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Die
vorliegende Erfindung betrifft Trägervorrichtungen für Vorrichtungen
zur Nutzung von Sonnenenergie, insbesondere Trägervorrichtungen für Photovoltaik-Module
oder Sonnenkollektoren zur Anordnung auf einem Flachdach.
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Bekannt
sind Trägersysteme
für Photovoltaik-Module
oder Sonnenkollektoren zur Befestigung auf geneigten Dächern. Hierbei
wird üblicherweise die
vorgegebene Dachneigung zum Ausrichten der entsprechenden Module
ausgenutzt, d. h. die Module werden flach auf ein geneigtes Dach
montiert und die Neigung der Module entspricht im Wesentlichen der Neigung
des Daches.
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Für Anordnungen
von Photovoltaik-Modulen oder Sonnenkollektoren auf einem ebenen
Untergrund werden üblicherweise
Einzellösungen
verwendet, welche speziell an den jeweiligen Einsatzbereich angepasst
werden. Um die Energieausbeute zu vergrößern, sind die Module mitunter
beweglich gelagert, damit sie auf die jeweils aktuelle Position
der Sonne ausgerichtet werden können.
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Um
eine ausreichende Standfestigkeit der Trägersysteme mit den montierten
Modulen zu gewährleisten,
ist in der Regel eine feste Verbindung mit dem Untergrund, z. B.
dem Flachdach, erforderlich. Insbesondere bei großflächigen Flachdächern, wie
beispielsweise Flachdächer
von Industrie- und Lagerhallen, ist die Befestigung der Module bzw.
Lagersysteme oft schwierig, da Flachdächer in der Regel größere Gewichtsbelastungen
nur an den Stellen aushalten, an welchen das Flachdach getragen
bzw. gestützt
wird.
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Somit
sind bekannte Trägersysteme
zur Anordnung von Photovoltaik-Modulen oder Sonnenkollektoren auf
ebenem Untergrund, insbesondere auf Flachdächern, oft sehr kostspielig
und somit ist ihr Einsatz aus wirtschaftlicher Sicht oftmals nicht
sinnvoll.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Trägervorrichtung
für Vorrichtungen
zur Nutzung von Sonnenenergie bereit zu stellen, welche einerseits
kostengünstig
ist und andererseits es ermöglicht,
in einfacher Weise Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie auf
einem ebenen Untergrund, insbesondere einem Flachdach, anzuordnen.
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Diese
und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Trägervorrichtungen
gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und
18 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung weist eine Trägervorrichtung für Vorrichtungen
zur Nutzung von Sonnenenergie mindestens zwei dreiecksförmige Träger auf,
auf welchen die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie in einem
Neigungswinkel α zur
Horizontalen anbringbar sind, wobei der Neigungswinkel α mindestens
10° und
höchstens
16° beträgt, und
wobei jeder der dreiecksförmigen
Träger zwei
Auflager aufweist, mittels derer die Trägervorrichtung fixierbar ist
und welche an einer Unterseite des dreiecksförmigen Trägers nahe zweier Ecken des
dreiecksförmigen
Trägers
angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
beträgt
der Neigungswinkel α mindestens
12° und
höchstens
14°; besonders vorteilhaft
ist ein Neigungswinkel α von
ungefähr
14°.
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Zweckmäßigerweise
ist auf den mindestens zwei dreiecksförmigen Trägern eine Vielzahl von Querverstrebungen
angeordnet, welche in einer um den Neigungswinkel α zur Horizontalen
geneigten Ebene liegen und auf welchen die Vorrichtungen zur Nutzung
von Sonnenenergie montierbar sind.
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Vorteilhafterweise
ist die Trägervorrichtung dafür eingerichtet,
die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie, insbesondere Photovoltaik-Module oder
Sonnenkollektoren, auf einem Flachdach anzuordnen.
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Vorteilhafterweise
weisen die dreiecksförmigen
Träger
einen Innenwinkel von ca. 12° bis
14° auf.
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Vorteilhafterweise
weisen die dreiecksförmigen
Träger
einen weiteren Innenwinkel von ca. 76° bis 78° ein.
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Vorteilhafterweise
ist der dreiecksförmige Träger im Wesentlichen
rechtwinklig.
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Vorteilhaft
weist die Trägervorrichtung
ein Windschutzblech auf, welches an den dreiecksförmigen Trägern in
der Weise befestigt ist, dass das Windschutzblech einen Neigungswinkel
zur Horizontalen von ca. 76° bis
78° einschließt und jeweils
an einer Seite der dreiecksförmigen
Träger
anliegt.
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Zweckmäßigerweise
ist das Windschutzblech als Trapezblech oder besonders bevorzugt
als Stahltrapezblech ausgebildet.
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Für die Stabilität und Gewichtübertragung auf
die zwei Auflager sind Träger
besonders geeignet, welche im wesentlichen als rechtwinkliges Dreieck
mit den obengenannten Innenwinkeln ausgebildet sind und an deren
weniger geneigten Seite die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie
mittels der Vielzahl von Querverstrebungen befestigt sind und an
deren stärker
geneigten Seite das Windschutzblech befestigt ist.
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Vorteilhafterweise
sind die mindestens zwei dreiecksförmigen Träger als Fachwerkträger ausgebildet,
um die Stabilität
der Träger
zu erhöhen
und die dafür
erforderliche Gewichtszunahme der Träger zu minimieren.
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Zweckmäßigerweise
sind die mindestens zwei dreiecksförmigen Träger aus Metall oder einer Metalllegierung
gefertigt.
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Besonders
bevorzugt sind die mindestens zwei dreiecksförmigen Träger aus Aluminium gefertigt,
da Aluminium eine gute Festigkeit und eine vergleichsweise geringe
Dichte aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Trägervorrichtung
mindestens zwei Trapezbleche auf, auf welchen die dreiecksförmigen Träger an ihren
jeweils zwei Auflagern befestigt sind.
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Zweckmäßigerweise
sind auf den mindestens zwei Trapezblechen Zusatzlasten angeordnet.
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Somit
ist diese Ausführungsform
der Trägervorrichtung
vorteilhaft dafür
eingerichtet, auf einem im Wesentlichen ebenen Untergrund, insbesondere ein
Flachdach, ohne weitere Befestigungsmittel angeordnet zu werden:
Die Trägervorrichtung
ist an ihren Auflagepunkten bzw. Auflagern fest mit den Trapezblechen
verbunden, welche aufgrund ihrer großen Auflagefläche und
den zusätzlich
angebrachten Gewichten eine gute Standfestigkeit für die Trägervorrichtung
gewährleisten.
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Des
Weiteren wird die Last der Module und der Trägervorrichtung auf die Randbereiche
der Trägervorrichtung übertragen,
so dass bei einer Anordnung der Trägervorrichtung auf einem Flachdach
die Gewichtsbelastung auf die Randbereiche des Flachdaches begrenzt
wird, welche in der Regel größeren Belastungen
standhalten, als den/die nicht gestützten inneren Bereich(e) des
Flachdaches.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Trägervorrichtung für Vorrichtungen zur
Nutzung von Sonnenenergie ein geschlossenes Kastenprofil auf, auf
welchem die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie in einem
Neigungswinkel α zur
Horizontalen anbringbar sind, wobei der Neigungswinkel α mindestens
10° und
höchstens
16° beträgt.
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Vorteilhafterweise
beträgt
der Neigungswinkel α mindestens
12° und
höchstens
14°; besonders vorteilhaft
ist ein Neigungswinkel α von
ungefähr
14°.
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Zweckmäßigerweise
ist auf einer Oberseite des Kastenprofils eine Vielzahl von Trägerstäben bzw.
Modulträgern,
insbesondere Aluminiumträgern, angeordnet,
welche in einer um den Neigungswinkel α zur Horizontalen geneigten
Ebene liegen und auf welchen die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie
montierbar sind.
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Vorteilhaft
ist die Trägervorrichtung
dafür eingerichtet,
auf einem im Wesentlichen ebenen Untergrund ohne weitere Befestigungsmittel
angeordnet zu werden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Kastenprofil im Wesentlichen als gerades Prisma ausgebildet,
dessen Grundfläche
ein Viereck ist, welches vorteilhaft folgende Innenwinkel aufweist:
90° – α, 90° – α und 90° + 2α.
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Zweckmäßigerweise
ist das Kastenprofil aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere
Aluminium, gefertigt.
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Vorteilhafterweise
ist die Trägervorrichtung dafür eingerichtet,
die Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie, insbesondere Photovoltaik-Module oder
Sonnenkollektoren, auf einem Flachdach anzuordnen.
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Die
vorliegenden erfindungsgemäßen Trägervorrichtungen
werden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in den nachfolgenden
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer Schrägansicht;
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2 eine
Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht;
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer Schrägansicht. Abgebildet ist die
kleinste Ausführung
der erfindungsgemäßen Trägervorrichtung,
gewissermaßen
eine Grundeinheit oder Modul, welches zwei dreiecksförmige Träger 11a, 11b,
eine Vielzahl von Querverstrebungen bzw. Modulträgern 12a–12g,
ein Windschutzblech 13 und zwei Trapezbleche 14a, 14b aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Trägervorrichtung
ist dafür
eingerichtet, Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie, insbesondere
Photovoltaik-Module oder Sonnenkollektoren, auf einem ebenen Untergrund,
z. B. einem Flachdach anzuordnen.
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Die
Vorrichtungen zur Nutzung der Sonnenenergie (nicht in 1 abgebildet),
z. B. Photovoltaik-Module oder Sonnenkollektoren, werden an den Modulträgern 12a–12g befestigt.
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Die
erfindungsgemäße Trägervorrichtung
ist jedoch nicht auf das in 1 gezeigte
Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Vielmehr ist die Länge
der Trägervorrichtung
bzw. des Trägersystems über einen großen Bereich
variabel. Insbesondere können
die Modulträger
seitlich über
die dreiecksförmigen
Träger 11a, 11b hinausragen,
um die Auflagefläche
für die
Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie zu vergrößern.
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Um
Spannungen durch z. B. temperaturbedingte Materialausdehnungen im
Trägersystem
klein zu halten, sollte jedoch die Länge der Trägervorrichtung ein Maximalwert
von 10 m nicht wesentlich überschreiten.
Da die dreiecksförmigen
Träger 11a, 11b in
verschiedenen Längen
(z. B. 2 m bis 6 m) ausgeführt
werden können,
ist auch die Breite des Trägersystems
variabel.
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Um
eine gute Stabilität
bei möglichst
geringem Gewicht zu gewährleisten,
sind die dreiecksförmigen
Träger 11a, 11b bevorzugt
aus Aluminium gefertigt, da Aluminium eine gute Festigkeit und eine vergleichsweise
geringe Dichte aufweist.
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Abhängig von
der Gesamtlänge
und -breite der Trägervorrichtung
ist eine Anordnung der dreiecksförmigen
Träger 11a, 11b in
Abständen
von 1 m bis 3 m vorteilhaft. Auch sollte die Größe der Abstände zwischen den Trägern 11a, 11b an
die von der Vorrichtung zu tragenden Last, d. h. die Anzahl und das
jeweilige Gewicht der, z. B., Photovoltaik-Module oder Sonnenkollektoren,
angepasst werden.
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Aus
Stabilitätsgründen sollte
die Länge
der Querverstrebungen bzw. Modulträger 12a–12g und des
Windschutzbleches 13 im Wesentlichen der Gesamtlänge des
Trägersystems
entsprechen, d. h. einteilig ausgebildet sein, da die Modulträger 12a–12g und
insbesondere das Windschutzblech 13 zur horizontalen Aussteifung
beitragen.
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Die
Trapezbleche 14a, 14b bilden die Auflagefläche der
Trägervorrichtung.
Daher ist für
die Trapezbleche 14a, 14b eine Länge von
mindestens 1 m zweckmäßig, um
eine ausreichende Druckverteilung zu gewährleisten. Bei Aufstellung
der Trägervorrichtung
auf einem Flachdach sollten jedoch, um die Wasserführung auf
der Dachfläche
nicht zu stark zu beeinflussen, die Trapezbleche 14a, 14b jeweils
maximal zwei dreiecksförmige
Träger 11a, 11b miteinander
verbinden.
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Die
Trapezbleche 14a, 14b sind bevorzugt aus Stahl
oder Kunststoff gefertigt und dafür eingerichtet, Zusatzlasten,
bspw. Betonquader, aufzunehmen, um die Standfestigkeit der Trägervorrichtung
zu erhöhen.
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Zweckmäßigerweise
werden die Zusatzlasten möglichst
nahe an den Auflagerpunkten der dreiecksförmigen Träger 11a, 11b angeordnet,
bspw. wird jeweils eine Zusatzlast von ca. 25 kg möglichst nahe
an jedem Auflagerpunkt angeordnet.
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Somit
ist diese Ausführungsform
der Trägervorrichtung
vorteilhaft dafür
eingerichtet, auf einem im Wesentlichen ebenen Untergrund, insbesondere Flachdach,
ohne weitere Befestigungsmittel angeordnet zu werden: Die Trägervorrichtung
ist an ihren Auflagerpunkten bzw. Auflagern fest mit den Trapezblechen 14a, 14b verbunden,
welche aufgrund ihrer großen
Auflagefläche
und den zusätzlich
angebrachten Gewichten für
eine gute Standfestigkeit der Trägervorrichtung
sorgen.
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Des
Weiteren wird die Last der Module und der Trägervorrichtung auf die Randbereiche
der Trägervorrichtung übertragen,
so dass bei einer Anordnung der Trägervorrichtung auf einem Flachdach
die Gewichtsbelastung auf die Randbereiche des Flachdaches begrenzt
wird, welche in der Regel größeren Belastungen
standhalten, als die nicht gestützten mittleren
Bereiche des Flachdaches.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Trägervorrichtung
im Wesentlichen die Form eines geraden Prismas auf, welches ein
im Wesentlichen rechtwinkliges Dreieck als Grundfläche, die
dreiecksförmigen
Träger 11a, 11b,
aufweist, wobei das Prisma jedoch an der Grund- und Deckfläche sowie
einem Teil der Mantelfläche
offen ist.
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Eine
erste (offene) Seite der Mantelfläche, welche an die Hypotenuse
der Grundfläche
angrenzt, ist horizontal ausgerichtet.
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Eine
zweite Seite der Mantelfläche
des Prismas, welche von den Vorrichtungen zur Nutzung der Sonnenenergie,
z. B. Photovoltaik-Module oder Sonnenkollektoren gebildet wird,
ist vorteilhafterweise um 12° bis
14° zur
Horizontalen geneigt.
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Eine
dritte Seite der Mantelfläche
des Prismas, welche von dem Windschutzblech 13 gebildet wird,
ist vorteilhafterweise um 76° bis
78° zur
Horizontalen geneigt. Das Windschutzblech 13 ist zweckmäßigerweise
als Trapezblech ausgebildet und bevorzugt aus Stahl gefertigt, da
ein Stahltrapezblech als Windschutzblech einerseits eine gute horizontale Aussteifung
gewährleistet
und durch sein Gewicht (Stahl weist eine deutlich höhere Dichte
als Aluminium auf) die Standfestigkeit der Trägervorrichtung verbessert.
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Das
oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel weist einerseits
eine besonders gute Stabilität
und Standfestigkeit auf und bietet andererseits eine Auflagefläche für die Photovoltaik-Module oder
Sonnenkollektoren mit ausreichender Neigung gegenüber der
Horizontalen, um bei der Energiegewinnung mittels der Photovoltaik-Module
oder Sonnenkollektoren einen ausreichend hohe Ausbeute zu erzielen.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass die für die Energieausbeute günstigste
Neigung von dem Breitengrad des Aufstellungsortes abhängt.
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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Abgebildet
ist ein dreiecksförmiger
Träger 21 mit
den Auflagern 25a, 25b, eine Vielzahl von Modulträgern 22a–22g,
ein Windschutzblech 23 und Trapezbleche 24a und 24b.
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Das
in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend
dem in 1 gezeigtem, jedoch sind die dreieckförmigen Träger als
Fachwerkträger 21 ausgeführt. Durch
ihre zusätzlichen
Verstrebungen bieten die Fachwerkträger 21 gegenüber den
als Dreiecksrahmen ausgebildeten Trägern eine höhere Stabilität. Daher
kann, bei gleichen Anforderung an die Stabilität der jeweiligen Trägervorrichtung,
für die
einzelnen Verstrebungen (d. h. sowohl für den Dreiecksrahmen, als auch
für die
zusätzlichen Verstrebungen)
des Fachwerkträgers 21 (2)
ein Querschnitt gewählt
werden, welcher kleiner ist als der Querschnitt der Verstrebungen
des entsprechenden Dreiecksrahmens 11a, 11b (1).
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Auch
die Verstrebungen des Fachwerkträgers 21 sind
bevorzugt aus Aluminium gefertigt.
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Die
Fachwerkträger 21 sind
bevorzugt wie folgt konstruiert: Auf den langen Seiten des dreieckförmigen Trägers 21 werden
jeweils n äquidistante Punkte
definiert, welche die jeweilige Seite in n + 1 gleichlange Teilstücke unterteilen,
wobei n eine ganze Zahl größer als
2 ist. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt
n = 4. Die zusätzlichen Verstrebungen
verbinden die langen Dreiecksseiten an den definierten Punkten in
der in 2 gezeigten Weise.
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Jeder
der dreiecksförmigen
Träger 21 weist zwei
Auflager 25a, 25b auf, an welchen die Trägervorrichtung
fest mit den Trapezblechen 14a, 14b verbunden
ist und welche an der Unterseite des dreiecksförmigen Trägers 21 nahe zweier
Ecken des dreiecksförmigen
Trägers 21 angeordnet
sind. Bevorzugt wird der dreiecksförmige Träger 21 an seinen Auflagern 25a, 25b an
jeweils zwei benachbarten Stegen des Trapezbleches 14a, 14b befestigt,
wie in 2 zu sehen ist.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht, wobei zum Zwecke der Übersichtlichkeit
das dazugehörige Windschutzblech
nicht abgebildet ist.
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Die
in 3 gezeigte Trägervorrichtung weist
gewissermaßen
zwei Grundmodule mit jeweils zwei dreiecksförmigen Trägern 31a–31d und
zwei Trapezblechen 34a–34d auf.
Die Vielzahl von Querverstrebungen oder Modulträgern 32a–32g verbindet alle
vier dreiecksförmigen
Träger 31a–31d.
Auch das dazugehörige,
jedoch nicht abgebildete Windschutzblech ist einteilig ausgebildet
und verbindet alle vier dreiecksförmigen Träger 31a–31d.
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Die
dreiecksförmigen
Träger 31a–31d können sowohl
als Dreiecksrahmen, als auch als Fachwerkträger ausgebildet sein.
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Auf
der Vielzahl von Modulträgern 32a–32g können die
Vorrichtungen zur Nutzung der Sonnenenergie, bspw. Photovoltaik-Module
oder Sonnenkollektoren, montiert werden.
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Als
ein weiteres, nicht abgebildetes Ausführungsbeispiel wäre auch
eine Trägervorrichtung
bestehend aus drei Grundmodulen mit jeweils zwei dreiecksförmigen Trägern und
zwei Trapezblechen denkbar. Auch hier verbindet eine Vielzahl von
Querverstrebungen oder Modulträgern 32a–32g und
ein Windschutzblech alle (in diesem Fall sechs) dreiecksförmigen Träger.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
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Die
in 4 gezeigte Trägervorrichtung 40 für Vorrichtungen
zur Nutzung von Sonnenenergie umfasst ein geschlossenes Kastenprofil 41,
auf welchem Vorrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie, z. B. Photovoltaik-Module
oder Sonnenkollektoren, in einem Neigungswinkel α zur Horizontalen angebracht
werden können,
wobei der Neigungswinkel α ca.
12° bis
14° beträgt. Besonders
vorteilhaft ist ein Neigungswinkel α von ungefähr 14°.
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Zweckmäßigerweise
ist das Kastenprofil 41 aus Metall oder einer Metalllegierung,
insbesondere Aluminium, gefertigt.
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Zur
Befestigung der z. B. Photovoltaik-Module oder Sonnenkollektoren
ist auf einer Oberseite des Kastenprofils 41 eine Vielzahl
von Trägerstäben bzw. Modulträgern 42,
insbesondere Aluminiumträgern, angebracht.
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Das
in 4 gezeigte Kastenprofil 41 hat im Wesentlichen
die Form eines geraden Prismas, dessen Grundfläche ein Viereck ist, welches
ungefähr die
folgenden Innenwinkel aufweist: 90° – α, 90° – α, 90° + 2α und 90°.
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Aufgrund
der niedrigen und steilen (ca. 74°–78° zur Horizontalen)
Seitenwände
und der nur schwach geneigten (ca. 12°–14° zur Horizontalen) Oberseite,
auf welcher z. B. Photovoltaik-Module oder
Sonnenkollektoren angebracht sind, weist ist die in 4 abgebildete
Trägervorrichtung 40 eine sehr
gute Standfestigkeit auf und ist dafür geeignet, auf einem im Wesentlichen
ebenen Untergrund, insbesondere einem Flachdach, ohne weitere Befestigungsmittel
angeordnet zu werden.
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Die
Abmessungen der oben beschriebenen Trägervorrichtung 40 können frei
variiert werden. Es jedoch zweckmäßig, die Breite des Kastenprofils 41 an
die Abmessungen der anzubringenden Module anzupassen. Vorteilhaft
ist eine Anordnung der Module längsseitig
nebeneinander oder jeweils zwei Module quer übereinander.
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Die
Länge des
Kastenprofils 41 sollte 6 m nicht wesentlich überschreiten,
da ansonsten die Trägervorrichtung 40 nur
schwer zu verschieben bzw. umzustellen wäre und, bei Aufstellung auf
einem Flachdach, die Wasserführung
auf dem Dach zu stark beeinflusst würde.
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Bevorzugt
weist das Kastenprofil 41 bodennah angeordnete Öffnungen
auf, um ggf. eingedrungenes Regenwasser abfließen zu lassen.