DE102007039755A1

DE102007039755A1 - Befestigung von Solarmodulen auf Baukörpern

Info

Publication number: DE102007039755A1
Application number: DE102007039755A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ulrich
Original assignee: Ulrich Siegfried Dipl-Ing
Current assignee: Ulrich Siegfried Dipl-Ing
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-02-19
Also published as: DE102008026498A1

Abstract

Die bekannten Befestigungen von Solarmodulen auf Baukörpern, insbesondere Dächern, bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen unterschiedlich gestalteten Elementen, die auch viele Schraubverbindungen erfordern. Sie erfordern einen hohen Montageaufwand. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, die Halterung der Module einfacher und kostengünstiger herstellbar zu gestalten und leichter montierbar auszuführen. Die Arretierung der Module soll mechanisch verbessert werden. Es sollen die Anzahl der unterschiedlichen Elemente sowohl in der Form als auch in der Anzahl verringert werden. Die Montage soll vereinfacht werden. Erfindungsgemäß werden mittels bekannter Befestigungsbügel Montageschienen mit rhombusförmigem Hohlprofil auf der Dachkonstruktion befestigt. Zwischen den Modulen sind Bügel angeordnet, die die Montageschiene teilweise umschließen, wobei ein Vorsprung des Bügels in eine Nut der Montageschiene eingreift. Zwischen den Modulen sind u-förmige Hutschienen angeordnet, durch deren unteren Steg der Bügel ragt, der mittels eines in der Hutschiene geführten exzentrischen Bolzens durch Drehen die Module gegen die Montageschiene drückt und arretiert. Dazu sind auch in der Hutschiene längs verlaufende Erhebungen vorgesehen. Die dem Modul zugewandte Seite der Hutschiene besitzt einen aufgerauten Bereich.

Description

Die Erfindung betrifft die Befestigung von Solarmodulen von Solaranlagen auf dem Baukörper, vorzugsweise auf dem Dach oder an einer Wand.
Zur Befestigung und der Montage der Solarmodule oder Kollektoren (nachfolgend als Module benannt), die in der Regel gerahmt sind, sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt. Diese sind jedoch mit Mangeln behaftet, die darin bestehen, dass diese einen relativ hohen Montageaufwand erfordern, materialintensiv und kompliziert gestaltet sind. Dadurch ist auch je nach Ausführungsvariante letztendlich die Montage der Module und des Gestells für die Montage der Module schwierig und zeitintensiv.
Die meisten der Ausführungsarten der bekannten Montagesysteme beruhen auf einem Grundprinzip, indem auf der Dachhaut bzw. der Dachkonstruktion längs und/oder quer verlaufend Schienen aufgebracht sind, auf denen mittels Befestigungselementen die Module, die gerahmt oder ungerahmt sind, gehalten werden. An diese Befestigungen werden auf Grund der Einwirkungen der Witterung (Schneelast, Sturm) hohe Anforderungen gestellt.
Eine bekannte Lösung, die die Nachteile des Standes der Technik zum Zeitpunkt des Entstehens dieser beseitigt besteht darin, dass waagerecht verlaufend in bekannter Weise metallische Montageschienen im Abstand vom Baukörper angebracht sind. Diese Montageschienen, die parallel verlaufend in definiertem Abstand entsprechend der Größe der Module angeordnet sind, sind durch Halter im Abstand von der Dachhaut mit der Unterkonstruktion des Daches, vorzugsweise den Dachsparren verbunden. Die Halter sind u-förmig ausgebildet und mit einem Schenkel auf den Dachsparren oder einer anderen Unterkonstruktion befestigt und an dem anderen Schenkel sind die Montageschienen befestigt. Der Halter besteht vorzugsweise aus zwei Teilen, damit die Schenkel in ihrem Abstand zueinander in einfacher Weise mittels einer Schraubverbindung einstellbar sind, um den Abstand zwischen dem Dach und den Modulen anzupassen, bzw. Differenzen auszugleichen.
Das Profil der Montageschienen ist ein Hohlprofil und in seinem äußeren Querschnitt als Rhombus ausgebildet. Das Oberteil des u-förmigen Halters ist so ausgebildet, dass die rhombusförmige Montageschiene mit ihrer Schmalseite parallel zu dem oberen Schenkel des Halters verläuft, wobei zwischen der Schmalseite der Montageschiene und der Oberseite des Schenkels des Oberteils des Halten ein geringer Abstand vorhanden ist. Das Ende des Oberteils des Halters besitzt eine Aufnahme für die Montageschiene, die in ihrer Form dem Rhombus der Montageschiene angepasst ist. Diese Aufnahme hat die Form, dass die beiden parallel verlaufenden Längsseiten nicht senkrecht, d. h. in einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel zum oberen Schenkel des Halters und damit zur Ebene des Moduls verlaufen. An dem einen Ende des Unterteils des Halters ist eine Platte befestigt, mit welcher der Halter auf den Dachsparren aufliegt und befestigt ist. Das Unterteil des Halters ist bei einem Ziegeldach stufenförmig derart gekröpft ist, dass er zwischen zwei sich überlappenden Dachziegeln heraus geführt ist.
Die Befestigungselemente für die Module mit der Montageschiene sind Bügel aus Stahl, die als federnde Klammer wirken. Diese Bügel sind zwischen den Modulen und an deren äußeren Seiten, derart angeordnet, dass sie die Montageschiene im Abstand umschließen und in ihrem oberen Teil über die Module ragen. Sie haben vorzugsweise nach außen erweiterte und wieder zusammenlaufende Schenkel, und sind an ihrem oberen Ende in einer halbkreisförmigen Rundung zusammengeführt. Die beiden unteren Enden des Bügels sind nach innen oder außen abgewinkelt ausgebildet, und durch ein lösbares Verbindungselement, vorzugsweise ein Lochblech, miteinander verbunden. Der Bügel gewährleistet eine berechenbare Spannung, welche bei extremer Temperatur entstehende Differenzen ausgleicht.
In der oberen Rundung des Halters ist ein Bolzen drehbar angeordnet, der über seinen Umfang eine Nut aufweist, die zur Achse exzentrisch und im Durchmesser annähernd der Rundung des Bügels ausgeführt ist. Der Bolzen besitzt axial verlaufend eine Fläche als Auflage auf den Modulen. ( DE 10 2005 032 859 B3 )
Eine weitere Ausgestaltung der o. g. Lösung besteht darin, dass zur Befestigung und Arretierung der Module mit der Montageschiene der federnde Bügel an einer Längsseite im Bereich der Montageschiene in einem Abstand geöffnet ist, und die Enden des Bügels an diesen Stellen gekröpft sind, und dass ein Verbindungselement zwischen den beiden Enden des Bügel angeordnet ist. Der obere Bereich des Bügels ist wie bisher halbrund geformt, um den Bolzen im Bereich der exzentrisch eingelassenen Nut zu umschlingen. In dem Bereich, in dem der Bügel angeordnet ist, ist ein Formteil, mit Hutschiene bezeichnet, als Auflage für den Bolzen angeordnet. Diese Hutschiene ist u-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel oberhalb der Module nach außen abgewinkelt sind. Somit liegt diese Auflage zwischen den Modulen und mit den abgewinkelten Schenkeln auf den Modulen. In dem U der Hutschiene bewegt sich der Bolzen, wobei in dem zu beiden Seiten der exzentrischen Nut Bohrungen eingebracht sind, um den Bolzen mittels eines speziellen einsteckbaren Hebels zu drehen und damit zu spannen, damit der Bügel die Module über die Hutschiene an die Montageschiene drückt. Im unteren Steg der Hutschiene ist eine Öffnung eingebracht, durch welche der Bügel von unten durchgeführt wird. ( DE 10 2006 029 396 A1 )
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, die Halterung der Module einfacher und kostengünstiger herstellbar zu gestalten und leichter montierbar auszuführen, die Hutschienen für die Module so zu gestalten, dass sie zugleich als eine abschließende Endbefestigung am Rand der Gesamtanlage verwendbar sind, und dass zwischen den Montageschienen und den auf ihnen liegenden Modulen ein guter elektrischer Kontakt zu dem Rahmen der Module besteht, sowie die Arretierung der Module mechanisch verbessert wird. Die Lösung soll dazu dienen, dass bei der ständig steigenden Anzahl zu realisierender Solaranlagen die Kosten für die Herstellung der Befestigungselemente und die Montagezeiten erheblich reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Beibehaltung des Grundprinzips der Befestigung der Module auf dem Baukörper unter Verwendung der bekannten rhombusförmigen hohlen Montageschienen, den vorzugsweise mehrteiligen höhenverstellbaren u-förmigen Halter und den Hutschienen mit ihren zugehörigen Spannbolzen durch folgende Merkmale gelöst:

Die Bügel zur Halterung der Module auf der Montageschiene sind massiv, vorzugsweise aus flachem Material und auf einer Längsseite offen, und in ihrer Form so gestaltet, dass sie auf der Gegenseite der Öffnung in eine längs verlaufende Nut der Montageschiene einrasten, und dass sie am unteren Bereich die Montageschiene geringfügig umgeben. Es kann auch an dem Bügel ein Federelement zur Arretierung des Bügels mit der Montageschiene angeordnet sein.
Diese Lösung hat die Vorteile, dass der Bügel als Stanzteil oder im Strangpressverfahren mit hoher Maßgenauigkeit kostengünstig herstellbar ist, und ohne ein weiteres Verbindungselement, nur durch Aufstecken auf die Montageschiene montiert wird. Der Bügel wird bei der Montage an beliebiger Stelle auf die Montageschiene aufgebracht und danach zum endgültigen Platz verschoben und dort in bekannter Weise mittels des Bolzens in der Hutschiene arretiert.
Die u-förmige Hutschiene ist derart gestaltet, dass ein Schenkel des U in seiner Länge geringförmig kürzer als die Höhe eines Moduls ist. Damit ist diese Hutschiene zugleich als Randschiene verwendbar und es entfallen zusätzliche Abschlusselemente für das Gesamtsystem.
Zur besseren Arretierung des Bolzens, die der Anpressung der Module an die Montageschiene dient, ist innerhalb der u-förmigen Öffnung der Hutschiene an den Seiten mindestens eine längs verlaufende Erhebung vorgesehen. Diese Erhebung ist so ausgebildet, dass eine definierte Reibung zwischen der Stirnseite des Bolzens und der Hutschiene erzeugt wird, und diesen gegen das Herausgleiten bei der Montage sichert.
Um den elektrischen Kontakt zwischen dem Rahmen des Moduls zu sichern bzw. zu verbessern sind auf der Fläche der Montageschiene, auf der das Modul aufliegt punkt-, oder linienförmige Erhebungen aufgebracht. Diese verbessern zugleich auch die Haftung gegen das Verschieben der Module insbesondere bei der Montage. Es wird auch durch ein Aufrauen oder Rändeln von Bereichen der Oberfläche eine gleiche Wirkung erzielt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass zur Verbindung von zwei Montageschienen in diese eine Verbindungsschiene eingeschoben wird, deren äußeres Profil und Abmessungen gleich dem inneren Profil und Abmessungen der Montageschiene ist.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass alle üblichen Verbindungselemente wie Schrauben, Mutter, Bolzen entfallen. Dadurch wird die Montage wesentlich vereinfacht. Nach der Montage und dem Ausrichten der Halter auf der Montageschiene auf dem Dach werden keinerlei Werkzeuge benötigt. Die Bügel werden nur noch auf die Montageschiene aufgeschoben, die Hutschienen werden auf den Modulen platziert, die Bügel in diese eingehängt und durch Drehen des Bolzens werden die Module und die Montageschiene auf der Montageschiene arretiert und gespannt. Sämtliche Befestigungselemente sind in einem kostengünstigen Produktionsprozess bei einem preisgünstigen Materialensatz, wie z. B. Strangpressen herstellbar.
An Ausführungsbeispielen werden die Merkmale der Erfindung beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Ausgestaltung des Montagebügels im montierten Zustand quer zum Dach verlaufend,
2 eine Hutschiene im Querschnitt zwischen zwei Modulen und am Ende eines Moduls in Richtung „A".
Aus der 1 in Verbindung mit 2 ist zu entnehmen wie die Befestigung der Module auf der Dachhaut erfolgt. Mittels gekröpfter Halter Nicht dargestellt) sind auf der Dachhaut in bekannter Weise Montageschienen 1 aus einem rhombusförmigen Hohlprofil befestigt, auf denen die Module 2 aufliegen. Zwischen den Modulen 2 sind in deren Zwischenraum Hutschienen 3 eingelegt sind. Diese Hutschienen 3 sind u-förmig, wobei beide Schenkel nach außen abgewinkelt und ein Schenkel nach unten verlängert ist, und zwar so lang, dass er fast der Dicke des Moduls 2 entspricht.
Das Erfindungswesentliche ist die Ausbildung des Bügels 4, der aus Flachmaterial gefertigt ist, und die Montageschiene 1 auf einer Längsseite und der Unterseite umgibt, wobei die gegenüber liegende Längsseite im unteren Bereich gering umschließt. Der obere Teil des Bügels 4 ist als Öse ausgebildet und reicht durch einen Schlitz 5 der Hutschiene 3. An der Längsseite des Bügels 4 ist ein Vorsprung 6 ausgeformt, der in die längs verlaufende schwalbenschwanzförmige Nut 7 der Montageschiene 1 ragt. Dadurch kann der auf die Montageschiene 1 aufgeschobene Bügel 4 sich nicht mehr lösen, aber bleibt verschiebbar.
In der u-förmigen Öffnung der Hutschiene 3 ist ein Bolzen 8 eingelegt, der mittig eine exzentrisch zur Achse des Bolzens 8 eine Nut 9 aufweist. Die Nut 9 besitzt eine Breite, die geringfügig größer als die Dicke des Bügels 4 ist. Der Bolzen 8 besitzt seitlich der Nut 9 axial verlaufende Bohrungen (nicht gezeichnet), in welche zum Drehen des Bolzens 8 ein Montagehebel 11 gesteckt werden kann. Durch die Exzentrizität der Nut 9 wird beim Drehen des Bolzens 8 die Hutschiene 3 gegen die Module 2 und zugleich die Montageschiene 1 von unten gegen die Module 2 gedrückt. Eine kleine Fläche an dem Bolzen 8 sichert diesen gegen Verdrehen. Dadurch wird ein fester Verbund hergestellt, der außer dem mechanischen Halt auch eine Sicherheit gegen das Entfernen der Module durch unberechtigte Personen bietet.
Um die Reibung des Bolzens 8 in der Hutschiene 3 zu erhöhen, sind in der Hutschiene 3 an den Seiten Erhebungen 10 vorgesehen.
2 als eine Ansicht in Richtung „A" zeigt die Anordnung einer Hutschiene 3 zwischen zwei Modulen 2. Auf der rechten Seite ist die Hutschiene 3 als Endstück gezeigt, wie sie auf der Seite des verlängerten Schenkels der Hutschiene 3 die gesamte Anordnung des Solarsystems abschließt.
Die Montage des Solarsystems erfolgt durch die erfindungsgemäße Lösung sehr einfach und zeitsparend wie folgt:

Nachdem die Halter für die Montageschienen 2 auf der Dachhaut aufgebaut und ausgerichtet sind, wird die Montageeinheit, bestehend aus Bügel 4, Bolzen 8, Hutschiene 3 und Montagehebel 11, in die Nut 7 der Montageschienen 2 eingehängt und an das Modul 2 geschoben. Danach wird ein weiteres Modul angelegt und an das vorher gehende Modul 2. geschoben, so dass zwischen jeweils zwei Modulen 2 eine Hutschienen 3 aufgelegt ist. Durch Drehen der Bolzen 8 mittels des Montagehebels 11 erfolgt das Spannen der Module 2 gegen die Montageschiene 1. Der Montagehebel 11 wird danach wieder entfernt, der ohnehin nur zur dem Festspannen der Module 2 auf der Montageschiene 1 mittels des Bolzens 8 dient, und kann wieder verwendet werden.

1: Montageschiene
2: Modul
3: Hutschiene
4: Bügel
5: Schlitz
6: Vorsprung
7: Nut
8: Bolzen
9: Nut
10: Erhebung
11: Montagehebel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005032859 B3 [0007]
- DE 102006029396 A1 [0008]

Claims

Befestigung von Solarelementen auf Baukörpern, wobei die Module (2) im Abstand auf einem Baukörper, vorzugsweise dem Dach auf Montageschienen (1) befestigt sind, bestehend aus folgenden Merkmalen: – Halter zur Befestigung der Montageschienen (1) auf der Unterkonstruktion des Daches oder auf dem Dach, – die Montageschiene (1) ist ein Hohlprofil mit dem Querschnitt eines Rhombus, und ist auf der Unterkonstruktion des Daches derart angeordnet, dass die Schmalseite parallel zu den Modulen (2) verläuft, und auf mindestens einer Längsseite eine Nut (7) besitzt, – jeweils zwischen den Modulen (2) sind Bügel (4) angeordnet, die derart ausgebildet sind, dass sie auf einer Längsseite und einer Schmalseite die Montageschiene (1) umschließen, im ihrem oberen Teil über die Module (2) ragen, die auf der Längsseite in die Nut (7) der Montageschiene (1) eingreifen, der untere Schenkel die Montageschiene (1) geringfügig umschließt, – zwischen den Modulen (2) sind u-förmige Hutschienen (3) angeordnet, deren obere Schenkel nach außen abgewinkelt sind, in deren unteren Steg ein Schlitz (5) eingebracht ist, durch den der Bügel (4) geführt ist, und mittels eines Bolzens (8) mit einer exzentrischen Nut (9) so spannbar ist, dass die Module (2) an die Montageschiene (1) gepresst werden, – die Innenseiten der Hutschiene (3) sind mit längs verlaufenden Erhebungen (10) versehen, – ein Schenkel der Hutschiene (3) ist nach unten, etwas kürzer als die Stärke des Rahmens des Moduls (2) verlängert, – die dem Modul (2) zugewandte Seite der Montageschiene (1) ist mit mindestens einem längs verlaufenden punkt- oder linienförmig verlaufenden oder gerändelten oder aufgerauten Bereich versehen.
Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bügel (4) ein Vorsprung (6) ausgeformt ist, der in der Nut (7) gegen die Montageschiene (1) drückt.
Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bügel (4) eine Feder, vorzugsweise eine Plattfeder angebracht ist, die gegen die gegen die Montageschiene (1) drückt.
Befestigung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) an den Längsseiten der Montageschiene (1) in ihrem Querschnitt schwalbenschwanzförmig ist.
Befestigung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) an den Längsseiten der Montageschiene (1) an den Kanten eine Wulst aufweist.
Befestigung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung zweier Montageschienen (1) eine Verbindungsschiene, deren äußeres Profil und Abmessungen dem inneren Profil und Abmessungen der Montageschiene (1) entsprechen, in die beiden Enden der zu verbindenden Montageschiene (1) eingeschoben ist.