DE102009048884A1

DE102009048884A1 - Wasserdichte Dachmatte mit integrierten Befestigungsmitteln für Photovoltaikmodule

Info

Publication number: DE102009048884A1
Application number: DE102009048884A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beck
Original assignee: Adensis GmbH
Current assignee: Belectric GmbH
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Eine geschlossene Fläche bildende Dachmatte (13) aus wasserundurchlässigem Material weist eine Vielzahl von, in einer Rastermatrix angeordneten Befestigungsmitteln (21) für Photovoltaikmodule (23) auf, wobei die Befestigungsmittel (21) dauerhaft mit der Dachmatte (13) verbunden oder in sie integriert sind. Als Vorteil ergibt sich eine einfache Montage über die bereits vorhandene Abstandsvorgabe der Befestigungsmittel zueinander in Verbindung mit einer geschlossenen Dachhaut.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geschlossene Fläche bildende Dachmatte aus wasserundurchlässigem Material. Solche Dachmatten oder Folien sind an sich bekannt und dienen, wie auch ein Zelt, zur Bedachung einer Behausung, eines Carports, etc.
Zur Zeit sind zwei Vorgehensweisen zur Bestückung eines Flach- oder Schrägdaches mit einer Sonnenkollektoranlage üblich, wie sie anhand der 1 und 2 beschrieben werden. Wie es in der 1 gezeigt ist, werden Betonklötze 1 auf das Dach gestellt, mit denen jeweils eine Stützkonstruktion 3 verbunden ist, auf denen konventionelle Photovoltaikmodule 5 in Glasbautechnik montiert werden. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass sie schwer ist und bei der Statik berücksichtigt werden muss. Weiterhin ist der Materialaufwand hoch. Demgegenüber steht der Vorteil einer hohen Effizienz, da Photovoltaikmodule mit einer oder mit zwei Glasscheiben in einem günstigen Winkel montierbar sind.
Die, in der 2 gezeigte, zweite Vorgehensweise sieht vor, auf das Flachdach eine Montagefolie 7 zu kleben und diese mit einer Modulfolie 9 zu verbinden. Diese Ausführung ist mit einer kleinen Dachlast und niedrigen Materialkosten verbunden, weist allerdings die geringe Effizienz von Modulfolien auf. Die Montage ist einfach und günstig, da die Folie 7, 9 lediglich in einer Auf/Abrollrichtung 11 ausgelegt zu werden braucht und mit der Dachhaut durch Kleben oder Schweißen zu verbinden ist.
Aus der früheren Anmeldung EP-A-08 018 443 der Anmelderin ist es weiterhin bekannt, eine Unterlage in der Form eines sich lang erstreckenden Streifens vorzusehen. Die Unterseite der Unterlage weist eine im Wesentlichen ebene Struktur auf, so dass sie mit der Dachhaut gut verbindbar ist. Die Oberseite der Unterlage ist von parallel von Rand zu Rand reichenden Aussparungen quer zu einer Auf/Abrollrichtung unterbrochen, so dass sich von den Aussparungen begrenzte Segmente bilden. In einem Teil der Segmente ist jeweils ein Befestigungsmittel für die Photovoltaikmodule integriert, welche in der Auf/Abrollrichtung in einem vorgegebenen Raster zueinander angeordnet sind. Diese Unterlage ist nur für Dächer mit einer ebenen, glatten Dachhaut aus z. B. Folie, Kupfer- oder verzinktem Blech geeignet, da die Unterlage mit der Dachhaut verklebt oder verschweißt wird. Außerdem ist sie sehr großflächig auszuführen, da die Last der Photovoltaikmodule, sowie Schnee- und Windkräften, von der Unterlage aufgefangen werden müssen.
In der weiteren, zum vorliegenden Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 2009 037 720.4 „Dachbefestigungsunterlage für Photovoltaikmodule auf unebenen Dächern” ist eine Matrix-artige Unterlage beschrieben, die von der Überlegung ausgegangen ist, dass eine Unterlage sinnvoll ist, die lediglich der Ausrichtung und Justierung der einzelnen PV-Module dient, wobei auch die Anforderung zur Kraftaufnahme erfüllt sein muss, davon ausgehend, dass die Dachkonstruktion zur Aufnahme der Kräfte fähig ist.
Entsprechend liegt auch der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine auf- und abrollbare Unterlage anzugeben, die aufgrund ihres geringen Gewichtes leicht zu transportieren und zu handhaben ist, um eine exakte Ausrichtung der PV-Module zueinander zu ermöglichen. Darüber hinaus soll die Unterlage auch für den Einsatz auf unebenen und rauen Oberflächen geeignet sein. Diese zusätzliche Eigenschaft ist insbesondere bei Dächern angesagt, deren Dachhaut aus Schindeln besteht, die an ihren Überlappungen eine Unebenheit wie eine Stufe oder einen Absatz bilden, an denen ein Verkleben oder Verschweißen nicht möglich ist. Dieses ist zum Beispiel bei den in den USA weit verbreiteten Dächern aus gesandeten Teerpappeschindeln der Fall, aber auch bei hiesigen mit Holzschindeln gedeckten Dächern. Schließlich soll vorliegend noch die weitere Aufgabe gelöst werden, dass die Unterlage zusätzlich zu den Justieraufgaben auch noch die Funktion einer alleinigen (ohne eine weitere Dachhaut) Dachhaut erfüllen kann oder aber als redundante Dachhaut dient, falls sie auf einer vorhandenen Dachhaut montiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Unterlage oder Dachmatte eine Vielzahl von, in einer Rastermatrix angeordneten Befestigungsmitteln für Photovoltaikmodule aufweist, wobei die Befestigungsmittel dauerhaft mit der Dachmatte verbunden oder in sie integriert sind. Die Summe der Merkmale erlaubt eine Vormontage der Dachmatte mit den Befestigungsmitteln für die zum Einsatz kommenden PV-Module an den korrekten Stellen. Ist die Dachmatte auf das Dach ausgebracht, sind keine Justierarbeiten mehr erforderlich und die Photovoltaikmodule können in oder an die Befestigungsmittel ein- bzw. angebracht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Dachmatte und die Befestigungsmittel mittels einer Nietverbindung miteinander verbunden sind. Diese ist besonders einfach herzustellen und stellt ein Loch bereit, durch welches bei der späteren Dachmontage der Befestigungsmittel in Form der Modulklammern eine Schraube geführt werden kann, die das Befestigungsmittel seinerseits fest mit der vorhandenen Dachkonstruktion verbindet. Eine Alternative sieht vor, dass die Dachhaut zweilagig ist und zwischen den Lagen das Befestigungsmittel angeordnet ist. Die untere Lage kann dann großflächig durchgehend sein und nur die obere Lage weist Unterbrechungen zur Durchführung des Befestigungsmittels auf.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Befestigungsmittel eine runde oder eine rechteckförmige Metallplatte ist, die im Zentrum ein rundes Loch mit Innengewinde hat und in Bezug auf das Loch zwei sich diametral gegenüberliegende Aussparungen aufweist. Das zentrale Loch mit Innengewinde dient alleine zum Aufnehmen der Spannkräfte, die die Modulklammer als Befestigungsklemmmittel auf die Glas-PV-Module ausübt, wohingegen die sich gegenüberliegenden Aussparungen zur Fixierung der Befestigungsklemme mit der Dachkonstruktion dienen.
Bei einer zweiteiligen Ausführung des Befestigungsmittels mit einem unteren und einem oberen Teil, wie es in der Deutschen Anmeldung 10 2009 039 791.7 „Zum Einsatz für Montageroboter geeignete Modulklemme für Photovoltaikmodule” beschrieben ist, gilt die vorhergehende Betrachtung dann für das untere Teil. Bei diesem zweiteiligen Befestigungsmittel ist nur das erste Teil dauerhaft mit der Dachmatte verbunden oder in sie integriert, und das zweite Teil stellt eine mit dem ersten Teil verbindbare Modulklammer dar. Die Offenbarung der 10 2009 039 791.7 soll bezüglich der Ausgestaltung eines geeigneten Befestigungsmittels mit in diese Anmeldung integriert sein.
Das Material der Dachmatte sollte neben der Dichtigkeit auch leicht und reißfest sein, was auch den Anforderungen an das Material einer LKW-Plane entspricht. Dabei kommen alle zu diesem Zweck eingesetzten Folien oder Planen infrage.
Um ein Einschneiden und eine aufgrund von Scheuerungseffekten möglicherweise auftretende Verletzung der Dachhaut zu vermeiden, hat das Befestigungsmittel abgerundete Ränder.
Bei Verwendung der Dachmatte in Verbindung mit einer unebenen Dachhaut ist es sinnvoll, dass die Unterseite des Befestigungsteils und/oder die Mattenunterseite mit einem dauerelastischen Polster versehen sind. Eine in die Unterkonstruktion eingedrehte Befestigungsschraube durchdringt dieses Polster, wobei durch die Ausführung des Polsters als dauerelastisches Teil eine Selbstabdichtung zwischen der Durchführungsstelle und der Unebenheitsstelle bei der Dachhaut erfolgt.
Es ist möglich, die Dachmatte an einen vorgegebenen oder vorzusehenden Dachstuhl derart anzupassen, dass keine eigene Dachhaut mehr erforderlich ist, weil die Dachmatte selber als Dachhaut dient. Vorraussetzung für diese Ausführung ist es, dass der Sparrenabstand des Dachstuhls identisch ist mit dem Abstand zwischen den Befestigungsmitteln. Die Dachmatte wird dann unmittelbar auf den Dachstuhl montiert und durch die Befestigungsmittel dort fixiert.
Anstelle des genannten Polsters kann am inneren Umfang des durch die Nietverbindung entstandenen Lochs ein Dichtmittel, insbesondere ein wulstartiger Dichtring, vorgesehen sein. Der Dichtring liegt nach der Montage einerseits zwischen dem Kopf der Befestigungsschraube für das Befestigungsmittel und dem Befestigungsmittel und andererseits zwischen dem Befestigungsmittel und der Dachmatte an. Anstelle des Dichtrings kann das Loch der Nietverbindung auch mit einem flexiblen Dichtmittel, insbesondere einer Gummi-Dichtscheibe verschlossen sein. Nach Durchdringen der Schraube liegt die Dichtscheibe elastisch am Umfang der Schraube an und verhindert so ein Eindringen von Regenwasser an dieser Stelle.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:
1 eine bekannte Montageart von Photovoltaikmodulen auf einem Flachdach,
2 eine bekannte Montageart einer Photovoltaikfolie auf einem Flachdach,
3 Eine Aufsicht auf eine Dachmatte mit Befestigungsmitteln und montierten PV-Modulen;
4 eine Schnittdarstellung entlang des Schnitts II-II aus der 3;
5 eine Detailansicht aus der 4;
6 eine Schnittdarstellung entlang einem Schnitt IV-IV aus der 5;
7 eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf das PV-Modul bestückte Dach;
8 die Dachmatte bei Einsatz in Verbindung mit einem Schindeldach; und
9 eine doppellagige Dachmatte mit integriertem Befestigungsteil.
10 die Dachmatte bei Einsatz mit Isolierung auf vorhandener Dachhaut
In den 3 bis 6 ist mit 13 eine Dachmatte oder Unterlage bezeichnet, wie sie auf ein vorhandenes Dach, welches durch Dachsparren 17 und gegebenenfalls durch eine auf die Dachsparren 17 aufgebrachte Verschalung 19 aus z. B. Nut- und Federbrettern aufgebracht ist. In einem regelmäßigen Abstand A zueinander sind paarweise je zwei Befestigungsmittel 21 für Photovoltaikmodule 23 an der Dachmatte 13 befestigt. Die einzelnen Paare von Befestigungsmitteln 21 sind wiederum in einem regelmäßigen Abstand B zueinander angeordnet. Es ergibt sich so eine Reihe 25 von Befestigungsmitteln 21, deren einzelne Befestigungsmittel abwechselnd im Abstand A-B-A-B-A-B usw. angeordnet sind. Bei einer PV-Modulbreite von 120 cm würde der Abstand A ca. 60 cm betragen und der Abstand B wäre einige cm größer, um einen Sicherheitsabstand zwischen den Glasmodulen zu gewährleisten. Wenn es die automatisierte Fertigung der Dachmatte 13 erleichtert, ist es auch möglich, die Abstände A und B gleich groß zu machen, am genannten Beispiel z. B. 62,5 cm. Mehrere dieser Reihen 25 verlaufen in einem Abstand C parallel zueinander, wobei die Befestigungsmittel 21 jeweils untereinander angeordnet sind. Es ergibt sich so eine Anordnung der Befestigungsmittel 21 in einer Matrix, die an die Abmessungen der PV-Module 23 angepasst ist.
In dem Schnitt II-II gemäß der 4 ist es ersichtlich, dass die Dachmatte 13 unmittelbar auf die Dachsparren 17 aufgebracht ist und damit gleichzeitig als Dachhaut dient. Jedes Befestigungsmittel 21 besteht aus einem unteren Teil 21a und einem oberen Teil 21b, wobei nur das untere Teil 21a mit der Dachmatte 13 dauerhaft befestigt ist. Dieses ist deutlicher erkennbar anhand der Detailansicht der 5, die den mit einem Kreis gekennzeichneten Ausschnitt der 4 in Vergrößerung zeigt.
Wie es aus der 5 ersichtlich ist, ist das untere Teil 21a des Befestigungsmittels 21 mit Hilfe von zwei Nieten 27 dauerhaft mit der Dachmatte 13 verbunden. Bei der Montage wird die so gelieferte Dachmatte 13 auf die Dachsparren 17 ausgebreitet. Anschließend wird bei einem Flachdach mit einem beliebigen Rand damit begonnen, die außen am Rand liegenden Befestigungsmittel 21 an die Dachsparren 17 zu fixieren. Bei einem Dach mit Neigung, wird mit einem der horizontal verlaufenden Rändern der Dachmatte 13 begonnen. Die Fixierung erfolgt mittels zweier Holzschrauben 29 über die jeweils ein Dichtring 31 gestreift ist. Nach dem Anziehen der Holzschrauben 29 wird der Dichtring 31 zwischen dem Rand der Niete 27 und dem Kopf der Holzschraube 29 gequetscht, und dichtet so eine mögliche Spaltöffnung ab. Aufgrund der Elastizität der Dachmatte 13 ist es entbehrlich, eine weitere Dichtung vorzusehen. Die beim Vernieten aufgebrachte Kraft reicht aus, das untere Befestigungsteil 21a etwas in die Dachmatte 13 einzupressen, so dass kein Wasser zwischen die Verbindungsstelle eintreten kann.
Aus der 5 ist es weiterhin ersichtlich, wie nach An- oder Auflegen der Photovoltaikmodule 23 das obere Befestigungs- oder Klammerteil 21b mit dem untere Befestigungsteil 21a verschraubt wird. Dazu dient eine Maschinenschraube 33, deren Außengewinde in das Innengewinde einer Sackbohrung oder Bohrung 35 eingreift, die an zentraler Stelle in den Boden des unteren Befestigungsteils 21a eingebracht ist. Durch das Anziehen der Maschinenschraube 33 werden das untere und das obere Befestigungsteil 21a, 21b zueinander hinbewegt, bis sie an dem PV-Modul 23 anliegen und dann durch weiteres Anziehen mit einem definierten Drehmoment verspannt.
Dieses ist auch anhand der 6 ersichtlich, die einen Schnitt IV-IV aus der 5 zeigt. Dort sind zusätzlich ein erstes und ein zweites Schutzgummi 37 bzw. 39 ersichtlich, die dazu dienen ein Verkratzen der Glasscheiben der PV-Module 23 zu verhindern und den Reibungsbeiwert der ansonsten zwischen Glas und Metall vorläge zu erhöhen.
In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Dachmatte 13 nicht direkt auf die Dachsparren 17 montiert ist, sondern auf die Bitumen- oder Holzschindeln 41 einer vorhandenen Dachhaut. Die Schindeln 41 sind dabei wie üblich auf eine Verschalung 19 aufgebracht, die z. B. aus Nut- und Federbrettern besteht. Bei dieser Dachart kann die Matrix der Dachmatte 13 frei gewählt werden, ohne auf die Dachkonstruktion Rücksicht zu nehmen. Oder auch umgekehrt, die PV-Module 23 und die Dachmatte 13 müssen in ihren Maßen nicht an den Sparrenabstand angepasst werden. Bei dieser Verwendung ist es zweckmäßig, wenn die Unterseite der Dachmatte 13 unterhalb der Befestigungsmittel 21 mit einem Polster 43 aus elastischem Material versehen ist. Das Polster 43 dient dazu, den Spalt abzudichten, der sich zwischen der Unterseite der dachmatte 13 und den Schindeln 41 ergeben würde, wenn die Holzschraube 29 auf einen Überschneidungsrand trifft, bei dem sich zwei oder drei Schindeln 41 treffen und einen Absatz bilden.
In der 9 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das untere Befestigungsteil 21a zwischen den beiden Lagen 13a, 13b einer 2-lagigen Dachmatte 13 integriert ist. Die Lage 13a wird dabei durch das Befestigungsmittel 21 nicht verletzt. Sie weist die durch die Holzschrauben 29 verursachten Durchdringungen auf, die durch den Dichtring 31 abgedichtet werden.
In der 10 ist eine Ausführungsform dargestellt bei der die Dachmatte 13 mit einer Isolierung 45 versehen ist, damit sie auf eine unebenen Dachhaut 15 plan aufliegen kann
Bezugszeichenliste

1: Betonklotz
3: Stützenkonstruktion
5: Photovoltaikmodul
7: Montagefolie
9: Modulfolie
11: Auf/Abrollrichtung
13: Dachmatte
13a: obere Dachmatte
13b: untere Dachmatte
15: Dachhaut
17: Dachsparren
19: Verschalung
21a: unteres Befestigungsmittel
21b: oberes Befestigungsmittel
23: Photovoltaikmodul
25: Reihe
27: Niete
29: Holzschraube
31: Dichtring
33: Maschinenschraube
35: Bohrung
37: 1. Schutzgummi
39: 2. Schutzgummi
41: Schindel
43: Polster
45: Isolierung
47: Dachhautträger
49: Kleber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 08018443 A [0004]
DE 102009037720 [0005]
DE 102009039791 [0010, 0010]

Claims

Eine geschlossene Fläche bildende Dachmatte (13) aus wasserundurchlässigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von, in einer Rastermatrix angeordneten Befestigungsmitteln (21) für Photovoltaikmodule (23 aufweist, wobei die Befestigungsmittel (21) dauerhaft mit der Dachmatte (13) verbunden oder in sie integriert sind.
Dachmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dauerhafte Verbindung eine Nietverbindung (27) ist.
Dachmatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zweilagig ist und zwischen den Lagen (13a, 13b) das Befestigungsmittel (21) angeordnet ist.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (21) eine runde oder eine rechteckförmige Metallplatte ist, die im Zentrum ein rundes Loch mit Innengewinde hat und in Bezug auf das Loch zwei sich diametral gegenüberliegende Aussparungen aufweist.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material dem einer LKW-Plane entspricht.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (21) abgerundete Ränder hat, und dass es an der Oberseite der Dachmatte (13) vorgesehen ist.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (21) zweiteilig ist und nur das erste Teil (21a) dauerhaft mit der Dachmatte (13) verbunden oder in sie integriert ist, und dass das zweite Teil (21b) eine mit dem ersten Teil (21a) verbindbare Modulklammer ist.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Befestigungsteils (21) und/oder die Mattenunterseite mit einem dauerelastischen Polster (43) versehen sind.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsrastermaß der Baulänge der verwendeten Photovoltaikmodule (23) plus 3 cm bis 10 cm und das Querrastermaß dem Sparrenabstand des Dachstuhls entspricht.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie unmittelbar auf einen Dachstuhl montiert ist, so dass sie gleichzeitig als einzige Dachhaut dient.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbindung eine Loch aufweist, dessen innerer Umfang mit einem Dichtmittel, insbesondere einem Dichtring (31) versehen ist.
Dachmatte nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbindung ein Loch aufweist, das mit einem flexiblen Dichtmittel, insbesondere einer Gummi-Dichtscheibe verschlossen ist.