DE202007018497U1

DE202007018497U1 - Photovoltaiksystem

Info

Publication number: DE202007018497U1
Application number: DE202007018497U
Authority: DE
Original assignee: GREEN ENERGY 3000 GmbH; Solarstep & Co KG GmbH
Current assignee: GREEN ENERGY 3000 GmbH; Solarstep & Co KG GmbH
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2017-03-21

Abstract

Photovoltaik-System mit einer Unterkonstruktion und daran befestigten Photovoltaikmodulen, wobei das Photovoltaik-System ausschließlich durch sein Eigengewicht und Windkräfte seine Lagesicherheit erhält, wobei Windleitbleche sowohl auf der Nordseite als auch an der Ostseite und Westseite eines Photovoltaikmoduls oder einer Reihe nebeneinander angeordneter und über die Unterkonstruktion miteinander verbundener Photovoltaikmodule angeordnet sind.

Description

Photovoltaikmodule werden mittels verschiedener Unterkonstruktionen auf Flachdächern befestigt. Die zurzeit am Markt gängigen Konzepte sehen entweder vor, dass die Unterkonstruktion so beschwert wird, dass die spätere Anlage den Anforderungen der DIN 1055 – Lastannahme im Hochbau – entspricht. Das bedeutet, dass die Abhebelasten dadurch eliminiert werden, dass die Konstruktionen ein höheres Gewicht aufweisen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Module auf mit Kies befüllten Plastikwannen aufgeschraubt werden, oder Konstruktionen aus Aluminium, mit Betonplatten oder ähnlichem beschwert werden. Übliche Auflasten liegen dabei bei 70–90 kg je Solarmodul.
Diese Art der Ausführung ist nur bei Dächern mit Unterkonstruktionen möglich, die diese statischen Lasten auch aufnehmen können, dies sind meist ältere Hallenbauten. Die Lastreserven reichen hierfür zumindest zur nachträglichen Bestückung mit Photovoltaikanlagen nicht aus. In der Regel werden als Zusatzlasten bei Trapezblechen bzw. bei profilierten Stahlblechen 0,75 KN Schneelast angenommen und zwischen 0,15 bis 0,30 KN Anhängelasten (Lampen, Werbung) an der Innenseite der Trapezbleche. Eine kleine Reserve besteht durch die Annahme von Verkehrslasten von ca. 0,10 KN.
Die meisten SB-Warenhäuser und Großlager sind mit profilierten Stahlblechen ausgestattet. Diese Konstruktionen sind wesentlich leichter und somit kostengünstiger zu erstellen. Neben den genannten Zusatzlasten bestehen meist nur noch geringe Lastreserven von 0,1–0,2 KN.
In diesen Fällen ist mit der oben geschilderten Unterkonstruktion eine Nachrüstung einer Photovoltaikanlage nicht möglich.
Das zweite auf dem Markt befindliche System umgeht die Tragschale der Dacheindichtung und wird direkt an der Binderkonstruktion befestigt. Hierzu werden ca. alle 5–6 m eigens angefertigte Stützenfüße auf der Binderkonstruktion befestigt. Diese werden dann durch das komplette Dachschichtenpaket durchgeführt, eingedichtet und oberseitig mit statisch geeigneten Stahlträgern versehen. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass die Anlage völlig unflexibel ist und sie nur auf dieser Stahlunterkonstruktion errichtet werden kann. Des Weiteren entsteht ein hoher Montageaufwand durch die vielen Stützstellen. Ferner ist trotz Umgehung der Dachkonstruktion immer zu prüfen, ob auch hier die statischen Belastungen, die zwar direkt in die Binder eingeleitet werden, ausreichen. Ein weiterer Nachteil ist, dass extrem viele Dachdurchdringungen hergestellt werden, damit die Konstruktion auf dem Binder befestigt werden kann. Dies wirkt sich auch bei späteren Sanierungsmaßnahmen Kosten erhöhend aus.
Bei der von uns entwickelten PV-Unterkonstruktion wurden die oben aufgeführten Probleme berücksichtigt. Die PV-Unterkonstruktion ist leicht. (0,10 KN/m²) und muss nicht in der Unterkonstruktion der Halle befestigt werden. Die PV-Unterkonstruktion wird aufgelegt. Die PV-Unterkonstruktion und die Solarmodule ergeben nachher einen Verbund. Durch die nicht notwendige Befestigung im Untergrund ist die Anlage flexibel, so dass Felder schnell aus- oder umgebaut werden können, wenn Nutzungsänderungen, Wartungsarbeiten oder Reparaturen am Dach notwendig sind.
Die entwickelte PV-Unterkonstruktion funktioniert über die Aerodynamik. Sie funktioniert durch ihre Form und die Form der angebrachten Windleitbleche an der PV-Unterkonstruktion. Diese sorgen dafür, dass bei Belastungen durch Wind ein Abtrieb erzeugt wird, der wiederum dafür sorgt, dass die Module ihre Lagesicherheit behalten. (siehe Anlage 1 statische bzw. aerodynamische Berechnung von Prof. Dr. Ing. Schubert)
Die PV-Unterkonstruktion besteht aus mehreren Teilen, die alle aus sehr leichten Materialien angefertigt werden. Der Fuß wird auf die Dachfläche aufgelegt, ohne ihn zu befestigen. Er hat die Aufgabe, alle Anbauteile einschließlich des tatsächlichen PV-Modules zu halten. Es gibt 3 verschiedene Typen von Füßen, Süd-Füße für die südlich abschließenden Modulreihen, Mittelfüße für Module im System und Nordfüße für die nördlich abschließenden Modulreihen. Die Länge der Füße ist abhängig vom Standort der Photovoltaikanlage, da sich der Sonneneinstrahlungswinkel je nach Standort verändert. Somit muss die Länge des Fußes variabel bleiben, damit bei tieferem Sonnenstand keine Verschattung der hinteren Modulreihen eintritt.
Auf der Unterseite des Fußes befindet sich eine 6 mm starke aufgeklebte Spezialschicht aus flexibler bautenschutzmatte und einem neutralen Fließ. Diese Spezialschicht hat die Aufgabe, die Dacheindichtung zu schützen. Der Fuß und die Spezialschicht sind so ausgebildet, dass es, egal bei welcher Dachabdichtung, zu keinen, durch die Materialeigenschaft entstandenen Wechselwirkungen kommt. Durch das Fließ wird anstehende Staunässe nach außen transportiert.
Die Füße werden lose auf die Dachfläche aufgestellt und darauf werden die Photovoltaikmodule montiert. Das Auflegen der Module wird über die am Fuß befindliche Halterung vorgenommen. Zur Befestigung der Module am Fuß werden Spezialklemmen verwendet, die für eine feste Verbindung zwischen Modul und Fuß sorgen. Die Klemmen werden mittels Mutter M10 auf passende Schraubbolzen des Fußes befestigt. Es gibt Nordklemmen für die nördliche Modulbefestigung und Südklemmen für die südliche Modulbefestigung.
Mittels der Klemmen werden jeweils 2 nebeneinander liegende Solarmodule, bzw. an den Reihenenden ein Modul und 1 Seitenblech befestigt.
Auf der Rückseite werden korrosionsgeschützte Rückwandbleche mit einer Materialstärke von 2,5 mm montiert. Diese Bleche haben die Aufgabe, das Eindringen von Wind aus nördlichen Richtungen unter die Module zu verhindern. Sie fungieren darüber hinaus als Abrisskante und als Schutz, um einen ordnungsgemäßen Anpressdruck zu gewährleisten. Die Montage erfolgt durch Einhängen der Nordbleche in die Nordklemmen und Verschraubung der unteren Blechkante mittels Edelstahlmuttem M110 und Stehbolzen des Fußes.
Ebenfalls zum aerodynamischen System gehören die seitlichen Endbleche. Auch diese Bleche sind notwendig, dass keine Unterluft unter die Anlage gelangt. Sie sorgen dafür, dass ein ordnungsgemäßer Winddruck vorliegt. Die seitlichen Endbleche werden im oberen Teil durch die Nord- und Südklemmen befestigt. Im unteren Teil erfolgt die Befestigung mit Edelstahl-Muttern M10 auf Stehbolzen des Fußes.
Die Haltbarkeit und die Standfestigkeit der Unterkonstruktion wurde vom Gutachter Dr. Schubert geprüft und abgenommen.
Vorteil dieser Unterkonstruktion für Photovoltaikanlagen ist, dass diese auch auf Dächern montiert werden kann, welche über keine hohe Tragfähigkeit verfügen, wie z. B. Dächer von vielen SB-Warenhäusern.
In der Anlage liegen die Detailblätter der einzelnen Konstruktionen bei. Alle Einzelteile sind individuell auf das System abgestimmt, so dass Unterkonstruktion und Photovoltaikmodul eine Einheit bilden. Durch diese leichte und kompakte Bauweise kann auf die Fixierung im Untergrund verzichtet werden. Es bleibt zu beachten, dass unterschiedliche Rahmenhöhen der Solarmodule die Höhe der Seiten- und Nordbleche, als auch die Länge der Klemmen beeinflusst.
Zeichnung 1 zeigt die Seitenansicht der Photovoltaikkonstruktion. Die ca. 20 Grad geneigten Flächen sind mit PV-Modulen belegt.
Die Zeichnung 2 zeigt die Haltekonstruktion.
Auf den Zeichnungen 3 und 4 sind die Befestigungswinkel abgebildet. Diese Befestigungswinkel haben die Aufgabe, das PV-Modul auf der Unterkonstruktion lagesicher zu befestigen.
Die Zeichnungen 5 und 6 zeigen die äußeren Eckbleche, die ebenfalls fester Bestandteil der aerodynamischen Konstruktion sind. Auf der Unterseite dieser Bleche ist eine Stellschraube angebracht, die das individuelle Aufstellen vereinfacht und ein eventuelles Aufschlagen der Dachfolie an die Kanten der Bleche bei Sturm verhindert.
Die Zeichnungen 7 bis 9 zeigen das rückseitige, gerade Seitenteil, welches ebenfalls zur Aerodynamik gehört. Dieses wird oben in die Nordklemmen eingehängt und unten auf den Füßen.
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

- DIN 1055 [0001]