DE102008064554A1

DE102008064554A1 - Befestigungssystem für Solarmodule

Info

Publication number: DE102008064554A1
Application number: DE102008064554A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ulrich
Original assignee: Ulrich Siegfried Dipl-Ing
Current assignee: Ulrich Siegfried Dipl-Ing
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die bekannten Befestigungen von Solarmodulen auf Baukörpern, insbesondere Dächern, bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen unterschiedlich gestalteten Elementen, die Verbindungen erfordern. Sie erfordern einen hohen Montageaufwand. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die Befestigung der Module weiter zu verbessern und leichter montierbar auszuführen. Es sollen die Anzahl der unterschiedlichen Elemente verringert werden. Die Montage soll ohne spezielle Werkzeuge möglich sein. Die materialaufwendigen Montageschienen sollen entfallen. Erfindungsgemäß ist eine bekannte Klemmvorrichtung mit einem Befestigungselement derart kombiniert, dass mittels eines Spannbügels die Module gegen das Befestigungselement, welches mit dem Dach verbunden ist, gedrückt werden. Das Befestigungselement ist so ausgebildet, dass es mit geringfügigen Anpassungen universell einsetzbar ist, und zusätzliche Spannkräfte durch Erhitzung nicht auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für Solarmodule von Solaranlagen auf Baukörpern, vorzugsweise auf Dächern.
Zur Befestigung der Solarmodule oder Kollektoren (nachfolgend als Module benannt), die in der Regel gerahmt sind, sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt. Diese sind jedoch mit Mängeln behaftet, die darin bestehen, dass diese einen relativ hohen Montageaufwand erfordern, und materialintensiv gestaltet sind. Dadurch ist auch je nach Ausführungsvariante letztendlich die Montage der Module und des Gestells für die Montage der Module aufwendig und zeitintensiv, sodass die Gesamtkosten relativ hoch sind.
Die meisten der Ausführungsarten der bekannten Montagesysteme beruhen auf einem Grundprinzip, indem auf der Dachhaut bzw. der Dachkonstruktion längs und/oder quer verlaufend Schienen oder ähnlich gestaltete Auflageflächen aufgebracht sind, auf denen mittels speziellen Befestigungsmitteln die Module, vorzugsweise durch Schraub- oder Nietverbindungen befestigt sind. An diese Befestigungen werden auf Grund der Einwirkungen der Witterung (Schneelast, Sturm) hohe Anforderungen gestellt.
Die in letzter Zeit hauptsächlich angewendeten Lösungen bestehen darin, dass in waagerechter Richtung verlaufend 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 verschraubt. Die Halter sind meist u-förmig ausgebildet und mit einem Schenkel auf den Dachsparren oder einer anderen Unterkonstruktion befestigt. Der Halter besteht oft aus mehreren Teilen, und die Schenkel sind mittels Schraubverbindungen einstellbar, um den Abstand zwischen dem Dach und den Modulen anzupassen, bzw. Differenzen auszugleichen.
Es ist auch bekannt, die Module auf Leichtbaudächern, bei denen die Dachhaut aus Trapezblechen besteht, zu montieren. Dazu werden entsprechende Stützbleche auf der Dachhaut aufgebracht und die Module durch Montageelemente mit Schraubverbindungen gehalten, oder die Module werden direkt auf die Unterkonstruktion aufgeschraubt ( EP 1 310 747 A1 ; DE 20 2007 014 258 U1 ; DE 20 2007 012 020 U1 ).
Diese Ausführungen haben den Nachteil, dass die Befestigungselemente an eine bestimmte Ausbildung der Unterkonstruktion gebunden sind, und dass zur Befestigung der Module und der Verbindung von Teilen der Unterkonstruktion Schraubverbindungen Verwendung finden. Diese haben den Nachteil, dass diese Schraubverbindungen durch Witterungseinflüsse schwer wieder lösbar und wiederverwendbar sind, was für das Auswechseln von Modulen ungünstig ist. Außerdem erfordert die Montage den Einsatz von verschiedenen Werkzeugen, sowie eine Vielzahl von unterschiedlichen Montageelementen.
Es ist in jüngster Zeit auch bekannt, zur Beseitigung der vorgenannten Mängel die Befestigung der Module auf dem Baukörper unter Verwendung rhombusförmiger hohler Montageschienen und eines mehrteiligen höhenverstellbaren Dachhaken und speziell geformten Schienen mit zugehörigen Spannbolzen vorzunehmen. Ein Bügel dient der Halterung der Module auf der Montageschiene. Der Bügel ist massiv und vorzugsweise aus flachem Material und auf einer Längsseite offen, und ist in seiner Form so gestaltet ist, dass er auf der Gegenseite der Öffnung in eine längs verlaufende Nut in der Montageschiene einrastet, und im unteren Bereich die Montageschiene geringfügig umgibt.
Der obere Bereich des Bügels ist der Art geformt, dass er den Bolzen im Bereich der exzentrisch eingelassenen Nut zu umschlingt. Diese Schiene ist hutförmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel oberhalb der Module nach außen abgewinkelt sind. In der Schiene bewegt sich der Bolzen, wobei zu beiden Seiten der exzentrischen Nut Bohrungen eingebracht sind, um den Bolzen mittels eines einfachen einsteckbaren Hebels zu drehen und damit den Bügel zu spannen, damit der Bügel die Module gegen die Montageschiene drückt. Im unteren Steg der Schiene ist eine Öffnung eingebracht, durch welche der Bügel von unten durchgeführt wird. ( DE 10 2006 029 396 A1 ; DE 10 2007 039 755 A1 )
Diese Lösung, sowie auch die vorher beschriebenen Ausführungen haben jedoch den wesentlichen Nachteil, dass stets eine Unterkonstruktion aus Stahl oder Aluminium, bestehend aus längs und/quer verlaufenden Profilen erforderlich ist. Diese Konstruktion erfordert neben dem hohen Materialeinsatz einen relativ hohen Arbeitsaufwand bei der Montage und es erhöht außerdem die Belastung der Dachkonstruktion selbst. Verwendete Schraubverbindungen führten auch zu Verspannungen bei Temperaturunterschieden, die zu Schäden an den Modulen führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gesamte Konstruktion zur Halterung der Module einfacher und kostengünstiger zu gestalten und leichter montierbar auszuführen, sowie die Arretierung der Module mechanisch zu verbessern. Die Lösung soll dazu dienen, dass bei der ständig steigenden Anzahl der zu erstellenden Solaranlagen die Kosten für die Herstellung der Befestigungsmittel, Montagezeiten und die Montagekosten erheblich reduziert werden.
Das gesamte Befestigungssystem soll im Wesentlichen für annähernd alle Dachausführungen geeignet sein, und es sollen die Befestigungsmittel so gestaltet sein, dass sie universell einsetzbar sind. Schraubverbindungen sind zu vermeiden. Die Montage, insbesondere die Justierung der Module zueinander soll einfach ohne besondere Werkzeuge möglich sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es zuverhindern, dass die großen auftretenden Temperaturunterschiede zwischen den Befestigungsmittel die in der Sonne angeordnet sind, und denen die im Schatten angeordnet sind, und die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des verwendeten Materials für diese Teile und der Dachmaterialien, die erhebliche mechanische Spannungen hervorrufen, kompensiert werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Befestigungssystem für Module durch Kombination von zum Teil bekannten Mitteln, bestehend aus einer Klemmvorrichtung als eine universell einsetzbare Baugruppe, welche an den Stellen, an denen die Module gehalten werden müssen, und einem Befestigungselement, gegen welches die Module gepresst werden, angeordnet ist. Das Befestigungselement hat die Form einer flachen Schiene und ist relativ kurz. Die Längsseiten sind entgegen der Auflagefläche der Module abgewinkelt. An der Stelle, wo das Befestigungselement anzuordnen ist, ist diese Klemmvorrichtung zwischen jeweils zwei Modulen angeordnet. Die Klemmvorrichtung besteht aus einer U-Schiene, deren Schenkel nach außen derart abgewinkelt sind, dass diese auf den Modulen aufliegen. In der U-Schiene ist ein Bolzen eingesetzt, der eine exzentrische Nut besitzt. In der Nut ist ein Spannbügel eingehängt, der so ausgebildet ist, dass seine beiden Enden durch Einhängen an den gekanteten Längsseiten des Befestigungselements formschlüssig verbunden sind. Durch das Drehen des Bolzens werden die beiden Module gegen das Befestigungselement gedrückt.
Der Spannbügel ist so ausgebildet, dass er in seiner durch das Spannen erzielten Endstellung um die Kante des Befestigungselements derart greift, dass diese dabei verformt werden. Dieser Spannbügel kann ein Stanzteil oder ein Drahtbügel sein. Die Kantung des Befestigungselements sollte derart ausgeführt sein, dass der Spannbügel vor dem Spannen leicht aber sicher einhängbar, aber noch verschiebbar ist.
Es ist auch möglich, das Befestigungselement direkt auf der Dachhaut, vorzugsweise dem Wellblech oder der Folie, oder auch je nach Ausbildung des Daches auch auf der Dachkonstruktion mit Nieten, insbesondere mit Hohlnieten oder Schrauben zu befestigen.
Eine weitere Ausführungsform des gesamten Befestigungssystems besteht darin, wenn die Module mit einer anderen Neigung aufgestellt werden, die von der Schräge des Daches abweicht, was besonders bei sehr schräg gestellten Modulen der Fall ist, dass dann auf der Dachfläche ein Montagwinkel aufgesetzt ist. Dieser Montagewinkel hat die Form ähnlich einem Z, wobei die Abkantungen der Schenkel der jeweiligen Schräge des Daches angepasst ist. Der obere Schenkel, auf dem die Module aufliegen, ist vorteilhaft so gestaltet, dass der Spannbügel formschlüssig in eine Abkantung einrastet.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, wenn die Module in mehreren Reihen hintereinander mit einer von der des Daches abweichenden Neigung, angeordnet sind, dass der Schenkel des Montagewinkels, der auf dem Dach aufliegt, am Ende wieder schräg nach oben abgewinkelt ist, und dass auf diesem Teil des Schenkels das Modul der nächsten Reihe befestigt ist.
Eine weitere Ausführungsform beim Anbringen der Module auf einem Ziegeldach besteht darin, dass das Befestigungselement auf einem an sich bekannten u-förmigen, vorzugsweise zweiteiligen Befestigungswinkel, der unter den Ziegeln mit der Dachkonstruktion verbunden ist, befestigt ist.
Hierbei kann es auch vorteilhaft sein, diesen Schenkel derart auszuführen, dass das Befestigungselement ersetzt wird, indem die Kanten abgewinkelt sind.
Dieses erfindungsgemäße Montagesystem hat die Vorteile, dass nur Stanzteile eingesetzt werden müssen, oder die Teile sind im Strangpressverfahren mit hoher Maßgenauigkeit kostengünstig herstellbar. Die bisher über große Längen auf dem Dach anzubringenden Montageschienen entfallen.
Der Spannbügel zur Halterung der Module auf dem Befestigungselement ist so gestaltet, dass er bei der Montage an beliebiger Stelle auf dem Befestigungselement angeordnet werden kann, um zum endgültigen Platz zu verschieben. Erst zur Arretierung wird mittels des Bolzens in der U-Schiene gespannt. Der Spannbügel wird in das Befestigungselement eingehängt, und durch Drehen des Bolzens werden die Module gegen das Befestigungselement gedrückt und arretiert.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung treten jedoch bei der Montage der Module ein, indem alle bisherigen Verbindungselemente wie Schrauben und Mutter entfallen. Dadurch wird die Montage wesentlich vereinfacht. Zur Montage und dem Ausrichten der Halter auf dem Dach werden keinerlei Werkzeuge benötigt. Auftretende Wärmespannungen werden in diesem Montagesystem kompensiert und können zu keinem Schaden führen.
Die Klemmvorrichtung mit dem Spannbügel gewährleistet eine erforderliche Elastizität der gesamten Befestigung, wodurch vor allem auch Verspannungen der Module bei Temperaturunterschieden verhindert werden.
An einigen Ausführungsbeispielen werden die Merkmale der Erfindung beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in:
1: eine Klemmvorrichtung für die Befestigung eines Moduls mittels einem Befestigungselement als Seitenansicht im Schnitt,
2: die Klemmvorrichtung gem. 1 als Ansicht im Schnitt zwischen zwei Modulen,
3: Herstellen der Verbindung zwischen Spannbügel und Befestigungselement,
4: Schrägstellung des Moduls auf einem Dach mit abweichender Neigung,
5: Montage mehrerer schräg gestellter Modulreihen auf einem Dach,
6: Ausbildung des Befestigungselements.
In 1 und 2 ist die Klemmvorrichtung 1 als Grundbaugruppe für die Befestigung der Module 2 auf der Dachhaut 3 (Trapezblech) gezeigt. Die Klemmvorrichtung 1 besteht aus einer U-Schiene 4, deren Schenkel nach außen gebogen sind. Diese U-Schiene 4 ist zwischen zwei Modulen 2 angeordnet. In der U-Schiene 4 ist ein Bolzen 5 mit einer über dessen Umfang verlaufenden exzentrischen Nut 6 eingebracht. In dieser Nut 6 ist ein Spannbügel 7 eingehängt, der durch eine Öffnung in der U-Schiene 4 reicht und so ausgebildet ist, dass seine Enden 8 mit dem Befestigungselement 9 formschlüssig verbunden sind. In dem Bolzen 5 sind auf dem Umfang Bohrungen 10 eingebracht, in die ein Hebel 11 zum Drehen und damit Spannen des Spannbügels 7 zum Andrücken des Moduls 2 gegen das Befestigungselement 9 eingesetzt werden kann.
Die Enden 8 des Spannbügels 7 sind soweit gespreizt, dass sie das Befestigungselement 9 seitlich umschließen. Das Befestigungselement 9 ist eben, damit es auf der Dachhaut 3, der Oberfläche eines Trapezdaches, aufliegt. In diesem Bereich erfolgt die Befestigung des Befestigungselements 9 mittels Hohlnieten 12. Das Befestigungselement 9 kann kurz gehalten werden, jedoch sollten aus Festigkeitsgründen mindestens zwei Verbindungen mit der Dachhaut 3 vorgesehen werden.
3a zeigt einige mögliche Ausgestaltungen der zu beiden Enden 8 des Befestigungselements 9 sowie die Abkantungen 13 zur formschlüssigen Verbindung des Spannbügels 7 mit dem Befestigungselement 9. In das Befestigungselement 9 sind vorerst beide Spannbügelenden 8 lose eingehängt.
In 3b ist der Spannbügel 7 angezogen, wobei sich die Abkantung des Befestigungselements 9 entsprechend verformt. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, dass der Hacken des Spannbügels 7 nicht bis zum Ende durch die Abkantung ausgefüllt wird. Dadurch soll noch eine Dehnung möglich sein, ohne ungewollte Spannkrafterhöhung bei auftretender Erhitzung durch Sonneneinstrahlung.
In 4 sind die Module 2 schräg zur Dachhaut 3 aufgestellt. Hierbei erfolgt die Befestigung des Moduls 2 an der Unterkante mittels eines einfachen Montagewinkels 14 und eines Halteelements 15, welche die Form eines Z hat. Die Schenkel des Montagewinkels 14 und des Halteelements 15 sind der Schräge des Moduls 2 und der Dachhaut 3 angepasst. Das Befestigungselement 9 für die Module 2 ist entweder auf den Schenkeln des Montagewinkels 14 und/oder des Halteelements 15 befestigt, oder diese Schenkel sind mit der gleichen Abkantung versehen, wie in den vorgenannten Ausführungen, damit das Befestigungselement 9 entfällt.
In 5 sind zwei Module 2 hintereinander angeordnet. In diesem Fall ist der untere Teil der Halteelements 15 verlängert und auch gekantet, um als Auflage und zur Befestigung des folgenden Moduls 2 zu wirken.
In 6 ist gezeigt, wie die Befestigung der Module 2 auf einem breiten Trapezdach erfolgt, was auch analog für ein ebenes Dach möglich ist, wenn der Abstand der Module 2 zur Dachhaut 3 vergrößert werden muss, um eine notwendige Hinterlüftung zu erreichen. Dies Ausführung hat noch den Vorteil, dass in dem Raum zwischen den beiden Schenkeln des Befestigungselements 9 die Führung der Kabel 16 möglich ist, oder es werden in diesem Raum Kabelkanäle, z. B. aus Kunststoff eingelegt.
Das Befestigungselement 9 ist hierbei direkt auf der Dachhaut 3 befestigt, oder es ist auch die Befestigung mittels Stockschrauben in der Dachkonstruktion möglich.
Die Vorteile der Erfindung bestehen im Wesentlichen darin, dass erheblich an Material eingespart wird, indem die Montageschienen in Wegfall kommen. Schraubverbindungen entfallen, wodurch in Verbindung mit den übrigen Montageteilen die Montage stark vereinfacht wird. Alle Teile für die Befestigung sind sehr kostengünstig herstellbar.

1: Klemmvorrichtung
2: Modul
3: Dachhaut
4: U-Schiene
5: Bolzen
6: Nut
7: Spannbügel
8: Spannbügelende
9: Befestigungselement
10: Bohrung
11: Hebel
12: Hohlniet
13: Abkantung
14: Montagewinkel
15: Halteelement
16: Kabel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1310747 A1 [0005]
- DE 202007014258 U1 [0005]
- DE 202007012020 U1 [0005]
- DE 102006029396 A1 [0008]
- DE 102007039755 A1 [0008]

Claims

Befestigungssystem für Solarmodule zur Montage auf beliebigen Dachkonstruktionen und Dachausführungen gestaltet derart, dass – Klemmvorrichtungen (1), zwischen den Modulen (2) an definierten Stellen angeordnet sind, – unter jeder Klemmvorrichtung (1) ein Befestigungselement (9) in Form einer lang gestreckten ebenen Fläche für die Auflage der Module (2), deren Längsseiten entgegen der Auflagefläche für die Module (2) abgewinkelt sind, auf der Dachhaut (3) angeordnet sind, – die Klemmvorrichtungen (1) so gestaltet und angeordnet sind, dass die Module (2) gegen das Befestigungselement ( 9) gedrückt werden, – die Klemmvorrichtung (1) eine U-Schiene (4) ist, deren Schenkel nach außen abgewinkelt sind, und in dieser ein Bolzen (5) gelagert ist, der eine exzentrische Nut (6) besitzt, in der ein Spannbügel (7) eingehangen ist, der das Befestigungselement (9) formschlüssig verbindet.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbügel (7) an seinen Enden so ausgebildet ist, dass er um die Kante des abgewinkelten Befestigungselements (9) greift.
Befestigungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbügel (7) ein Stanzteil oder aus Draht hergestellt ist.
Befestigungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (9) u-förmig ist, und die Schenkel nach außen derart abgewinkelt sind, dass der Spannbügel (7) einhängbar ist.
Befestigungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (9) durch Schrauben, Nieten oder Hohlnieten mit der Dachhaut (3) oder der Unterkonstruktion verbunden ist.
Befestigungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einen bestimmten Neigung der Module (2) zur Schräge der Dachhaut (3) Montagewinkel (14) auf der Dachhaut (3) oder der Dachkonstruktion angebracht sind, deren Ende, auf dem das Modul (2) aufliegt, derart gestaltet ist, dass der Spannbügel (7) formschlüssig einrastet.
Montagesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagewinkel (14) Z-Form hat.
Montagesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagewinkel (14) so ausgebildet ist, dass der auf dem Dach aufliegende Schenkel an einem Ende derart geneigt ist, dass das darauf folgende Modul (2) aufliegt, und dazu dieser Teil so gestaltet ist, dass der Spannbügel (7) formschlüssig einrastet.
Montagssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage der Module (2) auf ein mit Ziegeln gedecktem Dach die Befestigungselement (9) auf den oberen außerhalb der Dachhaut (3) befindlichen Schenkel eines an sich bekannten u-förmigen Befestigungswinkels befestigt ist, wobei wie bekannt der andere Schenkel unter den Dachziegeln auf der Dachkonstruktion befestigt ist.
Montagesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der außerhalb der Dachhaut (3) befindlichen Schenkel des Befestigungswinkels wie das Befestigungselement (9) ausgeführt ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (9) auf Abstand von dem außerhalb der Dachhaut (3) befindlichen Schenkel drehbar ist.