vorrichtung und Aufstellfläche erschwert werden, was zu einem zusätzlichen Wetterschutz der Aufstellfläche führen kann.
Weist der Träger gegenüber der Aufstellfläche geneigt verlaufende Trägerenden auf, dann kann ermöglicht werden, dass selbst Windkräfte zur Beschwerung und damit zur Erhöhung der Standfestigkeit der Vorrichtung genützt werden können.
Eine geringe Bauhöhe ohne Reduktion der Absorptionsfläche kann erreicht werden, wenn wenigstens ein Steg im rechten Winkel an die jeweiligen Aufnahmen anschließt. Durch solch eine schuppenartige Ausführung des Trägers können nämlich in deren Abmessungen reduzierte Solarzellen verwendet werden, da vom eingestellten Neigungswinkel aus gesehen keine Verminderung der Absorptionsfläche in Kauf genommen werden muss. Verminderte Bauhöhe kann zusätzlich auch zu einer geringeren Anfälligkeit gegenüber Windkräften sorgen, was die Standfestigkeit der Vorrichtung zusätzlich verbessern kann. Außerdem kann dieser Träger durch seine schuppenartige Ausführung einfach gestapelt werden.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand anhand von zwei Ausführungsbeispielen beispielsweise dargestellt. Es zeigen
1 eine Seitenansicht einer ersten Vorrichtung zum Tragen von Solarzellen,
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 1,
3 eine Seitenansicht einer zweiten Vorrichtung,
4 eine Schnittansicht nach IV-IV der 3 und
5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 4.
Die nach 1 und 2 beispielsweise dargestellte erste Vorrichtung 1 zum Tragen von Solarzellen 2 weist einen Träger 3 auf, der durch ein Umformen in Form gebracht worden ist. Der Träger 3 wird vorzugsweise kostengünstig aus einem Blech gebogen. Durch diese Form des Trägers 3 können zwei in Längsrichtung hinter einander liegende Aufnahmen 4 für Solarzellen 2 vorgesehen werden, wobei die Aufnahmen 4 durch einen Steg 5 voneinander getrennt sind. Die Solarzellen 2 können auf die Aufnahmen 4 des Trägers 3 aufgebracht, wobei durchaus nicht näher dargestellte Ausnehmungen bzw. Öffnungen im Bereich der Solarzellen 2 vorgesehen sein können, oder mit dem Träger 3 in jeglicher anderen Art und Weise verbunden werden. Beispielsweise können die Solarzellen 2 auch an die Aufnahmen 4 des Trägers 3 befestigt, insbesondere angeklebt, werden, wonach dann eventuelle Abdeckungen zum Schutz der Solarzellen 2 vorgesehen werden können. Somit sind einfache Konstruktionsverhältnisse zur Schaffung eines Trägers 3 für Solarzellen 2 gegeben, zumal dadurch ein von Solarmodulen bekannter Rahmen vermieden werden kann. Die Aufnahmen 4 verlaufen in Längsrichtung gegenüber der Montagefläche 6 der Vorrichtung 1 geneigt, insbesondere kann so ein optimaler Neigungswinkel der Solarzellen 2 zur Sonne bzw. gegenüber der Aufstellfläche 6 von beispielsweise 15 bis 30 Grad, insbesondere 25 Grad, eingestellt werden. Solch eine Aufstellfläche 6 kann beispielsweise ein Dach oder auch eine Hauswand darstellen. Erfindungsgemäß eröffnet die Ausgestaltung des Trägers 3 eine kompakte und einfach zu handhabende Vorrichtung 1, in dem der sich in Längsrichtung im Wesentlichen entlang bzw. hier unterhalb der Solarzellen 2 erstreckende Träger 3 wenigstens mit seinen längsseitigen Trägerenden 7 Abstützungen 8 ausbildet. Der insbesondere schuppenartig verlaufende Träger 3 kann daher ohne zusätzliche andere Vorrichtungsteile bereits vor seiner Montage Solarzellen 2 aufnehmen, weil dieser Träger 3 derart konstruktiv ausgestaltet ist, dass damit Solarzellen 2 ohne Beschädigung getragen werden können. Daher kann eine montagefertige Vorrichtung zur Aufstellfläche 6 geliefert werden, was eine erhebliche Montageerleichterung ergibt. Die Seitenflächen des Trägers 3 können zur Gewichtsreduktion offen sein. Vorzugsweise kann in den Zwischenbereich von Träger 3 und Aufstellfläche 6 Dämmmaterial eingebracht werden, um damit gleichzeitig auch für erhöhte Wärmedämmung zu sorgen, was nicht näher dargestellt worden ist. Bei der Ausführungsform gemäß der 1 und 2 weist die Abstützung (11) keinen Montageflansch mit Sollbruchstellen auf.
Das weitere Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1, indem die Trägerenden 9 eine den Träger 10 umlaufende Abstützung 11 ausbilden. Mit einer derartigen umlaufenden Abstützung 11 kann eine besondere gleichmäßige Lastverteilung auf die Montagefläche 6 gewährleistet werden. Solch ein Träger 10 kann auch auf einfache Weise durch ein Tiefziehen aus einem Blechteil geschafften werden, so dass sich ein Träger 10 in Form einer Hülse ergibt. Durch solch einen hülsenförmigen Träger 10 kann nicht nur kostengünstig eine Vorrichtung 1' zum Tragen von Solarzellen 2 geschaffen werden, sondern dies kann auch aufgrund der randseitig umlaufenden Abstützung 11 für eine besondere Standfestigkeit der Vorrichtung 1 sorgen.
Außerdem kann ein Beschweren der Vorrichtung 1' vermieden werden, indem die Abstützung 11 winddicht an die Aufstellfläche 6 anschließt. Eine eventuelle Anfälligkeit gegenüber Seitenwind 12 kann außerdem vermindert werden, indem der Träger 10 ein gegenüber der Aufstellfläche 6 geneigt verlaufendes Trägerende 9 aufweist, so dass eine Art Rampe zum Ablenken von Seitenwind 12 geschaffen ist, was der 4 insbesondere entnommen werden kann.
Für einfache Montageverhältnisse bildet die Abstützung 11 einen Montageflansch 13 aus.
Der Montageflansch 13 ist mit Sollbruchstellen 14 versehen, um je nach Bedarf Ausnehmungen 15 in den Montageflansch 13 einbringen zu können, was der 5 besser entnommen werden kann. Über diese Ausnehmungen kann die Vorrichtung 1'' auf einfache Weise befestigt werden, was nicht näher dargestellt ist.
Im Allgemeinen ist die Erfindung nicht auf elektrische Solarzellen (Photovoltaik) 2 beschränkt. Beispiele für Solarzellen 2 können Siliziumzellen, Dünnschichtzellen oder auch organische Solarzellen darstellen. Ebenso sind auch thermosolare Zellen mit Wasserführungen zur Warmwassererzeugung äquivalent denkbar.
Gemäß 1 wird für alle Ausführungsbeispiele beispielsweise gezeigt, das auf der Rückseite des Trägers 3 Führungen 16 für Medien zum Kühlen und Heizen des Trägers bzw. der vorderen Solarzellen 2 vorstellbar sind. Neben einer Wärmegewinnung kann so auch für eine besondere Kühlung der auf der gegenüberliegenden Trägerseite vorgesehenen Solarzellen 2 geschaffen werden, was auch einen verbesserten Wirkungsgrad der Solarzellen 2 ermöglichen kann. Hinzu kommt, dass mit einer Heizung eventuelle Schneebelastungen am Träger 3 auf einfache Weise abgebaut werden können.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen die Träger 3, 10 je auch weitere Abstützungen 17 an der Aufstellfläche 6 ausbilden können, was beispielsweise der 1 am Träger 3 entnommen werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Tragen von Solarzellen (2) oder Solarmodulen über einer Aufstellfläche (6) mit einem insbesondere durch ein Umformverfahren aus einem flächigen Werkstoff, beispielsweise Blech, hergestellten, einteiligen Träger (3, 10), der wenigstens eine Abstützung (8) zur Aufstellfläche (6) und zwischen seinen Trägerenden wenigstens zwei hintereinander liegende und durch einen Steg (5) getrennte Aufnahmen (4) für Solarzellen (2) oder für Solarmodule ausbildet, wobei insbesondere die Aufnahmen (4) gegenüber der Aufstellfläche (6) wenigstens teilweise geneigt verlaufen, wobei der sich im Wesentlichen unterhalb der Solarzellen (2) oder Solarmodule erstreckende Träger (3, 10) wenigstens mit seiner Trägerenden (7, 9) Abstützungen (8, 11) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (11) einen Montageflansch (13) mit Sollbruchstellen (14), insbesondere zu Montagezwecken des Trägers (3, 10), aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerenden (9) eine den Träger (10) umlaufende Abstützung (11) ausbilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abstützung (8, 11) an die Aufstellfläche (6) winddicht anschließt.
Vorrichtung nach Anspruche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (9) gegenüber der Aufstellfläche (6) geneigt verlaufende Trägerenden (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Steg (5) im rechten Winkel an die jeweiligen Aufnahmen (4) anschließt.