-
Die
Erfindung betrifft ein Tragsystem zum Anordnen einer Vielzahl von Solarmodulen/Solarkollektoren
auf einer im Winkel α verlaufenden Auflagefläche,
die ohne oder mit einer zusätzlichen Solarunterkonstruktion
versehen sein kann.
-
Tragsysteme
zur Anordnung von Solarmodulen/Solarkollektoren für die
Gewinnung von elektrischer Energie oder Wärmeenergie aus
der Sonnenenergie sind in den verschiedensten Ausführungsformen
bekannt. Hierbei werden die Solarmodule/Solarkollektoren, die in
der Regel eine rechteckige, flache Form aufweisen, auf Flächen
angeordnet, die einen möglichst beschattungsfreien Sonnenlichteinfall
gewährleisten. Bevorzugt erfolgt hierbei die Montage der
Solarmodule/Solarkollektoren parallel zu einer geneigten Dachfläche
mittels einer Rahmenkonstruktion oder bei einer so genannten Flachdachaufständerung
oder Aufständerung auf anderen ebenen Flächen
mittels einer Unterkonstruktion, die mit einem Anstellwinkel ausgebildet
ist, der dem Einfallswinkel des Sonnenlichts annähernd
Rechnung trägt.
-
Während
bei einer Montage der Solarmodule/Solarkollektoren auf einer geneigten
Dachfläche die Modul- oder Kollektorflächen typischer
Weise parallel zur Dachfläche gelegt werden, werden für
andere Aufstellungsorte oder bei der so genannten Flachdachaufständerung
Tragkonstruktionen der verschiedensten Ausführungsarten
eingesetzt.
-
Bei
der allgemein üblichen Montage der Solarmodule/Solarkollektoren
auf geneigten Dachflächen wird der Einfallswinkel des Sonnenlichts
auf die Solarmodule/Solarkollektoren und damit auch der thermische
Wirkungsgrad der Solarmodule/Solarkollektoren ausschließlich
durch den Neigungswinkel und die Ausrichtung der Dachfläche
zur Sonne bestimmt, die in den meisten Fällen keinen optimalen Einstrahlungswinkel
für das Sonnenlicht gewährleisten. Darüber
hinaus kann durch den Stand der Gebäude nicht in jedem
Fall sicher gestellt werden, dass Solarmodule/Solarkollektoren ständig
beschattungsfrei vom Sonnenlicht beaufschlagt sind.
-
Aus
der
DE 10 2007 023 177 ist
eine Vorrichtung zum Anordnen von Photovoltaik-Modulen über eine
Auflagefläche mit wenigstens einem Querträger zum
Tragen der Photovoltaik-Module und wenigstens einem Stützelement
zum beabstandeten Tragen des wenigstens einen Querträgerelements über
der Auflage bekannt, das im zusammengebauten Zustand wenigstens
ein Querträgerelement mit wenigstens einem Stützelement
mittels einer formschlüssigen Verbindung verbindet. Mit
einer derartigen Vorrichtung können die Photovoltaik-Module
einerseits bei einer so genannten Flachdachaufständerung
oder bei einer Aufständerung auf anderen Flächen
mit der Modulfläche in einen Neigungswinkel gelegt werden,
der einen verbesserten bzw. optimalen durchschnittlichen Einfallswinkel über
das Jahr und den Sonnenverlauf eines Tages folgend entspricht, andererseits weist
eine derartige Vorrichtung durch die zusätzlich vielfach erforderlichen
Querträger- und Stützelemente ein nicht unerheblich
erhöhtes Gewicht auf, so dass diese Vorrichtung dann für
eine Flachdachaufständerung geeignet ist, wenn die entsprechenden statischen
Bedingungen gegeben sind oder die Photovoltaik-Anlage nur in der
Größe ausgelegt wird, die den vorliegenden statischen
Bedingungen des Gebäudes und deren Dachkonstruktion entspricht.
Für eine Aufständerung von Modulen auf Bodenflächen erscheint
eine derartige Vorrichtung aber auch nur dann als geeignet, wenn
die Aufstellungsfläche ausreichend so abgesichert ist,
dass Beschädigungen gleich welcher Art an den Modulen verhindert
werden können. Darüber hinaus ist die mit Modulen
belegte Fläche infolge der Ausführungsart der
Vorrichtung für andere Zwecke nicht zur weiteren Nutzung
geeignet.
-
Aus
der
DE 10 203 19
065 U1 ist eine Tragkonstruktion mit einem oder mehreren
Solarmodulen bekannt, die insbesondere für die Freilandaufstellung geeignet
ist. Diese Tragkonstruktion besteht aus mehreren in einer Längsrichtung
beabstandeten und mit der Grundfläche verankerten ersten
Trägern; wenigstens einem in Längsrichtung verlaufenden Längsträger,
der auf dem ersten Träger befestigt ist; mehrere in Längsrichtung
beabstandete, quer zur Längsrichtung verlaufende und gegen
die Horizontale geneigte in einer Querrichtung verlaufende Querträger,
die auf dem Längsträger befestigt sind, wobei die
Modulanordnung auf dem Querträger gehalten ist. Nachteilig
bei dieser Tragkonstruktion ist, dass eine großflächige
Solar- oder Photovoltaik-Anlage nur mit einem sehr hohen Aufwand
installierbar ist und die Module in Querträgern befestigt
sind, die in ihrem Schwerpunkt auf einem Stützträger
festgelegt sind. Durch die nur im Schwerpunkt winklig festgelegten
rechteckigen Module bieten die Module eine erhebliche Windan griffsfläche,
so dass bei einem starken Sturm oder orkanartigen Windböen
große Drehmomente auftreten, die die Lagestabilität
der Module wesentlich beeinträchtigen und auf die Befestigungsmittel
extreme Kräfte ausüben, die zur Beschädigung der
Anlage führen können. Aber auch eine weitere Flächennutzung
unter den Modulen erscheint sehr unwahrscheinlich.
-
Aus
der
DE 203 257 U1 und
der
DE 10 2005 023
971 B4 sind Vorrichtungen zur Freilandaufständerung
von Solarmodulen bekannt, die aus mehreren in einer Reihe aufgestellten
und verankerten Pfosten und mit wenigstens einem, etwa parallel
zu der Pfostenreihe verlaufenden Längsträger bestehen
bzw. wo die Module über einen versteiften Rahmen festgelegt sind,
der mit dem Querträger auf den Pfosten befestigt ist. Auch
diese Freilandaufständerungen sind für großflächige
Solar- oder Photovoltaik-Anlagen nur mit einem sehr hohen Aufwand
installierbar und machen auch keine weitere Flächennutzung
unter den Modulen möglich.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Tragsystem mit einer
geneigten Auflagefläche für die Anordnung von
Solarmodulen oder Solarkollektoren für die Freilandaufständerung
bereitzustellen, auf der eine Vielzahl von Modulen kostengünstig
und mit geringem Aufwand in mehrfachen Reihen zu einer großflächigen
Solaranlage angeordnet werden können und die auch bei einer
extrem angreifenden Windlast in sich selbst absolut stabil sind und
eine sichere und stabile Lage der Module gewährleisten,
wobei die von den Modulen überdeckte Fläche für
eine weitere Nutzung zur Verfügung steht.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einem Tragsystem gelöst, das aus einer
selbsttragenden Stahlkonstruktion mit einer im Winkel α verlaufenden
Auflagefläche besteht, die mindestens zwei parallel verlaufende
Längsträgerelemente aufweist, die durch ein oder
mehrere Diagonalverbände verbunden sind, wobei die Längsträgerelemente
mit dem einen Ende bodennah über einer Sockelplatte auf
einem Fundament festgelegt sind und mit dem anderen Ende oder im
Endbereich jeweils mit einem Stützträgerelement
verbunden sind, das auf einem Fundament festgelegt ist.
-
Durch
die Ausbildung des Tragsystems mit bevorzugt deckungsgleichen Längsträgerelementen und
Stützträgerelementen, wobei jeweils ein Längsträgerelement
und ein Stützträgerelement zu einem selbsttragenden
Element verbunden sind und mit der Versteifung und Verbindung von
zwei oder mehreren beabstandet aufgestellten selbsttragenden Elementen über
die Längsträgerelemente mittels Diagonalverbänden,
ist die Voraussetzung gegeben, dass ein Tragsystem für
die Freilandaufständerung von Solarmodulen oder Solarkollektoren
mit einer freiwählbar großflächigen Auflagefläche
ausgelegt werden kann. Somit wird die Leistungsgröße
einer Solaranlage oder Photovoltaik-Anlage nicht durch eine vorgegebene
Auflagefläche, wie beispielsweise einer Dachfläche
begrenzt, sondern kann sehr wirtschaftlich und individuell in der
gewünschten Leistungsgröße ausgelegt
und installiert werden.
-
Mit
der bodennahen Befestigung der Längsträgerelemente,
die mit dem einen Ende auf einem Fundament festgelegt sind und der
Befestigung der Längsträgerelemente mit dem anderen
Ende oder im Endbereich an einem Stützträgerelement,
das ebenfalls auf einem Fundament festgelegt ist, kann die Auflagefläche
im Neigungswinkel variiert werden und jeweils exakt an den ortsbe dingt
günstigsten Einfallswinkel des Sonnenlichts angepasst werden
und das Tragsystem selbst ist gegen eine extrem angreifende Windlast
stabil verankert.
-
Vielmehr,
durch die geneigt verlaufende Auflagefläche des Tragsystems,
mit der bereits der ortsbedingte günstigste Einfallswinkel
des Sonnenlichts vorgegeben ist, kann auf eine aufwendige Solarunterkonstruktion,
beispielsweise zur geneigten Montage der Module verzichtet werden
und die Module sind wirtschaftlich mit einfachen Mitteln und ohne
einen zusätzlichen Rahmen parallel zur Auflagefläche montierbar.
Darüber hinaus kann mit den parallel und flach zur Auflagefläche
gelegte Modulen eine Windangriffsfläche weitgehend ausgeschlossen
werden, so dass die Module auch bei einer extrem angreifenden Windlast
in sehr guter Lagestabilität sind.
-
Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen und in Fundamenten
verankerten Tragsystem ist aber auch durch die selbsttragende Ausführungsform mit
der geneigten Auflagefläche eine weitere Nutzung der Bodenfläche
gegeben, die von der Auflagefläche mit den Modulen überdeckt
ist. Auf diese Weise können beispielsweise Freilagerflächen
und Flächen für den ruhenden Verkehr von dem Tragsystem überdeckt
werden und zusätzlich zur Gewinnung von erneuerbaren Energien
aus der Sonnenenergie genutzt werden.
-
Aber
auch die Vergrößerung von bereits installierten
oder noch zu installierenden Solaranlagen oder Photovoltaik-Anlagen
auf bereits vorhandenen Dachflächen ist durch das Ansetzen
eines derartig ausgeführten Tragsystems möglich,
wobei die seitlich zusätzlich verlängerte Dachfläche
wiederum als überdachte Lagerfläche oder Fläche
für den ruhenden Verkehr nutzbar ist.
-
Vorzugsweise
bestehen die Längsträgerelemente und die Stützträgerelemente
aus einem Obergurt und einem Untergurt, die durch Füllstäbe
verbunden sind, wobei die Füllstäbe bevorzugt
fachwerksähnlich zwischen dem Obergurt und Untergurt angeordnet
sind. Auf diese Weise können die Längsträgerelemente
und Stützträgerelemente auch bei großen
Solaranlagen bzw. Photovoltaik-Anlagen sehr wirtschaftlich mit einer
hohen statischen Sicherheit ausgelegt werden.
-
Vorteilhaft
ist auch, wenn der Obergurt und der Untergurt eines Stützträgerelements
ausgehend von der Verbindung mit dem Längsträgerelement
zueinander in einen spitzen Winkel β auslaufen. Auf diese
Weise kann der Materialaufwand bei einer hohen Stabilität
verringert werden und das mit dem Stützträgerelement
verbundene Längsträgerelement wird über
das Stützträgerelement in einer annähernd punktartigen
Befestigung auf der Sockelplatte sicher abgestützt, die
auf einem Fundament festgelegt ist.
-
Um
die statischen Bedingungen und die Widerstandsfähigkeit
des Tragsystems gegen extreme Windverhältnisse weiter zu
verbessern, ist bevorzugt der Untergurt des Stützträgerelements
mit dem Untergurt des Längsträgerelements in einem
Winkel ≤ 90° verbunden. Auf diese Weise wird die
aufliegende Last des Längsträgerelements ausschließlich
vom Untergurt des Längsträgerelements über
den Untergurt des Stützträgerelements auf das
Fundament übertragen, wodurch die Standfähigkeit
des Tragsystems sehr günstig beeinflusst wird.
-
Die
Verbindungen der selbsttragenden Stahlkonstruktion können
als Schweiß- oder Schraub- oder Nietverbindungen oder in
einer Kombination davon ausgeführt sein.
-
Bevorzugt
sind mindestens die Verbindungen der Füllstäbe
mit dem Obergurt und Untergurt der Längsträgerelemente
und der Stützträgerelemente, die Verbindung zwischen
dem Langsträgerelement und dem Stützträgerelement,
sowie die Verbindungen der Diagonalverbände untereinander
und mit dem Längsträgerelementen als Schweißverbindungen
ausgeführt.
-
Um
eine einfache und stabile Befestigung der Module auf der Auflagefläche
des Tragsystems zu erreichen, sind die verbindenen Diagonalverbände
der selbsttragenden Stahlkonstruktion mit einem gedämmten
oder ungedämmten Trapezprofil überdeckt. Auf diese
Weise können die Module sehr wirtschaftlich mit einfachen
Mitteln, beispielsweise mittels Pfetten sicher in einer stabilen
Lage festgelegt werden, die auf dem Trapezprofil unlösbar,
bevorzugt durch eine Schweißverbindung aufgeschweißt
oder lösbar mit einer Schraubverbindung befestigt sind. Folglich
kann auf eine aufwendige Solarunterkonstruktion verzichtet werden.
-
Die
Diagonalverbände der selbsttragenden Stahlkonstruktion
können aber auch mit Blechplatten überdeckt werden,
die mittels Pfetten auf der Stahlkonstruktion befestigt sind und
Pfetten zur Befestigung der Module aufweisen.
-
Die
selbsttragende Stahlkonstruktion und damit das Tragsystem ist auf
einer Fundamentplatte oder einem oder mehreren Streifenfundament(en) oder
auf Einzelfundamenten verankert. Die Wahl der bevorzugten Fundamtart
erfolgt dabei nach Größe einer Solar- oder Photovoltaik-Anlage
und nach der Tragfähigkeit des Untergrunds, auf dem eine
Solar- oder Photovoltaik-Anlage errichtet werden soll.
-
Ist
eine Solar- oder Photovoltaik-Anlage gleichzeitig als Überbau
einer Freilagerfläche oder einer Fläche für
den ruhenden Verkehr vorgesehen, ist es vorteilhaft, wenn das Fundament
als Fundamentplatte ausgelegt ist, die in Abhängigkeit
der Tragfähigkeit des Untergrunds auch mit eingebrachten
Streifenfundamenten oder Einzelfundamenten kombiniert sein kann.
-
Das
vorgeschlagene Tragsystem schafft durch die konstruktive Ausbildung
die Voraussetzung, dass auch Großanlagen für die
Gewinnung von erneuerbaren Energien aus der Sonnenenergie sehr wirtschaftlich
errichtet werden können, die auch bei Bedarf problemlos
erweiterungsfähig sind und auch die Möglichkeit,
dass bereits genutzte Flächen, wie beispielsweise Freilagerflächen
und Flächen des ruhenden Verkehrs, für die Gewinnung
von erneuerbaren Energien aus der Sonnenenergie mit einbezogen werden
können.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben.
-
In
den beigefügten Zeichnungen zeigen:
-
1:
eine Teilansicht einer möglichen Ausführungsform
des Trägersystems,
-
2:
ein selbsttragendes Element, das aus einem Längsträgerelement
und einem Stützträgerelement besteht,
-
3:
eine weitere mögliche Ausführungsform des selbsttragenden
Elements gemäß 2,
-
4:
eine Draufsicht auf die Diagonalverbände,
-
5:
eine Auflagefläche mit einem gezeigten Modul, das auf einem
Trapezprofil befestigt ist.
-
Ein
Tragsystem besteht aus mindestens zwei deckungsgleichen und selbsttragenden
Elementen 4, die jeweils von einem im Winkel α verlaufenden
Längsträgerelement 2 gebildet werden,
der am oberen Ende oder im Endbereich 14a durch ein Stützträgerelement 3 abgestützt
ist und aus Diagonalverbänden 18–18x,
welche die mindestens zwei selbsttragenden Elemente 4 über
die Längsträgerelemente 2–2x verbinden
und versteifen und dabei gleichzeitig in Verbindung mit der Oberseite
des Obergurts 5 der Längsträgerelemente 2–2x die
Auflagefläche 24 des Tragsystems ausbilden.
-
Auf
dem Tragsystem, nämlich den Längsträgerelementen 2–2x und
den Diagonalverbänden 18–18x,
die die Auflagefläche 24 bilden, ist ein gedämmtes
oder ungedämmtes Trapezprofil 13 bevorzugt unlösbar
festgelegt. Auf den Erhebungen des Trapezprofils 13 sind
Reihen von lösbaren oder unlösbaren Pfetten 17-17x festgelegt über
die Solarkollektoren oder Solarmodule parallel zur Auflagefläche 24 zu
einer Modulfläche 15 in bekannter Weise befestigt
werden.
-
Jedes
Längsträgerelement 2–2x wird
durch einen Obergurt 5 und einen Untergurt 6 gebildet,
die durch verschweißte Füllstäbe 7–7x verbunden
sind. Dabei kann selbstverständlich der Querschnitt zwischen
dem Obergurt 5 und dem Untergurt 6 eines Längsträgerelements 2–2x sowohl
eine rechteckige, trapezförmige oder auch dreieckige Querschnittsform
aufweisen. Aber auch die Enden oder der Endbereich 14 der
Längsträgerelemente 2–2x können, wie
in den 1, 2, 3 gezeigt,
verschieden gestaltet sein, um die Enden oder Endbereiche 14 an eine
spezielle Befestigungs- oder Aufstellungsart des Tragsystems anzupassen.
-
Jedes
Stützträgerelement 3–3x wird
aus einem Obergurt 8 und einem Untergurt 9 gebildet,
die ausgehend von dem verbindenden Ende 22 mit dem Längsträgerelement 2 in
einen spitzen Winkel β auslaufen und durch verschweißte
Füllstäbe 10–10x verbunden
sind. Auch bei den Stützträgerelementen kann der
Querschnitt zwischen dem Obergurt 5 und dem Untergurt 6 sowohl
eine rechteckige, trapezförmige oder auch dreieckige Querschnittsform
aufweisen.
-
Zur
Errichtung eines Tragsystems werden Längsträgerelemente 2–2x und
Stützträgerelemente 3–3x mit
einer Länge verwendet, die unter Berücksichtigung
der Verbindungsstelle 25 zwischen den Längsträgerelementen 2–2x und
Stützträgerelementen 3–3x einen
Winkel α für die Auflagefläche des Tragsystems
ergeben, der den optimal durchschnittlichsten Einfallswinkel des
Sonnenlichts für den vorgesehenen Standort des Tragsystems
entspricht. Anschließend wird jeweils ein Längsträgerelement 2–2x je
nach Ausführungsart des Tragsystems an dem einen Ende oder
Endbereich 14a mit je einem Stützträgerelement 3–3x in
einem Winkel 11 von ≤ 90° zu einem selbsttragenden
Element 4 bevorzugt mit einer Schweißverbindung
verbunden.
-
Mindestens
zwei auf diese Weise vorgefertigte selbsttragende Elemente 4 werden
parallel zueinander versetzt auf vorgefertigte und weiter nicht gezeigte
Fundamente aufgestellt und einerseits mit den Enden oder Endbereichen 14 der
Längsträgerelemente 2–2x bodennah
auf vorbereitete Fundamente über Soc kelplatten 19–19x und
andererseits mit den Stützträgerelementen 3–3x auf
vorbereitete Fundamente über Sockelplatten 20–20x mit
bekannten Techniken festgelegt, so dass die Längsträgerelemente 2–2x ausgehend
von der Aufstellfläche 24 in dem vorgegebenen
Winkel α verlaufen.
-
Nach
dem Befestigen der mindestens zwei selbsttragenden Elemente 4 werden
diese Elemente 4 zwischen dem Obergurt 5 der Längsträgerelemente 2–2x durch
Diagonalverbände 18–18x verbunden und
versteift und je nach Ausführungsart das Trapezprofil 15 oder
die Blechabdeckung bevorzugt mittels Pfetten auf den Diagonalverbänden 18–18x und
den Oberseiten der Obergurte der Längsträgerelemente 2–2x befestigt.
-
Um
die Stabilität des Trägersystems weiter zu erhöhen,
können Zugankerbewehrungen vorgesehen werden, die zwischen
den benachbarten Fundamenten 19–19x und 21–21x verlaufen.
-
Mit
einem derartigen Tragsystem kann durch eine Zuordnung von weiteren
parallel versetzt angeordneten selbsttragenden Elementen 4 der
gleichen Ausführungsart, die in der beschriebenen Art und Weise
mit Diagonalverbänden 18–18x versteift
und verbunden werden, eine beliebig große Auflageflache
für Module 15 geschaffen werden, so dass mit diesem
Tragsystem sehr wirtschaftlich auch Großanlagen zur Gewinnung
von erneuerbaren Energien aus der Sonnenenergie errichtet werden
können.
-
- 1
- Teilansicht
eines Tragsystems
- 2,
2x
- Längsträgerelement
- 3,
3x
- Stützträgerelement
- 4
- selbsttragendes
Element
- 5
- Obergurt
- 6
- Untergurt
- 7–7x
- Füllstäbe
- 8
- Obergurt
- 9
- Untergurt
- 10–10x
- Füllstäbe
- 11
- Winkel
- 12
- Blechabdeckung
- 13
- Trapezprofil
- 14
- Endbereich/Ende
Längsträgerelement
- 14a
- Endbereich/Ende
Längsträgerelement
- 15
- Module/Modulfläche
- 16
- Aufstellfläche
- 17–17x
- Pfetten
- 18–18x
- Diagonalverbände
- 19–19x
- Sockelplatten
- 20–20x
- Sockelplatten
- 21–21x
- Sockelplatten
- 22
- Ende
Stützträgerelement
- 23
- Ende
Stützträgerelement
- 24
- Auflagefläche
- 25
- Verbindungsstelle
- α
- Winkel
- β
- Winkel
-
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 Patentliteratur
-
- - DE 102007023177 [0005]
- - DE 1020319065 U1 [0006]
- - DE 203257 U1 [0007]
- - DE 102005023971 B4 [0007]