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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung von Solarmodulen auf der Unterkonstruktion einer Dacheindeckung, wobei die Verlegung in einer schwimmenden Ausführung durchgeführt wird.
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Die Solartechnik lässt sich in mehrere grundsätzliche Bauformen unterteilen, wobei sich zwei Bereiche als wesentlich herauskristallisiert haben, die Solarthermie- und die Photovoltaiktechnik.
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Während die Solarthermie auf Solarkollektoren beruht, die von vorzugsweise Wasser durchflossen werden, welches sich bei entsprechender Sonneneinstrahlung erwärmt, werden in der Photovoltaiktechnik Solarmodule verwendet, die die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umwandeln.
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Derartige Solarmodule werden in bekannter Weise auf einer Unterkonstruktion vorzugsweise einer Dachkonstruktion verbaut, wobei moderne Solarmodule in einer rahmenlosen Ausführung hergestellt werden. Diese vorzugsweise rechteckigen Module werden dabei auf einer Unterkonstruktion befestigt, die als Montagerahmen ausgeführt ist. Der Montagerahmen wird dabei auf den Sparren des Daches aufgesetzt. Er weist Auflageprofile auf, die in Quer- und/oder Längsrichtung zur Dachneigung verlaufen und aufeinander aufgesetzt bzw. eingesetzt sind. Die Solarmodule werden auf der Unterkonstruktion dabei zumeist so verlegt, dass ihre Längsseite in vertikaler Richtung und ihre Querseite in horizontaler Richtung verläuft. Sie werden mittels Modul-Klemmeinrichtungen gehalten und verankert.
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Diesbezüglich sei auf die
DE 20 2005 015 455 U1 verwiesen. Dort sind Tragleisten zur Stützung der Solarmodule vorgesehen, die als Profilelemente ausgebildet sind. Die Klemmelemente werden auf die Tragleisten aufgeschraubt und dienen zum Festklemmen der Solarmodule. Zwischen einem der Solarmodule einerseits und einem Klemmelement oder einem L-förmigen Abschnitt einer Seitenwand einer Tragleiste andererseits sind elastische Pufferelemente eingelegt, durch welche das Solarmodul vor Beschädigungen geschützt wird. Die Pufferelemente werden beispielsweise aus einem Gummimaterial hergestellt. Bei derartigen Konstruktionen ist es jedoch notwendig, dass Drehmomentenschlüssel zur Befestigung der Schrauben der Klemmelemente verwendet werden. Anderenfalls erhöht sich die Gefahr des Bruchs des eingeklemmten Solarmoduls.
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Eine Lösung des genannten Problems ergibt sich aus der
DE 20 2004 015 261 U1 . Dort ist ein Montagessystem mit einem Grundprofil, auf welchem sich die Solarmodule mit ihrer Unterseite abstützen, sowie einem auf der Oberseite der Solarmodule angeordneten Deckprofil, welches über Verbindungsmittel mit dem Grundprofil zusammenwirkt, offenbart. Die Solarmodule werden in ihre Randbereichen zwischen das Deckprofil und das Grundprofil geklemmt. Zur Vermeidung einer Überbeanspruchung und Beschädigung des Solarmoduls im Falle des zu festen Anziehens der Schraube eines Deckprofils, ist die Länge von Stützstegen des Deckprofils auf die Dicke des Solarmoduls und der L-förmigen Dichtung abgestimmt. Die L-förmige Dichtung gewährleistet einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Stirnseiten des Solarmoduls und den Stützstegen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei der Montage der Solarmodule, die typischer Weise in gekippter Stellung unter die Klemme geschoben werden, ein Anstoßen der Solarmodulkante an die Stützstege nicht ausgeschlossen werden kann. Bei einem solchen Anstoßen besteht wiederum erhöhte Gefahr des Bruchs des Solarmoduls.
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Aus der
DE 20 2009 011 549 U1 ist ein Montagesystem bekannt, wobei das Solarmodul auf einem auf einer Schiene aufgebrachten Pufferband aufgebracht wird und mittels einer Klemme an der Schiene festgeklemmt wird.
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Die
DE 196 32 493 offenbart ein rahmenloses Solarmodul, das ein Z-förmges Metallprofil aufweist, an dem ein Solarlaminatkörper festgelegt ist. Der Solarlaminatkörper ist dabei an einer Kante des Metallprofils befestigt, während an einer weiteren Kante eine Befestigung des Metallprofils an einem Untergrund erfolgt. Bei dieser Konstruktion ist nachteilig, dass das Metallprofil eine große Fläche für die Befestigung des Solarmoduls erfordert. Zudem kann das rahmenlose Solarmodul nur schlecht an bestehenden Pfosten-Riegel-Fassaden bzw. -Dacheindeckungen nachgerüstet werden.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2004 32 493 ein Traggerüst für Photovoltaikmodule bekannt, bei dem zwei benachbarte Profilleisten jeweils einen abgestuften Ansatz aufweisen, an dem die Profilleisten mit einer Unterkonstruktion verbunden werden. Dadurch wird der Platzbedarf seitlich zu den Photovoltaikmodulen vermindert, wobei die Montage vergleichsweise aufwändig ist.
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Aus der
DE 20 2008 011 461 U1 ist eine elektrische Solarzellenverbindung zur Verbindung mindestens einer ersten und einer zweiten Solarzellen-Gruppe, mit mindestens einer ersten und einer zweien Leiterbahn bekannt, wobei mindestens ein Abstandhalter vorgesehen ist, der die erste und die zweite Leiterbahn in gegenseitigem Abstand hält. Durch einen formschlüssigen Anschluss, ist es möglich, auf Applizierhilfsmittel und damit auch auf zusätzliche Arbeitsschritte bei der Zusammenführung von Leiterbahnen und Abstandhaltern zu verzichten. Der mindestens eine Abstandshalter ist als flacher Materialstreifen mit mindestens einer ersten und einer zweiten Durchbrechung ausgebildet ist. Ein derartiger Abstandshalter erlaubt es, Abstandshalter und Leiterbahnen quasi zu verweben, was sich sowohl manuell, als auch maschinell einfach und mit hoher Präzision durchführen lässt. Der Abstandshalter wird dabei aus einem Material hergestellt, dessen Erweichungs- oder Zersetzungstemperatur oberhalb der Temperatur beim Einbetten, insbesondere der Schmelztemperatur einer Schmelzklebefolie zur Solarmodulherstellung liegt. Der Abstandshalter kann dabei als Well- oder Zick-Zack-Band hergestellt werden.
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In der
DE 195 02 215 A1 ist ein dachintegriertes Fotovoltaik-Modulsystem beschrieben, bei dem rahmenlose Solarmodule in Querreihen zwischen Querträgern nebeneinander liegend angeordnet sind. Benachbarte Module einer jeweiligen Querreihe sind durch Klemmprofile miteinander verbunden, in die die Module lose randseitig eingesteckt und mit Hilfe eines Füllprofils festklemmt werden können. An der Unterkante werden die Module von Halteklammern an den Querträgern befestigt, um nicht abzurutschen. Die Module einer oberen Reihe stehen mit ihrer Unterkante dachziegelartig über die Module einer darunter liegenden Reihe vor. Bei diesem dachziegelähnlichen Solarmodul-System, wird das Modul zunächst längsseitig lose in die Nuten der Gummiklemmprofile eingelegt und dann in die Halteklammern eingefügt. Anschließend wird das Füllerprofil in die längsseitigen Gummiklemmprofile eingelegt, um das Modul festzuklemmen.
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Aus der
DE 196 12 489 C1 ist ein Fotovoltaik-System für Schrägdächer bekannt, das auf Trägerelement-Elementen angeordnete plattenförmige und rahmenlose Solarmodule aufweist, die schuppenartig überdeckend verlegt sind. Am traufseitigen Ende ist eine U-förmige Aufnahme angeformt, die den traufseitigen Rand des aufliegenden Fotovoltaik-Modul klauenartig umgreift.
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Eine ähnliche Befestigungsvorrichtung für Fotovoltaik-Module wird in U-förmiger Ausführung in der
DE 102 16 62 B beschrieben.
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Nachteile des bekannten Standes der Technik:
- • die Solar-Module werden oftmals mittels der verschiedensten Klemmen- und Abstandshaltersysteme fest fixiert, was aufgrund mangelnder Flexibilität bei Hitze/Kälte-Schwankungen zu Schäden am Modul führen kann,
- • auch bei Wind- und Schneebelastungen weisen diese festen Klemmsysteme erhebliche Nachteile auf,
- • bei einer Verlegung im festen Rahmen kommt als weiterer Nachteil hinzu, dass die Wasserableitung oftmals nicht zuverlässig gewährleistet ist,
- • erfolgt die Verlegung der Solar-Module in einer glatten und flächigen Ausführung, ist die Wasserableitung bei Starkregen besonders kritisch, da zum einen die Einleitung in das Dachrinnensystem überlastet werden und zum anderen ein interner Stau im Befestigungssystem stattfinden kann,
- • die Austauschbarkeit einzelner Module ist bei den bekannten Systemen ofmals nur mit einem erheblichen Aufwand möglich,
- • die Hinterlüftung der Module ist oftmals schlecht,
- • die Anpassungsfähigkeit der bekannten Befestigungssysteme an verschiedene Dachformen ist nur eingeschränkt möglich,
- • Das Schnee-Abrutschverhalten ist bei Verlegung mit festen Rahmen sowie bei Montagesystemen bei denen keine Überlappung der Module vorhanden nicht optimal.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles, anpassungsfähiges Solar-Modul-Befestigungssystem zu entwickeln, welches einen sicheren und unter Beachtung aller Witterungseinflüsse dauerhaft spannungsfreien Betrieb gewährleistet.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass sich die Unterkonstruktion im wesentlichen aus waagerechten Modulschienen zusammensetzt, wobei die Modulschienen entweder direkt oder über senkrechte Trägerschienen kreuzweise mit der Dacheindeckung mittels Halteklammern verbunden sind und die Modulschienen beidseitig höhenversetzt ein geteiltes oder ein einfaches Einschubfach für das Solarmodul sowie ein Einschubfach für einen Abstandshalter aufweisen.
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Die Trägerschienen sind als Kastenprofile mit seitlichen Führungen ausgeführt.
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Die seitlichen Führungen der Trägerschiene sind als offene Profilschienen ausgebildet, in die Befestigungsvorrichtungen einzuschieben und zu fixieren sind.
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Die Modulschienen verfügen neben dem Einschubfach für die Abstandshalter und den beidseitig einfachen oder geteilten Fächern für die Solarmodule, über eine Abdeckplatte sowie über Haltewinkel für die Befestigungsvorrichtungen verfügen.
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An der obersten sowie an der untersten Modulschiene ist in Längsrichtung eine klappbare Abdeckschiene angeordnet. An den offenen Enden der Modulschienen sind Endplatten fixiert. Zwischen den Modulschienen und der Dacheindeckung sind Dichtungsbandstücken angeordnet.
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Der Abstandshalter weist im Querschnitt einen Doppel-T-Steg auf und besitzt an seinem einen Ende einen im Randbereich angeordneten Zapfen. Er weist mindestens eine querverlaufende Schraubdurchführung auf und hat im Stegbereich Öffnungen.
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Im mittleren Bereich der mit Solarmodulen einzudeckenden Dachfläche ist am zapfenabgewandten Ende des Abstandshalters seitenverkehrt ein zweiter Abstandshalter (8) angeordnet, sodass die Solarmodule in einem festen Abstand gegeneinander gehalten sind.
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Der Abstandshalter weist an seinem zapfenabgewandten Ende auf dem Doppel-T-Steg zusätzlich ein Dämpfungselement aus einem weichen Material auf. Er ist vorzugsweise aus einem Hartplastmaterial ausgebildet.
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An den Haltewinkeln der Modulschiene sind spezielle Kabelhalter befestigt.
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Vorteile der Erfindung:
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- – Die Solarmodule werden durch die erfindungsgemäß schwimmende Lagerung flexibel gehalten und können somit auf Hitze-/Kälteschwankungen sowie Wind- und Schneebelastungen jederzeit reagieren, ohne dass ein Schaden eintritt.
- – Die Wasserregulierung und – ableitung bei Dauer – oder Starkregen ist jederzeit gewährleistet.
- – Einzelne Module können bei der erfindungsgemäßen Befestigung jederzeit einfach ausgetauscht werden.
- – Es erfolgt eine optimale Hinterlüftung.
- – Das erfindungsgemäße Befestigungssystem ist an nahezu alle Dacheindeckungen sowie -formen problemlos anpassbar.
- – Die Abstandsmaße zwischen den Solarmodulen können bei jeder Belastung problemlos eingehalten werden.
- – Die Montage und Demontage der Solarmodule kann auch von ungeübten Personen durchgeführt werden.
- – Es tritt ein optimaler Selbstreinigungseffekt durch die überlappende Anordnung der Module (durch das Fehlen jeglicher Querrillen oder von aufstehenden Rahmenteilen) ein.
- – Durch die überlappende Modulmontage und kernerlei Querrillen oder Materialerhebungen, welche das Abrutschen des Schnees verhindert, tritt ein optimales Schneeabrutschverhalten ein. Dadurch ergibt sich eine Ertragsteigerung der Module bei der Stromerzeugung und -abgabe.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 – die Vorrichtung in Direktmontage auf einer Dacheindeckung
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2 – Direktmontage – Montageschritt 1
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3 – Direktmontage – Montageschritt 2
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4 – Direktmontage – Montageschritt 3
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5 – Direktmontage – Montageschritt 4
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6 – Direktmontage – Montageschritt 5
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7 – Direktmontage – Montageschritt 6
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7.1 – Direktmontage – Detail
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7.2 – Direktmontage – Detail
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7.3 – Direktmontage – Detail
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7.4 – Direktmontage – Detail
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7.5 – Direktmontage – Detail
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8 – Direktmontage – Montageschritt 7
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9 – Direktmontage – Montageschritt 8
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10 – Direktmontage – Montageschritt 9
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11 – die Vorrichtung in Kreuzmontage auf einer Dacheindeckung
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12 – Kreuzmontage – Montageschritt 1
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13 – Kreuzmontage – Montageschritt 2
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14 – Kreuzmontage – Montageschritt 3
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15 – Kreuzmontage – Montageschritt 4
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16 – Kreuzmontage – Montageschritt 5
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17 – Kreuzmontage – Montageschritt 6
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17.1 – Kreuzmontage – Detail
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17.2 – Kreuzmontage – Detail
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17.3 – Kreuzmontage – Detail
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17.4 – Kreuzmontage – Detail
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17.5 – Kreuzmontage – Detail
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18 – Kreuzmontage – Montageschritt 7
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19 – Kreuzmontage – Montageschritt 8
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19.1 – Kreuzmontage – Detail
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20 – Kreuzmontage – Montageschritt 9
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Befestigung von Solarmodulen auf der Unterkonstruktion einer Dacheindeckung ist in zwei Varianten ausführbar:
- 1. Direktmontage auf der Dacheindeckung
- 2. Kreuzmontage auf Trägerelementen.
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Zu 1. Direktmontage (Fig. 1)
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Die Direktmontage des Befestigungssystems auf der Dacheindeckung 2 erfolgt in der Weise, dass die Modulschiene 1 ohne eine weitere Unterkonstruktion aufgebracht wird. Dies wird in vorzugsweise acht Schritten durchgeführt:
- – Schritt 1 – Dichtungsband aufkleben (2)
Der Haftstreifen an der Rückseite der Gummistreifen wird abgezogen und die einzelnen Dichtungsbänder 16 werden auf jede Erhöhung der Dacheindeckung 2 geklebt. Es muss dabei darauf geachtet werden, dass die einzelnen Streifen in einer horizontalen Linie ausgerichtet sind!
Tipp: Zum Ausrichten der Gummistreifen wird die Verwendung einer Schlagschnur empfohlen.
- – Schritt 2 – Befestigung der Modulschiene (3)
Die Halteklammern 3 an den seitlichen Enden der Modulschiene 1 werden jeweils oben und unten eingesetzt und die Modulschiene 1 mittels Nieten auf den Dichtungsbändern am Dach befestigt. Dazwischen können die Halteklammern abwechselnd diagonal (oben bzw. unten) eingehängt und ebenfalls auf den Dichtungsbändern 16 an der Dacheindeckung 2 befestigt werden.
Die einzuhaltenden Abstände zwischen den einzelnen Befestigungspunkten werden aus einer Konfigurator-Planzeichnung bzw. einer Tabelle (zu Wind- und Schneelast bzw. Neigungsanforderungen) entnommen.
Hinweis: Die Modulschiene 1 darf seitlich maximal 350 mm über die äußersten Befestigungspunkte hinausragen.
- – Schritt 3 – Dehnfugen setzen (4)
Nach jeweils einer Schienenlänge (ca. alle 5 m) ist eine Dehnfuge einzuplanen. Dazu setzt man zwischen zwei Modulschienen 1 jeweils einen Modulschienenverbinder ein und lässt 2 mm Dehnfuge frei.
- – Schrift 4 – Restliche Modulschienen befestigen (5)
Mit Hilfe einer Montagelehre fixiert man an der unteren Dachseite beginnend die Positionen der weiteren Montageschienen am Dach. Die Montageschritte 2 bis 3 werden wie zuvor beschrieben wiederholt.
Tipp: Um den exakten Abstand einzuhalten, sollten die Lehren ca. 3 m auseinander liegen.
- – Schritt 5 – Endplatten montieren (6)
Zuerst wird die rechte oder linke Modul-Endsicherung eingeschoben. Anschließend wird die Endplatte 14 an der Modulschiene 1 montiert.
- – Schritt 6 – Photovoltaik-Module einlegen (7 und 7.1 bis 7.5)
Das Einsetzen der PV-Module beginnt stets am oberen Ende des Feldes!
Das erste PV-Modul wird in 4 Schritten befestigt:
1. einsetzen,
2. niederlegen,
3. nach unten schieben und
4. bis zur Modulsicherung schieben.
Zwischen den einzelnen Modulen setzt man jeweils eine Modulsicherung ein.
- – Schritt 7 – Kabelhalter einclipsen (8)
Fixieren des Kabelhalters 22 an der entsprechenden Position. Zum Abschluss wird die noch die fehlende Endplatte an der Montageschiene 1 befestigt.
- – Schritt 8 – Abdeckschienen montieren (optional) (8 und 9).
An der obersten und untersten Montageschiene 1 werden schließlich die Abdeckschienen positioniert und befestigt.
Zwischen den einzelnen Abdeckschienen ist wieder jeweils eine Dehnfuge von 2 mm freizulassen.
Jetzt legt man die weiteren Module ein (wie zuvor beschrieben) und schiebt die Module immer bis auf Anschlag zur Modulsicherung. Der Abstand zwischen zwei Modulen (Glaskante) darf max. 15 mm betragen.
Am seitlichen Ende des Feldes wird wiederum eine Modul-Endsicherung (rechts oder links) eingelegt.
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Zu 2. Kreuzmontage (Fig. 11)
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Die Kreuzmontage der Solarmodule 2 auf der Dacheindeckung 3 erfolgt in der Weise, dass die waagerechten Modulschienen 1 auf senkrechten Trägerschienen 9 montiert werden. Dies geschieht in vorzugsweise acht Schritten:
- Schritt 1 – Befestigung der Trägerschiene (12)
Die Trägerschiene 9 wird vertikal auf die jeweilige Dachbefestigungsvorrichtung montiert.
Man beginnt bei der Montage der Trägerschienen mit einer dazwischen befindlichen Schlagschnur (oben oder unten) und richtet die restlichen Schienen in der Flucht aus.
- – Schritt 2 – Modulschiene auf der Trägerschiene befestigen (13)
Die Halteklammern wird an der Modulschiene 1 einhängt und auf den Trägerschienen 9 befestigt.
Danach setzt man die Halteklammern 3 bei jeder Trägerschiene 9 oben und unten bei der Modulschiene 1 an.
- – Schritt 3 – Dehnfugen setzen (14)
Nach jeweils einer Schienenlänge (ca. alle 5 m) ist eine Dehnfuge einzuplanen. Dazu setzt man zwischen zwei Schienen jeweils einen Modulschienenverbinder ein und lassen 2 mm Dehnfuge frei.
- – Schritt 4 – Restliche Modulschienen befestigen (15)
Mit Hilfe der Montagelehre fixiert man von unten beginnend die Positionen der weiteren Montageschienen am Dach.
Die Montageschritte 2 bis 3 werden wie zuvor beschrieben wiederholt.
- – Schritt 5 – Endplatten montieren (16)
Zuerst wird die rechte oder linke Modul-Endsicherung eingeschoben. Anschließend wird die Endplatte 14 an der Modulschiene 1 montiert. (Zu beachten ist dabei, dass es für die Positionen „oben bzw. unten” und „Mitte” verschiedene Endplatten gibt.)
- – Schritt 6 – Fotovoltaikmodule einsetzen (17 und 17.1 bis 17.5)
Zuerst legt man die rechte oder linke Modul-Endsicherung ein. Man beginnt mit dem Einsetzen der PV-Module 1 stets am oberen Ende des Feldes!
Nun kann man das erste FV-Modul 1 in vier Schritten befestigen:
1. einsetzen,
2. niederlegen,
3. nach unten schieben und
4. bis zur Modulsicherung schieben.
Zwischen den einzelnen Modulen 1 wird jeweils eine Modulsicherung „Mitte” eingesetzt.
Legt man die weiteren Module 1 ein (wie zuvor beschrieben), schiebt man die Module 1 immer bis auf Anschlag zur Modulsicherung. Der Abstand zwischen zwei Modulen 1 (Glaskante) darf max. 15 mm betragen.
Am seitlichen Ende des Feldes wird wiederum eine Modul-Endsicherung (rechts oder links) eingelegt.
- – Schritt 7 – Kabelhalter einclipsen (18)
Die Kabelhalter 22 werden an der entsprechenden Position fixiert. Zum Abschluss wird die noch fehlende Endplatte an der Montageschiene befestigt.
- – Schritt 8 – Abdeckschienen montieren (optional) (19)
An der obersten und untersten Montageschiene werden schließlich die Abdeckschienen 13 positioniert und befestigt.
Zwischen den einzelnen Abdeckschienen 13 ist wieder jeweils eine Dehnfuge von 2 mm freizulassen.
- – Schritt 9 – Trägerschienen-Endplatten montieren (optional) (20)
Die offenen Enden der Trägerschiene 9 können mit den Trägerschienen – Endplatten 15 abgedeckt werden. Die Endplatten 15 werden mit 6 mm Spreiznieten fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modulschiene
- 2
- Dacheindeckung
- 3
- Halteklammer
- 4
- Einschubfach
- 5
- Einschubfach
- 6
- Solarmodul
- 7
- Einschubfach
- 8
- Abstandshalter
- 9
- Trägerschiene
- 10
- seitliche Führungen
- 11
- Abdeckplatte
- 12
- Haltewinkel
- 13
- klappbare Abdeckschiene
- 14
- Endplatte
- 15
- Endplatten
- 16
- Dichtungsbandstücken
- 17
- Doppel-T-Steg
- 18
- Zapfen
- 19
- Schraubdurchführung
- 20
- Öffnung
- 21
- Dämpfungselement
- 22
- Kabelhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005015455 U1 [0005]
- DE 202004015261 U1 [0006]
- DE 202009011549 U1 [0007]
- DE 19632493 [0008]
- DE 10200432493 [0009]
- DE 202008011461 U1 [0010]
- DE 19502215 A1 [0011]
- DE 19612489 C1 [0012]
- DE 1021662 B [0013]
