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Die
Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage, ein Photovoltaikmodul,
eine Unterkonstruktion und ein Verfahren zur Bestückung einer
Photovoltaikanlage.
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Ein
Photovoltaikmodul (auch bezeichnet als Solarmodul) besteht üblicherweise
aus einer Mehrzahl an untereinander elektrisch verbundenen Solarzellen,
die über
den photovoltaischen Effekt eine im Sonnenlicht enthaltene Strahlungsenergie
in eine elektrische Energie umwandeln.
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Photovoltaikmodule
dienen der direkten Umsetzung von Sonnenenergie in elektrischen
Strom. Dünnschichtsolarmodule
weisen dazu photoaktive Schichten mit einer Dicke im Bereich von
wenigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern auf. Üblicherweise
werden die photoaktiven Schichten zusammen mit Kontakt- und ggf.
Reflexionsschichten großflächig auf
ein Substrat, beispielsweise eine Glasscheibe, aufgebracht. Mit
Hilfe von mehreren Strukturierungsschritten wird eine Mehrzahl von
einzelnen streifenförmigen
Solarzellen gebildet, die elektrisch in Serie verschaltet sind.
Die Breite der streifenförmigen
Solarzellen, auch Zellstreifen genannt, liegt im Bereich von Zentimetern.
Auf die äußeren Zellstreifen
werden üblicherweise
Stromabnehmer aufgebracht, über
die das Dünnschichtsolarmodul
angeschlossen wird und die erzeugte elektrische Leistung abgeführt werden
kann.
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Auf
das beschichtete Substrat wird zumeist ein weiteres flächiges Material,
zum Beispiel eine weitere Glasscheibe, auflaminiert, um die photoaktiven
Schichten vor Beschädigungen
und Witterungseinflüssen
zu schützen.
Zur Verstärkung
des Solarmoduls kann ein umlaufender Rahmen (beispielsweise aus
Aluminium) eingesetzt werden, insbesondere wenn ein nicht tragfähiges oder
flexibles Substrat verwendet wird. Ist kein Rahmen vorgesehen, beispielsweise
beim Einsatz von Glasscheiben als Substrat und als Abdeckung, spricht
man von einem rahmenlosen Solarmodul.
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Eine
Zusammenstellung mehrerer Photovoltaikmodule zur Stromgewinnung
wird als Photovoltaikanlage bezeichnet. Üblicherweise werden die Photovoltaikmodule
dabei mit einem Rahmen versehen, der auf einer Aufständerung
mittels Unterkonstruktion befestigt, beispielsweise verschraubt,
wird. Bei einer Freilandanlage wird dabei das Photovoltaikmodul auf
einer Unterkonstruktion befestigt, die auf einer Aufständerung
montiert ist. Bei einer Aufdachanlage wird üblicherweise das Photovoltaikmodul
auf einer Unterkonstruktion befestigt, die auf einer Trägerkonstruktion
auf einem Hausdach montiert ist. Es ist aber auch vorgesehen, das
Photovoltaikmodul mit einer Unterkonstruktion zu versehen, die als
Schnittstelle zum Hausdach dient.
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Unabhängig vom
Typ der Photovoltaikanlage werden im allgemeinen Photovoltaikmodule
entweder mit einem Rahmen versehen oder als ungerahmte Module bereitgestellt.
Bei einer Befestigung eines rahmenlosen Solarmoduls muss in der
Regel ein Befestigungssystem an dem rahmenlosen Solarmodul angebracht
werden, über
das das Solarmodul in einem weiteren Schritt an einer Trägervorrichtung
befestigt wird. Zu diesem Zweck sind Befestigungsklammern bekannt,
die das rahmenlose Dünnschichtsolarmodul
an seinem Rand umfassen. Die Befestigungsklammern sind dabei so
ausgelegt, dass eine Verschattung beziehungsweise eine Abdeckung
der Zellstreifen verhindert wird, durch die die Effizienz des Solarmoduls
verringert werden könnte.
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Dies
hat den Nachteil, dass das Befestigungssystem das Solarmodul an
seiner dem Licht zugewandten Oberseite nicht oder nur in einem sehr schmalen
Bereich übergreifen
darf, um die Zellstreifen möglichst
wenig abzudecken. Dieses kann zu einer ungünstigen Kräfteverteilung und somit zu
einer Beschädigung
des Moduls bei einem Anbringen auf einer Trägervorrichtung oder im Betrieb
führen,
beispielsweise durch Witterungseinflüsse im Betrieb des Moduls.
Insbesondere bei der Bestückung
der Photovoltaikanlage mit einer großen Zahl an Photovoltaikmodulen,
beispielsweise bei so genannten Freiflächen-Solaranlagen, ist eine
solche Art der Installation zudem teuer und aufwändig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine einfache Montagemöglichkeit
für Photovoltaikmodule
zu schaffen, bei der eine zuverlässige
und kostengünstige
und zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen
gewährleistet
ist.
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In
einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe durch eine Photovoltaikanlage
gelöst,
die Folgendes umfasst:
- – eine Unterkonstruktion zur
Aufnahme wenigstens eines Photovoltaikmoduls,
- – ein
Photovoltaikmodul mit einem Rückträger, der
auf der Rückseite
des Photovoltaikmoduls mittels zweier Klebeflächen angebracht ist, die in einem
Abstand zueinander angeordnet sind und mit einem Verbindungsstück versehen
sind, und
- – eine
Einhängeschiene,
die auf der Unterkonstruktion angeordnet ist, wobei der Rückträger und die
Einhängeschiene derart
eingerichtet sind, dass das Photovoltaikmodul mit dem Rückträger wenigstens
teilweise formschlüssig
in die Einhängeschiene
einbringbar und der Rückträger in der Einhängeschiene
fixiert ist.
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Gemäß der Erfindung
wird das Photovoltaikmodul auf der Rückseite, d. h. der der Hauptseinstrahlrichtung
zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie gegenüber liegenden
Seite, mit einem Rückträger versehen.
Der Rückträger dient
dabei als mechanische Verstärkung
des Photovoltaikmoduls, was insbesondere bei großen rahmenlosen Modulen von
Vorteil ist, da eventuell auftretende Spannungen auf die Modulränder vermieden
werden können.
Diese Spannungen können
beispielsweise bei der Handhabung des Photovoltaikmoduls während der
Montage auftreten. Zur Montage der Photovoltaikmodule wird somit
lediglich der Rückträger verwendet,
ohne das Photovoltaikmodul mit einem Rahmen oder ähnlichem
versehen zu müssen.
Darüber
hinaus tritt auch keine Abschattung durch die Rahmenelemente oder
Modulklemmen ein, so dass eine hohe Effizienz bei der Umwandlung
von Strahlungsenergie in elektrische Energie erreicht werden kann.
Der Rückträger wird
in eine auf einer Unterkonstruktion ruhenden Einhängeschiene
eingeführt.
Die Einhängeschiene
ist dabei an die Form des Rückträgers angepasst,
so dass der Rückträger wenigstens
teilweise formschlüssig
in der Einhängeschiene
liegt. Dabei kann die Einhängeschiene
in einer vertikalen Richtung angeordnet sein, so dass das Einführen des
Photovoltaikmoduls mit dem Rückträger in die
Einhängeschiene
von der Schwerkraft unterstützt
wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Rückträger im Querschnitt als Hutprofil,
als V- oder als U-Profil ausgebildet.
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Gemäß dieser
Ausgestaltung wird der Rückträger als
verwindungssteifes Werkstück
gebildet, wobei die wenigstens zwei Klebeflächen an den Schenkeln des Hut-,
V- oder U-Profils
angeordnet sind. Dabei können
die Klebeflächen
sowohl durchgängig
als auch in mehreren Segmenten entlang des Rückträgers gebildet sein, so dass
sie im Wesentlichen parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet
sind. Das Verbindungsstück
und die Klebeflächen
können
als einstückiges
Werkstück
ausgeführt sein.
Dazu können
beispielsweise Stahl- oder
Aluminium-Stangenprofile verwendet werden, die eine einfache und
kostengünstige
Herstellung von Rückträgern ermöglichen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Klebeflächen des Rückträgers mit dem wenigstens einen
Photovoltaikmodul mittels eines Klebestreifens oder mittels einer
Kleberschicht, vorzugsweise einer Leimschicht, verbunden.
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Demgemäß ist es
möglich,
eine stabile und dauerhafte Verbindung zwischen dem Rückträger und
dem Photovoltaikmodul zu schaffen, die darüber hinaus einfach und kostengünstig ist.
Des Weiteren kann durch die Verklebung auch eine elektrische Isolation
zwischen dem Rückträger und
dem Photovoltaikmodul erreicht werden, so dass eine Verdrahtung mehrerer
Photovoltaikmodule ermöglich
wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist darüber hinaus zwischen dem Rückträger und
der Unterkonstruktion eine Trennlage vorgesehen, so dass der Rückträger und
die Unterkonstruktion galvanisch getrennt sind.
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Durch
die Verwendung einer Trennlage kann eine elektrische Isolation erreicht
werden, so dass Kontaktkorrosion vermindert wird, die durch die
Verwendung unterschiedlicher Metalle oder Metallverbindungen für den Rückträger und
den einzelnen Elementen der Unterkonstruktion auftreten könnte. In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Material des Rückträgers so
gewählt,
dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen des wenigstens
einen Photovoltaikmoduls innerhalb vorgegebener Grenzen entspricht.
Demgemäß werden
möglicherweise
auftretende mechanische Spannungen aufgrund von Temperaturwechseln
vermindert oder gänzlich
eliminiert, so dass die Lebensdauer der Photovoltaikanlage verlängert wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind der Rückträger und die Einhängeschiene
mittels einer Klemmverbindung fixiert, die ein Paar von Halteelementen
auf dem Rückträger und
der Einhängeschiene
aufweist.
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Gemäß dieser
Ausgestaltung wird die Ausrichtung der Photovoltaikmodule auf der
Unterkonstruktion und deren Fixierung auf der Unterkonstruktion
in einem einzigen Schritt erreicht, so dass eine zuverlässige und
kostengünstige
und zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen gewährleistet
ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Halteelemente auf jeweils
gegenüberliegenden
Seitenflächen
auf dem Rückträger und
der Einhängeschiene
angeordnet, wobei das erste Halteelement auf der Einhängeschiene
angeordnet ist und das zweite Halteelement auf dem Rückträger angeordnet
ist, dergestalt, dass das erste Halteelement und das zweite Halteelement
ineinander eingreifbar ausgeführt
sind.
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Gemäß dieser
Ausgestaltung ist es möglich, die
Ausrichtung der Photovoltaikmodule auf der Unterkonstruktion und
deren Fixierung auf der Unterkonstruktion ohne Verschraubung zu
erreichen. Folglich ist eine zuverlässige und kostengünstige und
zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen
gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Halteelement der Einhängeschiene
vorstehende Elemente auf.
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Photovoltaikmodule
werden auf der Unterkonstruktion durch Einbringen in die Einhängeschiene
ausgerichtet. Die Fixierung wird auf der Unterkonstruktion durch
die vorstehenden Elemente erreicht, die ein Teil der Halteelemente
bilden. Demgemäß wird eine
Befestigungsmöglichkeit
geschaffen, die ein Abrutschen der Photovoltaikmodule verhindert, da
nach dem Ablegen das Photovoltaikmodul durch die vorstehenden Elemente
gehalten wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das zweite Haltelement des Rückträgers als Öffnungen
ausgebildet, in die die vorstehenden Elemente des ersten Halteelements
der Einhängeschiene
eingreifen.
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Gemäß dieser
Ausgestaltung ist es möglich, die
Photovoltaikmodule auf der Einhängeschiene
zu fixieren, indem die vorstehenden Elemente des ersten Halteelements
der Einhängeschiene
in die Öffnungen
eingreifen, was eine zuverlässige
und kostengünstige
und zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen
gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Halteelement an einem
ersten Ende der Einhängeschiene
angeordnet.
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So
ist es möglich,
die Photovoltaikmodule an einem ersten Ende der Einhängeschiene
einzuhängen,
um die Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Photovoltaikmodulen
zu bestücken.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind darüber hinaus weitere Halteelemente
vorgesehen, die vorzugsweise Schraubverbindungen umfassen.
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Weitere
Halteelemente können
als zusätzliche
Sicherung dienen, und werden angebracht, nachdem die Photovoltaikmodule
bereits in der Einhängeschiene
fixiert sind, was eine zuverlässige
und kostengünstige
und zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen
gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die weiteren Haltelemente an den
ersten Enden gegenüberliegenden
Enden der Einhängeschiene
und des Rückträgers angeordnet.
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Das
Anbringen der weiteren Haltelemente an gegenüberliegenden Enden erhöht die Stabilität der Photovoltaikmodule.
Die zusätzliche
Fixierung kann in einem separaten Arbeitsgang erfolgen, nach dem die
Photovoltaikmodule bereits in der Einhängeschiene fixiert sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Photovoltaikanlage wenigstens
eine erste Pfette und eine zweite Pfette, die mit der Unterkonstruktion
verbunden sind und auf der die Einhängeschiene befestigt ist.
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In
dieser Ausgestaltung wird die Einhängeschiene länger ausgebildet,
um sowohl den Abstand zwischen den beiden Pfetten zu überbrücken als auch
die Rückträger so weit
wie statisch notwendig aufzunehmen. Zusätzlich kann eine Fixierung
der Rückträger an der
Einhängeschiene
mittels Schrauben oder Klemmen erfolgen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der die erste Pfette als Mittelpfette
eingerichtet, die zwischen zwei weiteren Pfetten angeordnet ist.
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In
dieser Ausgestaltung wird die Einhängeschiene nur als kurzes Verbindungsstück, welches das
Einhängen
des unteren und das Einstellen des oberen Moduls ermöglicht ausgeführt. Die
Fixierung der Module erfolgt dann zusätzlich direkt jeweils auf der
unteren oder oberen Pfette.
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In
einer weiteren Ausgestaltung deckt die Einhängeschiene zwei oder mehr Photovoltaikmodule
ab.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
können mehrere
Photovoltaikmodule mittels einer Einhängeschiene zu einem größeren Modul
zusammengefasst werden, das auf die Unterkonstruktion aufbringbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Einhängeschiene in einer vertikalen
Richtung angeordnet.
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Demgemäß sind die
Photovoltaikmodule in Richtung der Schwerkraft auf der Einhängeschiene angeordnet,
so dass die Photovoltaikanlage während des
Aufbaus ohne zusätzliche
Sicherung der Module in der Fixierung ruht, so dass eine zuverlässige und kostengünstige und
zudem einfache und schnelle Installation von Photovoltaikmodulen
gewährleistet
ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Einhängeschiene in einer horizontalen
Richtung angeordnet.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
beispielsweise die Montage der Photovoltaikmodule von der Seite.
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In
einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Photovoltaikmodul
gelöst,
das einen Rückträger aufweist,
der in eine Einhängeschiene
einbringbar ist, wobei der Rückträger auf
der Rückseite des
Photovoltaikmoduls angebracht ist und wenigstens zwei Klebeflächen umfasst,
die in einem Abstand zueinander angeordnet sind und mit einem Verbindungsstück versehen
sind, das in die Einhängeschiene
einführbar
ist.
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Gemäß der Erfindung
wird das Photovoltaikmodul auf der Rückseite, d. h. der der Hauptseinstrahlrichtung
zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie gegenüber liegenden
Seite, mit einem Rückträger versehen.
Der Rückträger dient
dabei als mechanische Verstärkung
des Photovoltaikmoduls, was insbesondere bei großen rahmenlosen Modulen von
Vorteil ist, da eventuell auftretende Spannungen auf die Modulränder vermieden
werden können.
Zur Montage der Photovoltaikmodule wird somit lediglich der Rückträger verwendet,
ohne das Photovoltaikmodul mit einem Rahmen oder ähnlichem
versehen zu müssen.
Darüber
hinaus tritt auch keine Abschattung durch das Montagesystem auf,
so dass eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von Strahlungsenergie
in elektrische Energie erreicht werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Photovoltaikmodul als rahmenloses
Dünnschicht-Photovoltaikmodul
ausgebildet ist.
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Dünnschicht-Photovoltaikmodule
stellen bezüglich
ihres Wirkungsgrades bei der Umwandlung von Strahlungsenergie in
elektrische Energie und den Herstellungskosten eine ausgewogene
und somit kostengünstige
Variante eines Solarmoduls dar.
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In
einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch eine Unterkonstruktion
für eine
Photovoltaikanlage zur Aufnahme eines oder mehrerer Photovoltaikmodule
gelöst,
wobei die Unterkonstruktion eine Einhängeschiene aufweist, die auf
der Unterkonstruktion angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass
ein Photovoltaikmodul mit einem Rückträger in die Einhängeschiene
einbringbar ist.
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Gemäß der Erfindung
wird das Photovoltaikmodul auf der Rückseite, d. h. der der Hauptseinstrahlrichtung
zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie gegenüber liegenden
Seite, mit einem Rückträger versehen.
Der Rückträger wird
in eine auf einer Unterkonstruktion ruhenden Einhängeschiene
eingeführt.
Die Einhängeschiene ist
dabei an die Form des Rückträgers angepasst,
so dass der Rückträger wenigstens
teilweise formschlüssig
in der Einhängeschiene
liegt. Dabei ist die Einhängeschiene
in einer vertikalen Richtung angeordnet, so dass das Einführen des
Photovoltaikmoduls mit dem Rückträger in die
Einhängeschiene
von der Schwerkraft unterstützt
wird.
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In
einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur
Bestückung
einer Photovoltaikanlage gelöst,
das Folgendes umfasst:
- – Bereitstellen einer Unterkonstruktion
zur Aufnahme eines oder mehrerer Photovoltaikmodule, die eine Einhängeschiene
aufweist, die auf der Unterkonstruktion angeordnet ist;
- – Bereitstellen
des eines oder mehrerer Photovoltaikmodule, die jeweils einen Rückträger aufweisen,
wobei der Rückträger auf
der Rückseite
des Photovoltaikmoduls mittels zweier Klebeflächen angebracht ist, die in
einem Abstand zueinander angeordnet sind und mit einem Verbindungsstück versehen
sind;
- – Einbringen
des Photovoltaikmoduls mit dem Rückträger in die
Einhängeschiene.
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Demgemäß erfolgt
eine einfache Montage der Photovoltaikmodule durch Einhängen oder
-stellen, wobei gleichzeitig eine Abrutschsicherung vorgesehen sein
kann. Eine zusätzliche
Fixierung kann in einem separaten Arbeitsgang erfolgen. Die Ausrichtung
der Module ist durch Montage der Einhängeschienen vorgegeben. Eine
komplette Vormontage der Unterkonstruktion ist möglich. Die Photovoltaikmodule
müssen
im letzten Arbeitsgang lediglich eingehängt bzw. eingestellt und eventuell
zusätzlich
fixiert werden. Durch geeignete Wahl der verwendeten Materialien
oder Einsatz zusätzlicher
Trennlagen kann eine galvanische Trennung der Photovoltaikmodule
von der Unterkonstruktion sowie Kontaktkorrosion vermieden werden.
Es ist sowohl eine zweireihige Konstruktion als auch eine dreireihige
Konstruktionen möglich,
die erweitert werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird zur Montage der Einhängeschiene
eine Lehre verwendet.
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Um
eine möglichst
einfache Montage der Photovoltaikmodule zu ermöglichen, ist zur Montage der
Einhangschienen die Verwendung einer Lehre vorgesehen, die die Ausrichtung
der Einhängeschiene
und den Abstand zwischen den Einhängeschienen festlegt, um eine
passgenaue Montage der Photovoltaikmodule zu ermöglichen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen näher
erläutert.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit
den 1 bis 8 beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Dabei sind funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente,
Bereiche und Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Insoweit sich Elemente, Bereiche oder Strukturen in ihrer Funktion
entsprechen, wird deren Beschreibung nicht zu jedem der Ausführungsbeispiele
wiederholt.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1A eine
schematische Perspektivdarstellung einer Photovoltaikanlage gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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1B eine
schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung in einer Draufsicht,
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2 eine
schematische Querschnittsansicht eines Photovoltaikmoduls gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 eine
schematische Perspektivdarstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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4 eine
schematische Querschnittsansicht einer Photovoltaikanlage gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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5 eine
schematische Querschnittsansicht einer Photovoltaikanlage gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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6A bis 6G schematisch
die Montage von Photovoltaikmodulen einer Photovoltaikanlage in
Querschnittsansichten gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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7A bis 7G schematisch
die Montage von Photovoltaikmodulen einer Photovoltaikanlage in
Querschnittsansichten gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, und
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8 ein
Ablaufdiagramm für
ein Verfahren zur Montage von Photovoltaikmodulen gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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1A zeigt
in einer perspektivischen Seitenansicht eine schematische Darstellung
einer Photovoltaikanlage 100. Die Die Photovoltaikanlage 100 weist
mehrere Photovoltaikmodule 102 auf, wobei in 1A die
Photovoltaikmodule 102 von ihrer lichtempfindlichen Seite
her gezeigt sind. Um Elemente, die auf der der lichtempfindlichen
Seite abgewandten Seite angeordnet sind, einer Unterkonstruktion 104 besser
darstellen zu können,
sind zwei Photovoltaikmodule 102 lediglich in ihren Umrissen
gestrichelt eingezeichnet.
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Die
Photovoltaikmodule 102 können in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1A beispielsweise als
rahmenlose Dünnfilm-
bzw. Dünnschichtsolarmodule
ausgeführt.
Die rahmenlosen Dünnschichtsolarmodule
können
beispielsweise als Tandem-Solarzellen
ausgeführt
sein, bei denen unter einer amorphen PIN-Diode als aktive Schicht
eine poly- oder mikrokristalline PIN-Diode angeordnet ist, so dass
sich insgesamt ein höherer
Wirkungsgrad bei der Umwandlung von eintreffender Strahlungsenergie
in elektrische Energie ergibt.
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Die
Ausführungsform
einer Photovoltaikanlage 100 eignet sich besonders aber
nicht ausschließlich
in Verbindung mit rahmenlosen Dünnschichtsolarmodulen
als Photovoltaikmodule 102. Selbstverständlich können die Photovoltaikmodule 102 in
diesem wie auch in allen folgenden Ausführungsbeispielen ebenso (poly-)kristalline
Solarmodule sein.
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Wie
in 1A weiterhin gezeigt ist, umfasst die Photovoltaikanlage
eine Aufständerung 106,
die mit der Unterkonstruktion 104 verbunden ist. Die Aufständerung 106 ist
beispielsweise mittels geeigneter Befestigungselemente in einem
Erdreich verbunden, um eine freie Flächensolaranlage zu bilden.
Es ist aber auch möglich,
die Unterkonstruktion auf einem Gebäudedach oder einem Flachdach
anzubringen. Des Weiteren ist in 1A Einhängeschienen 108 gezeigt,
die mit der Unterkonstruktion 104 verbunden ist. Für jedes
Photovoltaikmodul 102 sind beispielhaft jeweils zwei Einhängeschienen 108 vorgesehen,
die parallel zueinander auf der Unterkonstruktion 104 in einer
vertikalen Richtung angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, eine
andere Anzahl von Einhängeschienen 108 für ein Photovoltaikmodul 102 vorzusehen,
beispielsweise nur eine Einhängeschiene 108 oder
mehr als zwei Einhängeschienen 108.
Wie aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
deutlich wird, dient die Einhängeschiene 108 dazu,
das Photovoltaikmodul 102 aufzunehmen. Dazu ist auf der Rückseite
des Photovoltaikmoduls 102 ein Rückträger 110 angebracht.
Das Photovoltaikmodul 102 mit dem Rückträger 110 ist in der
Einhängeschiene 108 fixiert.
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Die
in 1A gezeigte Photovoltaikanlage 100 dient
lediglich der Erläuterung
bezüglich
des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Es versteht sich für
einen Fachmann von selbst, dass dabei eine unterschiedliche Anzahl
von Photovoltaikmodulen 102 in unterschiedlichen Größen und
Anordnungen verwendet werden kann. So ist die Erfindung nicht auf
zweireihige Anordnungen von Photovoltaikmodulen 102 beschränkt, sondern
lässt sich
beliebig auch auf drei- oder mehrreihige Anordnungen erweitern.
Die Photovoltaikmodule 102 können dabei beliebige Größen aufweisen.
So ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Photovoltaikmodule 102 eine Größe von 5
m2 oder mehr aufweisen.
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Für jedes
Photovoltaikmodul 102 sind beispielhaft jeweils zwei Rückträger 108 vorgesehen, die
parallel zueinander auf der Unterkonstruktion 104 in einer
vertikalen Richtung angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, die
Rückträger 108 in
einer horizontalen Richtung anzuordnen, wie in 1B (links) gezeigt
ist. Des Weiteren ist es ebenso möglich eine andere Anzahl von
Rückträger 108 für ein Photovoltaikmodul 102 vorzusehen,
beispielsweise nur einen Rückträger 108 oder
mehr als zwei Rückträger 108. Eine
weitere Möglichkeit
ist es, jeweils einen oder mehrere Rückträger 108 für zwei oder
mehr Photovoltaikmodule zu verwenden, indem beispielsweise vier
Photovoltaikmodule 102 auf zwei parallel angeordneten Rückträgern 108 angeordnet
werden, wie in 1B (links) gezeigt ist.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden die Halterung
des Photovoltaikmoduls 102 mit dem Rückträger 110 in der Einhängeschiene 108 näher beschrieben. 2 ist
dabei eine Querschnittsansicht durch ein Photovoltaikmodul, das
anhand der Schnittlinie A-B gezeichnet ist, wie in 1A dargestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, umfasst der Rückträger 110 zwei Klebeflächen 112,
die parallel zueinander und mit einem Abstand 114 angeordnet
sind. Zusammen mit einem Verbindungsstück 116, das die beiden
Klebeflächen 112 miteinander
verbindet, wird ein einstückiges
Werkstück
gebildet, das den Rückträger 110 darstellt.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der Rückträger 110 im Querschnitt
als Hutprofil gebildet sein. Es ist aber auch möglich, andere Profilformen, wie
zum Beispiel V- oder U-Profile, zu verwenden. Der Rückträger 110 dient
der mechanischen Stabilisierung des Photovoltaikmoduls 102.
Gemäß einer Ausführungsform
sind die Klebeflächen 112 des Rückträgers 110 mit
dem Photovoltaikmodul 102 mittels eines Klebestreifens
oder mittels einer Klebeschicht verbunden. Die Klebeverbindung dient
zum einen der mechanischen Fixierung des Rückträgers 110 auf dem Photovoltaikmodul 102.
Zum anderen kann die Klebeschicht aber auch eine elektrische Isolierung
bewirken, um das Photovoltaikmodul 102 vom Rückträger 110 elektrisch
zu isolieren. In einer anderen Ausführungsform ist es möglich, zwischen dem
Rückträger 110 und
der Einhängeschiene 108 oder
der Unterkonstruktion 104 eine Trennlage aus elektrisch
nicht leitfähigem
Material anzubringen, um eine galvanische Trennung zur Verringerung
von Kontaktkorrosion hervorzurufen.
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Wie
in 2 weiterhin gezeigt ist, kann der Rückträger 110 in
die Einhängeschiene 108 eingebracht
werden. Dazu weist der Rückträger 110 eine Form
auf, die auf der dem Photovoltaikmodul 102 abgewandten
Seite derjenigen der Einhängeschiene 108 angepasst
ist. Der Rückträger 110 kann
darüber hinaus
so ausgebildet sein, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient
demjenigen des Photovoltaikmoduls 102 innerhalb vorgegebener
Grenzen entspricht, um mechanische Belastungen aufgrund von Temperaturänderungen
zu verringern.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird im Folgenden die Fixierung
des Rückträgers in
der Einhängeschiene
näher beschrieben.
In 3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Rückträgers 110 und der
Einhängeschiene 108 gezeigt.
Gemäß dieser Ausführungsform
erfolgt die Fixierung des Rückträgers 110 und
der Einhängeschiene 108 mittels
einer Klemmverbindung 120. Dazu weisen die Einhängeschiene 108 und
der Rückträger 110 jeweils
Halteelemente auf, die ineinander greifen können. Wie in 3 gezeigt
ist, sind die Halteelemente 124 der Einhängeschiene 108 als
vorstehende Elemente ausgeführt.
Diese können
beispielsweise eine Hakenform aufweisen, wie in 3 gezeigt
ist.
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Das
entsprechende Halteelement 122 des Rückträgers 110 ist als Öffnung ausgebildet.
Dazu kann beispielsweise eine schlitzförmige Öffnung in den Rückträger 110 gestanzt
oder gefräst
werden. Das erste Halteelement 124 der Einhängeschiene 108 und
das zweite Halteelement 122 des Rückträgers 110 greifen ineinander,
sodass der Rückträger 110 mit
dem darauf befindlichen Photovoltaikmodul 102 sicher befestigt
werden kann. In 3 ist dazu lediglich ein Paar
von Halteelementen 122 und 124 gezeigt. Es ist
jedoch auch vorgesehen, dass weitere Halteelemente auf dem Rückträger 110 beziehungsweise
der Einhängeschiene 108 angeordnet
sind, beispielsweise auf den gegenüberliegenden Seitenflächen in
Bezug auf die erste Klemmverbindung 120.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird im Folgenden die Montage
des Photovoltaikmoduls 102 mit dem Rückträger 110 auf der Unterkonstruktion 104 näher beschrieben.
Die Darstellung in 4 folgt dabei einer Querschnittsansicht
entlang der Linie C-D, wie in 1 dargestellt
ist.
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Die
Einhängeschiene 108 ist
auf der Unterkonstruktion 104 in einer vertikalen Richtung,
das heißt
in Richtung des Gravitationsfeldes angeordnet. Die vorstehenden
Elemente 124 auf der Einhängeschiene 108 sind
nach oben gerichtet angeordnet, sodass das Photovoltaikmodul 102 mit
seinem Rückträger 110 aufgrund
der Schwerkraft in den Halteelementen 124 fixiert ist.
Die Photovoltaikmodule 102 werden somit auf der Einhängeschiene 108 befestigt, ohne
dabei eine Schraubverbindung herstellen zu müssen.
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Es
ist jedoch ebenfalls denkbar, die Photovoltaikmodule 102 beziehungsweise
den Rückträger 110 durch
zusätzliche
Schraubverbindungen nach der Herstellung der Klemmverbindung mittels
der Halteelemente 124 zu sichern.
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Die
Einhängeschiene 108 ist
auf der Unterkonstruktion 104 angeordnet, die dazu zwei
Pfetten aufweist, die in horizontaler Richtung laufen. Die untere
Pfette 128 und die obere Pfette 130 können beispielsweise
aus einem Stahl oder Aluminiumstangenprofil hergestellt sein. Die
Einhängeschiene 108 überdeckt
den Bereich zwischen der oberen Pfette 130 und der unteren
Pfette 128 vollständig.
Der Aufbau umfassend die Einhängeschiene 108,
die beiden Pfetten 128 und 130 sowie die Unterkonstruktion 104 können beispielsweise
mittels Schraubverbindungen aufgebaut werden.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist nun eine weitere Ausführungsform
einer Photovoltaikanlage 100 gezeigt. Die Ausführungsform
gemäß 5 unterscheidet
sich von derjenigen gemäß 4 dadurch,
dass die Unterkonstruktion 104 zusätzlich zu der oberen Pfette 130 und
der unteren Pfette 128 eine Mittelpfette 132 aufweist.
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Die
Einhängeschiene 108 ist
bei der Ausführungsform
gemäß 5 in
einem Bereich über
der Mittelpfette 132 angeordnet, ohne den Bereich zwischen
der unteren Pfette 128 und der oberen Pfette 130 vollständig zu überdecken.
Die vorstehenden Elemente 124 der Einhängeschiene 108 greifen
wiederum in die Rückträger 110 der
Photovoltaikmodule 102. Als zusätzliche Sicherung sind an der
oberen Pfette 130 und an der unteren Pfette 180 weitere
Fixierungen 140 ausgebildet, die sowohl als vorstehende
Elemente als auch als Schraubverbindungen ausgebildet sein können.
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Die
in den 4 und 5 beschriebenen Ausführungsformen
zeigen zweireihige Anordnungen von Photovoltaikmodulen 102 für eine Freiflächensolaranlage.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die gezeigten Ausführungsformen
lediglich beispielhaft zu verstehen sind. So ist es möglich, das
in den 4 und 5 gezeigte Konzept auch auf
dreireihige oder mehrreihige Photovoltaikanlagen zu erweitern. Des
Weiteren ist es ebenfalls möglich,
beispielsweise die Aufständerung 106 durch
eine Aufständerung
für eine
Dachmontage zu ersetzen.
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Unter
Bezugnahme auf die 6A bis 6G wird
im Folgenden die Modulmontage einer Photovoltaikanlage gemäß 4 näher beschrieben.
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Ausgangspunkt
der Montage von Photovoltaikmodulen ist eine Unterkonstruktion 104,
die auf der Aufständerung 106 befestigt
ist. Die Unterkonstruktion 104 weist an ihrem unteren Ende
eine untere Pfette 128 und an ihrem oberen Ende eine obere Pfette 130 auf,
wie in 6A gezeigt ist. Die Aufständerung 106,
die Unterkonstruktion 104 sowie die beiden Pfetten 128 und 130 können beispielsweise
mittels Schraubverbindungen aufgebaut werden.
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Wie
in 6B gezeigt ist, erfolgt nachfolgend die Montage
der Einhängeschiene 108.
Diese wird in einer vertikalen Richtung auf der oberen Pfette 130 und
auf der unteren Pfette 128 befestigt. Vorteilhafterweise
kann zur Montage der Einhängeschiene 108 beispielsweise
eine leere verwendet werden. Demzufolge ist es möglich, eine Vielzahl von Einhängeschienen 108 auf
der Unterkonstruktion 104 in einer im Wesentlichen parallelen
Ausrichtung und in einem vorbestimmten, auf die Größe von Photovoltaikmodulen
abgestimmten Abstand anzuordnen.
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Wie
in 6C gezeigt ist, erfolgt nach der Montage der Einhängeschiene 108 das
Einhängen des
unteren Photovoltaikmoduls 102. Das untere Photovoltaikmodul 102 wird
dabei mittels seines Rückträgers 110 in
die vorstehenden Elemente 124 der Einhängeschiene 108 eingeführt.
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Wie
in 6D gezeigt ist, kann das untere Photovoltaikmodul 102 lediglich
eingehängt
werden, sodass zu seiner Befestigung keinerlei Schraubverbindungen
nötig sind.
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Im
nächsten
Schritt, der in 6E gezeigt ist, wird das obere
Photovoltaikmodul 102 mittels seines Rückträgers 110 in die vorstehenden
Elemente 124 der Einhängeschiene 108 eingehängt.
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Im
Ergebnis erhält
man nun eine Photovoltaikanlage 110, bei der die beiden
Photovoltaikmodule 102 in die Einhängeschiene 108 eingehängt sind. Dieser
Vorgang wiederholt sich nun für
eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen 102, die nebeneinander
liegend auf ihren jeweiligen Einhängeschienen 108 befestigt
werden.
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Wie
in 6G gezeigt ist, kann nun optional noch eine Fixierung
der Photovoltaikmodule 102 an der Einhängeschiene 108 durchgeführt werden.
Die Fixierung kann beispielsweise eine Schraubverbindung umfassen,
um die Photovoltaikmodule 102 dauerhaft in der Einhängeschiene 108 zu
halten.
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Die
Bestückung
einer Photovoltaikanlage gemäß 5 wird
im Folgenden anhand der 7A bis 7D näher erläutert.
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Ausgangspunkt
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist eine Unterkonstruktion 104, die eine untere Pfette 128,
eine Mittelpfette 132 und eine obere Pfette 130 umfasst.
Die Unterkonstruktion weist darüber
hinaus eine Aufständerung 106 auf,
wie in 7A gezeigt ist.
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Im
nächsten
Schritt, der in 7B gezeigt ist, erfolgt nun
die Montage der Einhängeschiene 108.
Die Einhängeschiene 108 wird
dabei in einem Bereich über
der Mittelpfette 132 befestigt. Die Einhängeschiene 108 weist
im Bereich zwischen der Mittelpfette 132 und der unteren
Pfette 128 das erste Halteelement in Form von vorstehenden
Elementen 124 auf. Im Bereich zwischen der Mittelpfette 132 und
der oberen Pfette 130 ist ebenfalls ein erstes Halteelement
in Form von vorstehenden Elementen 124 angeordnet.
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Wie
in 7C gezeigt ist, wird nun das untere Photovoltaikmodul 102 in
die vorstehenden Elemente 124 im Bereich zwischen der Mittelpfette
und der unteren Pfette eingehängt.
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Das
fertig eingehängte
Modul ist in 7D zu sehen.
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Im
nächsten
Schritt, der in 7E gezeigt ist, wird nun das
obere Photovoltaikmodul 102 in die Einhängeschiene 108 eingestellt.
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Wie
in 7F gezeigt ist, wird das obere Photovoltaikmodul 102 wiederum
mittels der vorstehenden Elemente 124, die in seinem Rückträger 110 eingreifen,
in Position gehalten.
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Abschließend erfolgt
nun, wie in 7G gezeigt ist, eine Fixierung
der beiden Photovoltaikmodule 102 an der unterer Pfette 128 sowie
an der oberen Pfette 130.
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Die
vorgeschlagene Montagemöglichkeit
der Photovoltaikanlage 100, die in Bezug auf die 6A bis 6G sowie 7A bis 7G erläutert wurde,
macht sich eine Einhängeschiene 108 zunutze,
in die der Rückträger 110 des
Photovoltaikmoduls 102 eingehangen wird. Hierfür ist die
Form der Einhängeschiene 108 an
die des Rückträgers 110 angepasst. Die
Einhängeschiene 108 ist
mit speziellen vorstehenden Elementen 124 ausgestattet,
die beim Einhängen
beziehungsweise Einstellen des Photovoltaikmoduls 102 in
entsprechend geformte Öffnungen im
Rückträger 110 einhaken
und so in einem einzigen Arbeitsschritt die Ausrichtung und Halterung
der Photovoltaikmodule auf der Unterkonstruktion gewährleistet.
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Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf 8 anhand
eines Flussdiagramms Verfahrensschritte zur Bestückung einer Photovoltaikanlage
zusammengefasst.
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In
Schritt 810 erfolgt das Bereitstellen einer Unterkonstruktion 104 zur
Aufnahme eines oder mehrerer Photovoltaikmodule 102, die
eine Einhängeschiene 108 aufweist,
die in einer vertikalen Richtung auf der Unterkonstruktion 104 angeordnet
ist.
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In
Schritt 820 erfolgt das Bereitstellen des eines oder mehrerer
Photovoltaikmodule 102, die jeweils einen Rückträger 110 aufweisen,
wobei der Rückträger 110 auf
der Rückseite
des Photovoltaikmoduls 102 angebracht ist und wenigstens
zwei Klebeflächen 112 umfasst,
die im wesentlichen parallel und in einem Abstand 114 zueinander
angeordnet sind und mit einem Verbindungsstück 116 versehen sind.
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In
Schritt 830 erfolgt das Einbringen des Photovoltaikmoduls 102 mit
dem Rückträger 110 in die
Einhängeschiene 108.
Zusammenfassend ergibt sich eine einfache und kostengünstige Montagemöglichkeit
für großflächige Photovoltaikmodule,
die beispielsweise eine Freiflächensolaranlage
bilden können.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist.