DE102010022387A1

DE102010022387A1 - Flachdach-Solareinheit

Info

Publication number: DE102010022387A1
Application number: DE102010022387A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-01

Abstract

Es wird eine Flachdach-Solareinheit mit einem Solarmodul (1) vorgestellt, das unter einem Neigungswinkel in einen auf dem Flachdach (2) aufgesetzten Rahmen (3) eingesetzt ist, wobei die Flachdach-Solareinheit insgesamt nach dem Prinzip einer aerodynamischen Luftströmungsführung gestaltet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine an der Flachdach-Solareinheit vorhandene Rückwand (4) mindestens eine, den Venturi-Effekt erzeugende, beziehungsweise das Gesetz von Bernoulli nutzende Öffnung (5, 6) im oberen, solarmodulnahen Bereich aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdach-Solareinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Montageverfahren zum Aufbau einer derartigen Flachdach-Solareinheit. Darüber hinaus wird ein Solarmodulsystem beschrieben, das mehrere Flachdach-Solareinheiten aufweist.
Flachdach-Solareinheiten der hier betroffenen Art werden auf Flachdächern beziehungsweise auf Dächern mit einer sehr geringen Neigung installiert, die häufig über einen geschlossen, umlaufend ausgeführten und zur Dachfläche erhabenen Randabschnitt, die so genannte Attika, verfügen. Um eine optimale Ausrichtung derartiger Flachdach-Solareinheiten in Sonnenrichtung zu gewährleisten, ist es erforderlich, einen Rahmen für die Aufnahme eines Solarmoduls vorzusehen, der das Solarmodul beispielsweise in einer zur Horizontalen geneigten Position aufnimmt. Diese Ausrichtung bringt jedoch auch Probleme mit sich. Zunächst ist nämlich festzustellen, dass aufgrund der geneigten Anordnung des Solarmoduls in einem Rahmen eine verstärkte Anfälligkeit gegenüber Wind- und Sturm gegeben ist. Nach den gelten Bauvorschriften dürfen Flachdächer nicht durchbohrt werden oder sind sehr aufwendig und damit zeit- und kostenintensiv abzudichten, so dass eine Verankerung des Rahmens direkt im Flachdach nahezu unmöglich ist. Aus diesem Grund werden Flachdach-Solareinheiten bisher zumeist lose auf das Dach aufgesetzt und mit zum Teil aufwendigen Maßnahmen am seitlichen Mauerwerk oder an der Attika befestigt. Diese Befestigungen ändern jedoch nichts an dem Umstand, dass infolge der Montage des Solarmoduls in einem Rahmen eine relativ große Windangriffsfläche gegeben ist und damit insbesondere bei starker Wind die Tendenz zum Abheben gegeben ist oder das Problem einer dynamischen Verformung der gesamten Anlage besteht, was insbesondere für die sensiblen Solarmodule schädlich sein kann.
Neben diesem Problem stellt sich eine weitere Herausforderung bei der Konstruktion und Montage einer Flachdach-Solareinheit. Die zu verzeichnende Erwärmung der einzelnen Solarmodule führt zu einer Stauwärme im Rahmen, also unterhalb des Solarmoduls. Eine derartige Stauwärme wirkt sich jedoch erfahrungsgemäß sehr negativ auf die Leistungsfähigkeit des Solarmoduls aus. So beträgt die übliche Nennbetriebstemperatur von im Einsatz befindlichen Solarmodulen etwa 25°C. Eine Erwärmung des Solarmoduls um lediglich 1°C über dieser Nennbetriebstemperatur führt bereits zu einem Leistungsverlust von 0,5%. Diese Verlustleistung kann jedoch nicht in nutzbare Strom- oder Wärmeenergie umgewandelt werden, so dass hier ein wesentlicher Nachteil gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdach-Solareinheit bereitzustellen, die einerseits möglichst geringe Angriffsflächen bei Wind und Sturm bietet, einfach auf einem Flachdach zu installieren ist und die Möglichkeit bietet, Stauwärme und dadurch eintretende Leistungsverluste zu vermeiden. Darüber hinaus ist ein Montageverfahren zum Aufbau einer Flachdach-Solareinheit anzugeben sowie eine Möglichkeit zu schaffen, Flachdach-Solareinheiten möglichst effektiv auf einer Dachfläche einzusetzen.
Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Flachdach-Solareinheit mit einem Solarmodul, das unter einem Neigungswinkel in einen auf dem Flachdach aufgesetzten Rahmen eingesetzt ist, wobei die Flachdach-Solareinheit insgesamt nach dem Prinzip einer aerodynamischen Luftströmungsführung gestaltet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass eine an der Flachdach-Solareinheit vorhandene Rückwand mindestens eine den Venturi-Effekt erzeugende beziehungsweise das Gesetz von Bernoulli nutzende Öffnung im oberen, solarmodulnahen Bereich aufweist.
Mit der Erfindung wurden die wesentlichen derzeit im Stand der Technik noch gegebenen Nachteile erfolgreich beseitigt. Durch die insgesamt nach dem Prinzip einer aerodynamischen Luftströmungsführung gestaltete Ausführung einer Flachdach-Solareinheit und die hierzu an der Flachdach-Solareinheit angebrachte Rückwand wird gewährleistet, dass eine sehr geringe Windangriffsfläche gegeben ist und damit sowohl die unerwünschte Tendenz zum Abheben, als auch die nachteilige Verformung durch Windeinflüsse vermieden werden. Die Flachdach-Solareinheit nach der Erfindung kann daher mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand auf oder an dem Flachdach verankert werden. Unter Umständen ist sogar ein loses Auflegen der Flachdach-Solareinheit auf das Flachdach, ohne zusätzliche Befestigungen ausreichend, weil durch die genutzte Aerodynamik sogar ein Andruck der gesamten Flachdach-Solareinheit an das Flachdach erfolgt. Dabei ergänzen sich der durch die Luftströmung entstehende Überdruck auf das Solarmodul und der sich unmittelbar anschließende Unterdruck im Bereich der in Hauptströmungsrichtung abfallenden Rückwand sowie der darin vorhandenen Öffnungen in vorteilhafter Weise. Soweit vorstehend oder nachfolgend von „Unterdruck” oder „Überdruck” die Rede ist, versteht sich dies selbstverständlich in Bezug zum Luftdruck der Umgebung.
Darüber hinaus wird durch die wenigstens eine in der Rückwand vorhandene Öffnung eine Strömung erzeugt, die man sich wie eine Kaminwirkung vorstellen kann. Die sich unterhalb des im Rahmen in geneigter Anordnung eingesetzten Solarmoduls durch die Erhitzung ausbildende Stauwärme kann durch eine Überströmung des Solarmoduls im Bereich der Öffnung der Rückwand in Folge des sich ausbildenden Unterdruckes abgesaugt werden, weil durch die Öffnung nach dem Venturi-Effekt beziehungsweise unter Nutzung des Gesetzes von Bernoulli eine Sogwirkung erzeugt wird. Damit ist wirksam die Überhitzung des Solarmoduls vermeidbar. Folglich kann der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Flachdach-Solareinheit gegenüber bekannten Ausführungen entscheidend verbessert werden, weil die als nachteilig erkannte Erwärmung über die Nennbetriebstemperatur vermieden beziehungsweise reduziert werden kann. Es hat sich nämlich auf Grund zahlreicher, sehr aufwändiger Versuche herausgestellt, dass für eine zufrieden stellende Abfuhr der Stauwärme schmale Schlitze innerhalb der Rückwand nicht ausreichend sind.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, dass die Rückwand genau zwei Öffnungen im oberen, solarmodulnahen Bereich aufweist. Diese nach dem Grundgedanken der Erfindung gestalteten Öffnungen werden mit einem optimierten Abstand zueinander in der Rückwand vorgesehen, so dass dadurch die Abführung der entstehenden Stauwärme in effektiver Weise ermöglicht ist. Die Anordnung von lediglich zwei Öffnungen innerhalb der Rückwand ist auch deshalb von Vorteil, da durch diese Öffnungen keine relevante Windangriffsfläche gegeben ist und die Rückwand darüber hinaus eine ausreichende Stabilität gewährleistet beziehungsweise beibehält.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die wenigstens eine Öffnung durch einen teilweise aus der Rückwand ausgestanzten Umformabschnitt gebildet ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass bereits bei der bevorzugt ausschließlich durch Umformungs- und/oder Stanzverfahren erfolgenden, einteiligen Herstellung der Rückwand ein Ausschnitt für jede Öffnung erzeugt wird, der unmittelbar vor der Anbringung der Rückwand am Rahmen beziehungsweise an dem Solarmodul umgebogen und damit für die Montage angepasst wird. Der Umformabschnitt ist und bleibt mit der Rückwand einteilig verbunden, wobei eine Falzkante zur Umbiegung oder Umformung des Umformabschnittes dient. Der Umformabschnitt ist folglich, von der Falzkante abgesehen, aus der Rückwand herausgetrennt.
Als Trennverfahren können außer dem Stanzen auch andere, bekannte Verfahren, wie Sägen, Erodieren oder ähnliche zum Einsatz kommen. Die Rückwand ist ein insgesamt vorgefertigtes Bauteil, das im Vormontagezustand den Vorteil bietet, dass es in einfacher Weise zu lagern und auch mit geringem Platzbedarf zu transportieren ist.
Zur Verbindung der Rückwand mit der Flachdach-Solareinheit wird eine sehr einfache und damit letztlich auch kostengünstige Möglichkeit zur Verfügung gestellt, die darin besteht, dass bei montierter Rückwand eine in die Öffnung eingesetzte Modulklemme an dem Umformabschnitt anliegt, wobei mindestens ein lösbares Verbindungselement durch die Modulklemme und den Umformabschnitt hindurch eine Verbindung der Rückwand mit dem Rahmen bildet. Folglich erfolgt die Montage in dieser Phase des Aufbaus der Flachdach-Solareinheit auf einem Flachdach derart, dass die Modulklemme an den bereits umgebogenen Umformabschnitt angelegt wird und ein Verbindungselement die beiden Bauteile mit dem Rahmen verbindet.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung dieses Gedankens kann als Verbindungselement eine Schraube oder ein Klemmbügel dienen. Sofern Schrauben zur Verbindung von Modulklemme, Umformabschnitt der Rückwand und Rahmen der Flachdach-Solareinheit zum Einsatz kommen, werden bevorzugt selbstprägende beziehungsweise gewindeformende oder gewindefurchende Schrauben verwendet. Die genannten Schraubenarten weisen nämlich einen für Flachdächer wesentlichen Vorteil auf. Sie erzeugen beim Eindrehen in das Gegenstück keine Späne, die bei der Montage der Flachdach-Solareinheit zu Beschädigungen am Flachdach führen könnten. Gewindeformende Schrauben oder selbstformende Schrauben formen selbst ein metrisches Gewinde in ein Sackloch oder ein Durchgangsloch. Diese spanlose Verbindungsart weist ein linear steigendes Drehmoment und ein höheres Anzugsmoment auf, als es bei herkömmlichen Schraubverbindungen der Fall ist. Der normalerweise zusätzlich erforderliche Arbeitsgang des Gewindeschneidens kann folglich bei der Verwendung derartiger Schrauben gänzlich entfallen, wodurch die Herstellung einer erfindungsgemäßen Flachdach-Solareinheit einfacher wird und in kürzerer Zeit möglich ist. Derartig erzeugte Gewinde sind zudem im Vergleich mit herkömmlichen Gewinden wesentlich haltbarer, da sie besser zu der jeweiligen Schraube passen, wobei gleichzeitig ein Effekt der Kaltverfestigung des erzeugten Gewindes eintritt und somit die Verbindung zwischen Schraube und von der Schraube erzeugtem Gewinde eine höhere Festigkeit aufweist, als bei Schraubverbindungen mit geschnittenen Gewinden. Diese Vorteile macht sich die Erfindung insgesamt zunutze, so dass nicht nur kostengünstig und in kürzerer Zeit eine einfachere Ausführung einer Flachdach-Solareinheit bereitgestellt werden kann, als dies bei Lösungen aus dem Stand der Technik der Fall ist, sondern zudem auch der Montageaufwand in erheblichem Maße reduziert wird.
Eine Besonderheit der Gestaltung der wenigstens einen Öffnung wird entsprechend einem weitergehenden Vorschlag darin gesehen, dass jede erfindungsgemäße Öffnung in der Rückwand durch den Umformabschnitt und die an dem Umformabschnitte angesetzte Modulklemme zur Verbindung der Rückwand mit dem Rahmen der Flachdach-Solareinheit einen nahezu vertikalen, also kaminartigen Verlauf aufweist. Durch die Kaminwirkung der Öffnung wird der eingangs bereits beschriebene Sogeffekt erzeugt, der seinen Ausdruck im so genannten Venturi-Effekt und dem mit diesem in Zusammenhang stehenden Gesetz von Bernoulli findet. Durch diese kaminartige Gestaltung der Öffnung in der Rückwand wird folglich ein vollkommen neuer Weg bei der Ausführung einer Flachdach-Solareinheit beschritten.
Dem Bestreben folgend, die erfindungsgemäße Flachdach-Solareinheit insgesamt nach dem Prinzip einer aerodynamischen Luftströmungsführung zu gestalten, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Rückwand im oberen, solarmodulnahen Bereich eine annähernd plan zur Oberfläche des Solarmoduls anliegende Biegekante aufweist. Die Biegekante verfügt dabei über eine Doppelfunktion: einerseits führt sie die Luftströmung in optimierter Weise vom Solarmodul über die Rückwand ab und andererseits dient sie dazu, das Solarmodul zu halten und damit im oder an dem Rahmen zu fixieren, ohne hierfür eine zusätzliche Montage zu erfordern.
Die möglichst übergangsfreie Gestaltung des Abschnittes zwischen Solarmodul und anliegender Rückwand kann auch dadurch umgesetzt werden, dass der Übergangsbereich zwischen Stirnseite der Biegekante und Oberfläche des Solarmoduls durch eine Senke in der Oberfläche des Solarmoduls gebildet wird, die der Materialstärke der Rückwand entspricht oder höchstens mit dem Betrag der Materialstärke der Rückwand über die Oberfläche des Solarmoduls übersteht. Vorrangiges Ziel dieser weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es folglich, Übergänge zwischen Solarmodul und Rückwand möglichst zu vermeiden oder extrem gering zu halten, um dadurch Turbulenzen der Luftströmung verhindern zu können. Hierdurch sollen Einflüsse negativer Art auf die Strömungsführung der Öffnungen vermieden werden. Diesem Ziel folgend kann die Stirnseite der Biegekante auch in Richtung Solarmodul spitz zulaufend ausgeführt sein.
Um die auf das Solarmodul einwirkende Sonnenenergie möglichst maximal ausnutzen zu können, geht das Bestreben dahin, die Solarmodule mit einer möglichst großen Oberfläche zu versehen. Derartig großflächig ausgeführte Solarmodule weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie dem Wind eine erhebliche Angriffsfläche bieten und dadurch verstärkt dazu neigen, durch Windeinflüsse vom Flachdach abzuheben. Diese in Abhängigkeit zunehmender Größe der Fläche der Flachdach-Solareinheit gegebene Problematik kann durch eine sehr vorteilhafte weitere Lösung nach der Erfindung wirksam vermieden werden. Es wurde nämlich erkannt, dass insbesondere die offenen Seitenbereiche von bislang im Einsatz befindlichen Flachdach-Solareinheiten eine erhebliche Angriffsfläche für Wind bieten. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, die Flachdach-Solareinheit an ihren freien Außenseiten mit aerodynamisch geformten Verkleidungsteilen als Windabweiser auszustatten. Dabei können die aerodynamisch geformten Verkleidungsteile in Anlehnung an die Ausführung von Tragflächen von Flugzeugen derart geformt werden, dass durch ein Überstreichen einer Luftströmung, wie sie der Wind darstellt, sogar ein Andruck der gesamten Flachdach-Solareinheit an das Flachdach erfolgt, wie dies bereits durch die Rückwand erreicht wird. Bevorzugt weisen diese aerodynamisch geformten Verkleidungsteile folglich eine flügelähnliche, also dementsprechend gerundete Kontur auf.
Die Erfindung lässt sich selbstverständlich nicht nur als einzelne Flachdach-Solareinheit ausführen. Vielmehr ist es von erheblichem Vorteil, die gesamte Dachfläche auszunutzen, wozu mehrere Flachdach-Solareinheiten miteinander kombiniert werden können. Diese Vielzahl an Flachdach-Solareinheiten bildet folglich ein Solarmodulsystem für ein Flachdach, wobei die einzelnen Flachdach-Solareinheiten nach der Erfindung mit einem möglichst geringen Abstand zueinander angeordnet sein sollten, um auch hier dem Wind beziehungsweise einer Luftströmung eine möglichst geringe Angriffsfläche zu bieten und dadurch einem Abheben der Flachdach-Solareinheiten vom Flachdach entgegenzuwirken. Dies hat den Vorteil, dass eine Beschädigung der Flachdach-Solareinheiten wirksam vermieden werden kann und zudem Unfallgefahren durch das Abheben vermeidbar sind.
Auch bei einem zuvor beschriebenen Solarmodulsystem für ein Flachdach ist es selbstverständlich sinnvoll, die seitlich außen liegenden, freien Außenseiten mit aerodynamisch geformten Verkleidungsteilen als Windabweiser auszustatten. Dabei kann im einfachsten Fall das Solarmodulsystem aus wenigstens einer Reihe nebeneinander angeordneter Flachdach-Solareinheiten bestehen.
Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen kann für eine Flachdach-Solareinheit niemals mit hundertprozentiger Sicherheit ausgeschlossen werden, dass diese einem Verschleiß oder eventuell sich einstellenden Beschädigungen unterliegt. Folglich kann es im Laufe der Betriebszeit einer Flachdach-Solareinheit erforderlich werden, diese ganz oder teilweise auszutauschen. Um dieser Möglichkeit zu entsprechen, wird vorgeschlagen, die Rahmen der einzelnen Flachdach-Solareinheiten eines Solarmodulsystems lösbar miteinander zu verbinden, wobei eine bevorzugte Ausführungsvariante darin besteht, dass die einzelnen Rahmen der Flachdach-Solareinheiten auf Profilschienen montiert sind. Diese Profilschienen erleichtern die Montage der nebeneinander und/oder hintereinander angeordneten Flachdach-Solareinheiten in erheblichem Maße. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Profilschienen eine Anordnung mehrerer Reihen Flachdach-Solareinheiten hintereinander sowie nebeneinander gestatten. Dabei ist es möglich, die Rahmen innerhalb und entlang der Profilschienen verschiebbar anzuordnen. Durch diese sehr vorteilhaften Maßnahmen können die Flachdach-Solareinheiten in Relation zueinander entlang der Profilschienen ausgerichtet werden, was beispielsweise eine optimierte Anordnung mit Hinblick auf die Ausrichtung der maximal erreichbaren Sonnenenergieleistung gestattet.
Für eine möglichst lange Lebensdauer der gesamten Systeme, unabhängig davon, ob es sich um eine einzelne Flachdach-Solareinheit oder ein zuvor beschriebenes Solarmodulsystem handelt, ist es günstig, wenn sämtliche Rahmenbauteile sowie die Profilschienen aus witterungsbeständigen Leichtbaumaterialien mit geringem Gewicht bestehen. Das geringe Gewicht, wie es beispielsweise Materialien wie Kunststoff oder Aluminium beziehungsweise Kunststoffverbundwerkstoffe aufweisen, ist beim Transport sowie bei der Montage der erfindungsgemäßen Flachdach-Solareinheiten von erheblichem Vorteil und belastet das Flachdach in geringerem Maße. Die Witterungsbeständigkeit der genannten Materialien unterstützt die Wartungsfreiheit der gesamten Anlage.
Als Solarmodule für die Flachdach-Solareinheiten nach der Erfindung können Photovoltaik-Elemente oder solarthermische Elemente zum Einsatz kommen.
Ein sehr einfaches Montageverfahren zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Flachdach-Solareinheit weist folgende Verfahrensschritte auf:

– Vorbereitung des Flachdaches und Vormontage des Rahmens,
– Ausrichtung der Profilschienen auf dem mit einer Flachdach-Solareinheit beziehungsweise einem Solarmodulsystem auszustattenden Flachdach,
– Herstellung einer Verbindung zwischen einem vormontierten Rahmen und den Profilschienen,
– Einlegen des Solarmoduls in den Rahmen und Herstellung der erforderlichen Anschlüsse,
– Auflage der Rückwand auf das Solarmodul und Fixierung mittels Modulklemme und Verbindungselement am Rahmen.

Mit diesen wenigen Montageschritten kann eine Flachdach-Solareinheit beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Solarmodulsystem auf einem Flachdach installiert werden. Der Zeit- und Montageaufwand ist dabei sehr gering, weil bereits ein hoher Grad an Vorfertigungsstufen möglich ist. Damit lässt sich das gesamte Solarmodulsystem beziehungsweise die Flachdach-Solareinheit kostengünstig mit geringem Zeitaufwand herstellen und installieren.
Das zuvor in seinen Grundzügen beschriebene Montageverfahren kann erfindungsgemäß weiter verfeinert werden, indem zunächst die Reinigung beziehungsweise Trocknung des Flachdaches durchgeführt wird und anschließend eine korrekte Vermessung des Flachdaches erfolgt. Als Nächstes wird die Vormontage des Rahmens aus einer Rückstrebe, einem Stirnblech, zwei Seitenstreben und zwei Tragstreben durchgeführt. Der somit erzeugte Rahmen kann an einer zuvor auf dem Flachdach ausgerichteten, ersten Profilschiene befestigt werden, wobei sich eine Verbindung des Rahmens mit einer zweiten, parallel zur ersten ausgerichteten Profilschiene anschließt. Der Rahmen ist zwischen den beiden parallel ausgerichteten Profilschienen aufgenommen und kann zur Ausrichtung mit Bezug zu weiteren, nebengeordneten Rahmen entlang der Profilschienen verschoben werden, bevor er endgültig fixiert wird. Die Ausrichtung der Flachdach-Solareinheit erfolgt selbstverständlich in Richtung der maximal zu erreichenden Sonneneinwirkung. Folglich muss auch die Ausrichtung der Profilschienen in dieser Richtung vorgesehen werden. Als nächster Montageschritt folgt das Einhängen eines aerodynamisch geformten Verkleidungsteiles an zumindest einer Rahmenseite. Nach dem Einlegen des Solarmoduls in den Rahmen und der Herstellung der erforderlichen Anschlüsse zum Betrieb des Solarmoduls erfolgt abschließend die Anlage der Rückwand sowie deren Befestigung am Rahmen. Auf diese Weise lassen sich die sehr einfach herstellbaren Rahmen sowohl einzeln auf einem Flachdach ausrichten als auch zu einem Solarmodulsystem zusammenfassen, wodurch die erfindungsgemäßen Flachdach-Solareinheiten mit einfachen und wenigen Schritten montiert werden können.
Zur Verbesserung des Schutzes der Oberfläche des Flachdaches wird entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens vorgeschlagen, eine Bautenschutzmatte unter den Profilschienen beziehungsweise unter der Baueinheit aus Profilschienen und Flachdach-Solareinheit anzuordnen und/oder zum Schutz des Flachdaches im Bereich der Tragstrebe ein Auflageblech unter der Profilschiene beziehungsweise unter der Baueinheit aus Profilschiene und Flachdach-Solareinheit vorzusehen. Durch das Auflageblech wird die Stützkraft, die vom Gewicht des Solarmoduls über die Tragstrebe auf das Flachdach übertragen wird, auf eine größere Fläche übertragen, so dass somit wirksam ein Einprägen und damit möglicherweise die Beschädigung der Oberfläche des Flachdaches auch auf lange Sicht vermieden werden kann. Folglich stellt diese Maßnahme einen Beitrag zur Erhöhung der Lebensdauer des Flachdaches dar.
Eine besonders einfache Variante der Verbindung zwischen Rahmen und Profilschiene wird darin gesehen, dass in der jeweiligen Profilschiene im gelösten Zustand stufenlos in Längsrichtung der Profilschiene verschiebbare Hammerkopfschrauben eingesetzt sind, die mit den Rahmenteilen verbunden werden. Die Hammerkopfschrauben weisen den Vorteil auf, dass sie einerseits eine Verschiebbarkeit gewährleisten und andererseits kein Werkzeug erfordern, das eine Gegenkraft erzeugt. Somit kann mit nur einem Werkzeugschlüssel von einer Seite der Rahmenteile her die Montage zwischen Profilschiene und jeweiligem Rahmenteil erfolgen. Die Montage wird dadurch insgesamt vereinfacht und ist in einer geringeren Zeit durchführbar, als bei bekannten Ausführungen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt keine Einschränkung auf die dargestellte Variante dar, sondern dient lediglich der Erläuterung eines Prinzips der Erfindung. Dabei sind gleiche oder gleichartige Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind. Es zeigt:
1: eine Ansicht auf eine einzelne Flachdach-Solareinheit zwischen zwei Profilschienen und mit einem seitlichen Verkleidungsteil,
2: eine Ansicht auf die in 1 dargestellte Flachdach-Solareinheit von der der verkleideten Außenseite abgewandten Seite mit einem weiteren, bereits an der Profilschiene montierten Rahmen ohne Solarmodul,
3: eine Ansicht einer Flachdach-Solareinheit von der Rückseite her, mit montierter Rückwand,
4: eine vergrößerte Ansicht des Bereiches einer Öffnung der Rückwand im Zustand der Vormontage der Rückwand,
5: eine vergrößerte Ansicht der kaminartig wirkenden Öffnung in der Rückwand im Montagezustand der Rückwand.
Die in der 1 gezeigte Flachdach-Solareinheit verfügt über ein Solarmodul 1, das im vorliegenden Fall mit einer Vielzahl Photovoltaik-Elementen ausgestattet ist. Das Solarmodul 1 als Bestandteil der Flachdach-Solareinheit wird mit einer Neigung in einem Rahmen 3 angeordnet, der auf einem Flachdach 2 eines Gebäudes aufgesetzt ist. Dabei ist für eine erfindungsgemäße Lösung ein Anbohren des Flachdaches nicht erforderlich. Vielmehr ist unter dem Begriff „Aufsetzen” ein loses Auflegen der Flachdach-Solareinheit zu verstehen. Der vormontierbare Rahmen 3 ist zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden und in Richtung der maximal erreichbaren Sonneneinwirkung ausgerichteten Profilschienen 12 und 13 aufgenommen und kann vor seiner endgültigen Fixierung entlang dieser Profilschienen 12, 13 verschoben werden. Diese Verschiebbarkeit erleichtert die Ausrichtung der einzelnen Flachdach-Solareinheiten als Bestandteil eines Solarmodulsystems, welches einen Großteil oder die Gesamtfläche des Flachdaches abdecken kann. Da die in 1 gezeigte Flachdach-Solareinheit als Einzelteil gezeigt ist und insgesamt einen Bestandteil eines Solarmodulsystems bildet, weist die Flachdach-Solareinheit auf der einen, im Bild linken Seite, ein Verkleidungsteil 11 auf, das aerodynamisch gestaltet ist und folglich über eine Schrägstellung verfügt, so dass es als Windabweiser funktioniert. Im vorderen Teil der Darstellung in 1 ist ferner ein Stirnblech 15 zu erkennen, das ebenfalls der Windabschottung dient und eine windabweisende, aerodynamische Gestaltung aufweist. Dabei ist das Stirnblech 15 mit zwei Schuhen 19 und 20 ausgestattet, die einteilig aus dem Stirnblech 15 herausgeformt sind und zur Aufnahme des Solarmoduls 1 dienen. Der besondere Vorzug der Schuhe 19 und 20 besteht dabei darin, dass das Solarmodul 1 lediglich in die Schuhe 19 und 20 eingesetzt und nicht fest mit dem Stirnblech 15 verbunden werden muss. Dadurch vereinfacht sich die Montage der gesamten Flachdach-Solareinheit erheblich. Das Stirnblech 15 ist mittels einfacher Verbindungselemente am Rahmen 3 befestigt. Als Verbindungselemente können hierbei bevorzugt Schrauben zum Einsatz kommen, wobei es sich im dargestellten Beispiel um selbstprägende Schrauben handelt. Zur Verbindung des Rahmens 3 mit den Profilschienen 12 und 13 werden bevorzugt Hammerkopfschrauben zum Einsatz gebracht, da diese einfach und mit nur einem Werkzeug zu montieren sind.
In der 2 wird eine Seitenansicht der bereits im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Flachdach-Solareinheit gezeigt. Hieraus geht deutlicher als aus der 1 hervor, dass mehrere Flachdach-Solareinheiten nach der Erfindung zu einem Solarmodulsystem zusammengefügt werden können. Erkennbar wird dies in der 2 daraus, dass hier mehrere parallel zueinander angeordnete Profilschienen 12 und 13 dazu dienen, hintereinander und nebeneinander einzelne Flachdach-Solareinheiten aufzunehmen. Die vormontierten Rahmen 3 dieser Flachdach-Solareinheiten bestehen dabei jeweils aus einer Rückstrebe 14, zwei seitlichen Tragstreben 17 sowie zwei seitlichen Seitenstreben 16. Im vorderen Bereich stellt die Verbindung zwischen den Seitenstreben 16 das Stirnblech 15 dar, welches mit zwei Schuhen 19 und 20 ausgestattet ist, die einteilig aus dem Stirnblech 15 herausgearbeitet werden und zum Einsetzen des Solarmoduls 1 dienen. Das Solarmodul 1 liegt, wie dies aus der 2 hervorgeht, lose auf den Seitenstreben 16 sowie der Rückstrebe 14 auf. Zur Fixierung des Solarmoduls 1 wird rückseitig eine Rückwand 4 aufgesetzt und in der nachfolgend noch näher zu beschreibenden Weise mit dem Rahmen 3 verbunden. Im Zuge des Bestrebens der Erhöhung der Lebensdauer des Flachdaches ist unter der Tragstrebe 17 jeweils ein Auflageblech 18 vorhanden, das die auf das Flachdach wirkenden Andruckkräfte auf eine relativ große Fläche verteilt. Andeutungsweise sind in der 2 ferner die Anschlüsse erkennbar, die zum Betrieb des Solarmoduls 1 erforderlich sind. Im vorderen Bildteil der 2 ist darüber hinaus ein bereits vormontierter und mit der Profilschiene 12 verbundener weiterer Rahmen 3 zu erkennen, der jedoch hierbei noch kein Solarmodul 1 aufweist.
Die Rückansicht einer einzelnen Flachdach-Solareinheit, wie sie in 3 dargestellt ist, zeigt die auf das Solarmodul 1 aufgelegte Rückwand 4. Der Verbindungsbereich zwischen Rückwand 4 und Solarmodul 1 ist dabei durch eine an der Rückwand 4 ausgebildete Biegekante 10 gebildet. Diese Biegekante 10 weist eine aerodynamisch gestaltete, abgerundete Form auf, so dass die Luftströmung ähnlich der Flügelkontur eines Flugzeuges über das Solarmodul 1 und die Biegekante 10 und nachfolgend die Rückwand 4 abgeführt werden kann. Während dieses Strömungsvorganges überstreicht die Luftströmung auch die in der Rückwand 4 vorhandenen Öffnungen 5 und 6. Die Öffnungen 5, 6 nutzen dabei den Venturi-Effekt beziehungsweise das Gesetz von Bernoulli und befinden sich im oberen, solarmodulnahen Bereich der Flachdach-Solareinheit. Mit andern Worten erzeugt die über das Solarmodul 1 zur Rückwand 4 fließende Luftströmung in den Öffnungen 5 und 6 einen Unterdruck und damit praktisch eine Kaminwirkung, so dass der unterhalb des Solarmoduls 1 sich ausbildende Wärmestau angesaugt und über die Öffnungen 5 und 6 abgeführt wird. Zugleich führt dies jedoch auch zu einer Verbesserung des Andruckes der gesamten Flachdach-Solareinheit an das Flachdach. Im Kontaktbereich zwischen Rückwand 4 und Flachdach 2 ist an der Rückwand 4 eine Auflagefläche 22 angeformt. Diese als einfache Falz- oder Biegekante ausgeführte Auflagefläche 22 wird bereits bei der Herstellung der Rückwand 4 ausgebildet.
In der 4 ist ein Vormontagezustand der Rückwand 4 verdeutlicht. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass die Rückwand 4 einen Umformabschnitt 7 aufweist. Dieser Umformabschnitt 7 wird als ein an drei Seiten aus dem Material der Rückwand 4 ausgeschnittenes oder ausgestanztes Blechelement ausgeführt, das an einer als Falzkante 21 bezeichneten Seite weiterhin mit der Rückwand 4 verbunden bleibt. Auf diese Weise kann die Rückwand 4 nach ihrer Herstellung und bis zu ihrer Montage Platz sparend gelagert und einfach transportiert werden. Die Falzkante 21 weist Querschnittsreduzierungen auf, sodass der Umformabschnitt 7 erst unmittelbar vor der Verbindung der Rückwand 4 mit dem Rahmen 3 der Flachdach-Solareinheit durch den Monteur verbogen beziehungsweise um die Falzkante 21 in Richtung Rahmen 3 verformt werden kann. Durch diese Umformung bei der Montage der Flachdach-Solareinheit wird die Öffnung 5 der Rückwand 4 erzeugt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Umformabschnitt 7 so weit um die Falzkante 21 verformt wird, dass die Öffnung 5 eine vertikale Austrittsöffnung und damit die angestrebte Kaminwirkung erzeugt. Im unteren Bereich des Umformabschnittes 7 ist ferner eine Ausnehmung 23 vorhanden, die später zur Verbindung des Rahmens 3 mit der Rückwand 4 über ein geeignetes Verbindungselement 9 dient. Aus der Darstellung in 4 ist ferner noch einmal deutlich die Biegekante 10 im oberen, solarmodulnahen Bereich der Rückwand 4 erkennbar, die mit einer rundlichen, einem Flügelprofil angeglichen Form ausgestattet ist.
Aus der 5 geht hervor, wie die Rückwand 4 am Rahmen 3 der Flachdach-Solareinheit angebracht ist. Dabei wird zunächst die Rückwand 4 mit ihrer Biegekante 10 lose auf das Solarmodul 1 aufgelegt und anschließend der zuvor umgebogene Umformabschnitt 7 an die Rückseite des Rahmens 3 angelegt. Durch das Ansetzen einer Modulklemme 8, die hierbei als einfaches, im Schnitt annähernd L-förmiges Blech ausgeführt wurde und ebenfalls eine Ausnehmung zur Durchführung des Verbindungselementes 9 aufweist, können die Rückwand 4, das Solarmodul 1 und der Rahmen 3 miteinander verbunden werden. Durch diese wenigen Montageschritte kann die Rückwand an dem Solarmodul 1 befestigt werden, so dass hierdurch insgesamt die Fixierung des Solarmoduls 1 erfolgt. Als Verbindungselement 9 dient auch hierbei eine selbstprägende Schraube, was den Vorteil einer hohen Festigkeit des somit erzeugten Gewindes im Rahmen 3 mit sich bringt und zudem eine spanlose Montage der Flachdach-Solareinheit auf dem Flachdach ermöglicht, die für den Schutz der Oberfläche des Flachdaches von erheblichem Vorteil ist.
Bezugszeichenliste

1: Solarmodul
2: Flachdach
3: Rahmen
4: Rückwand
5: Öffnung
6: Öffnung
7: Umformabschnitt
8: Modulklemme
9: Verbindungselement
10: Biegekante
11: Verkleidungsteil
12: Profilschiene
13: Profilschiene
14: Rückstrebe
15: Stirnblech
16: Seitenstrebe
17: Tragstrebe
18: Auflageblech
19: Schuh
20: Schuh
21: Falzkante
22: Auflagefläche
23: Ausnehmung

Claims

Flachdach-Solareinheit mit einem Solarmodul (1), das unter einem Neigungswinkel in einen auf dem Flachdach (2) aufgesetzten Rahmen (3) eingesetzt ist, wobei die Flachdach-Solareinheit insgesamt nach dem Prinzip einer aerodynamischen Luftströmungsführung gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Flachdach-Solareinheit vorhandene Rückwand (4) mindestens eine, den Venturi-Effekt erzeugende, beziehungsweise das Gesetz von Bernoulli nutzende Öffnung (5, 6) im oberen, solarmodulnahen Bereich aufweist.
Flachdach-Solareinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (4) zwei Öffnungen (5, 6) im oberen, solarmodulnahen Bereich aufweist.
Flachdach-Solareinheit nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (5, 6) durch einen teilweise aus der Rückwand (4) ausgestanzten Umformabschnitt (7) gebildet ist.
Flachdach-Solareinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei montierter Rückwand (4) eine in die Öffnung (5, 6) eingesetzte Modulklemme (8) an dem Umformabschnitt (7) anliegt, wobei mindestens ein lösbares Verbindungselement (9) durch die Modulklemme (8) und den Umformabschnitt (7) hindurch eine Verbindung der Rückwand (4) mit dem Rahmen (3) bildet.
Flachdach-Solareinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungselement (9) eine Schraube oder ein Klemmbügel ist.
Flachdach-Solareinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungselement (9) eine selbstprägende beziehungsweise gewindeformende oder gewindefurchende Schraube ist.
Flachdach-Solareinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (5, 6) durch den Umformabschnitt (7) und die Modulklemme (8) einen nahezu vertikalen, kaminartigen Verlauf aufweist.
Flachdach-Solareinheit nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (4) im oberen, solarmodulnahen Bereich eine annähernd plan zur Oberfläche des Solarmoduls (1) aufliegende Biegekante (10) aufweist.
Flachdach-Solareinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen Stirnseite der Biegekante (10) und Oberfläche des Solarmoduls (1) durch eine Senke in der Oberfläche des Solarmoduls (1) gebildet wird, die der Materialstärke der Rückwand (4) entspricht oder höchstens mit dem Betrag der Materialstärke der Rückwand (4) über die Oberfläche des Solarmoduls (1) übersteht.
Flachdach-Solareinheit nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdach-Solareinheit an ihren freien Außenseiten aerodynamisch geformte Verkleidungsteile (11) als Windabweiser aufweist.
Solarmodulsystem für ein Flachdach (2) mit Flachdach-Solareinheiten nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodulsystem durch eine Mehrzahl, in geringem Abstand zueinander angeordneter Flachdach-Solareinheiten gebildet ist.
Solarmodulsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodulsystem aus mindestens einer Reihe nebeneinander angeordneter Flachdach-Solareinheiten besteht und an den jeweils freien Außenseiten aerodynamisch geformte Verkleidungsteile (11) als Windabweiser aufweist.
Solarmodulsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (3) der einzelnen Flachdach-Solareinheiten lösbar miteinander verbunden und auf Profilschienen (12, 13) montiert sind.
Solarmodulsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (3) innerhalb und entlang der Profilschienen (12, 13) verschiebbar montiert sind.
Flachdach-Solareinheit beziehungsweise Solarmodulsystem nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Rahmenbauteile sowie die Profilschienen (12, 13) aus witterungsbeständigen Leichtbaumaterialien mit geringem Gewicht bestehen.
Flachdach-Solareinheit beziehungsweise Solarmodulsystem nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule Photovoltaikelemente oder solarthermische Elemente sind.
Montageverfahren zum Aufbau einer Flachdach-Solareinheit beziehungsweise eines Solarmodulsystems nach einem der vorstehend genannten Ansprüche auf einem Flachdach (2), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Vorbereitung des Flachdaches (2) und Vormontage des Rahmens (3), – Ausrichtung der Profilschienen (12, 13) auf dem mit einer Flachdach-Solareinheit beziehungsweise einem Solarmodulsystem auszustattenden Flachdach (2), – Herstellung einer Verbindung zwischen einem vormontierten Rahmen (3) und den Profilschienen (12, 13), – Einlegen des Solarmoduls (1) in den Rahmen (3) und Herstellung der erforderlichen Anschlüsse, – Auflage der Rückwand (3) auf das Solarmodul und Fixierung mittels Modulklemme (8) und Verbindungselement (9) am Rahmen (3).
Montageverfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Reinigung beziehungsweise Trocknung des Flachdaches (2), – Vermessung des Flachdaches (2), – Vormontage des Rahmens (3) aus einer Rückstrebe (14), einem Stirnblech (15), zwei Seitenstreben (16) und zwei Tragstreben (17), – Ausrichtung der ersten Profilschiene (12) auf dem mit einer Flachdach-Solareinheit beziehungsweise einem Solarmodulsystem auszustattenden Flachdach (2) in Richtung der maximal zu erreichenden Sonneneinwirkung, – Herstellung einer Verbindung zwischen dem ersten, vormontierten Rahmen (3) und der Profilschiene (12), – Verbindung des Rahmens (3) mit einer zweiten, parallel zur ersten ausgerichteten Profilschiene (13), – Einhängen eines aerodynamisch geformten Verkleidungsteiles (11) an zumindest einer Rahmenseite, – Einlegen des Solarmoduls (1) in den Rahmen (3) und Herstellung der erforderlichen Anschlüsse, – Anlage der Rückwand (4) und Befestigung der Rückwand (4) am Rahmen (3).
Montageverfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz des Flachdaches (2) eine Bautenschutzmatte unter den Profilschienen (12, 13) beziehungsweise unter der Baueinheit aus Profilschienen (12, 13) und Flachdach-Solareinheit angeordnet ist und/oder zum Schutz des Flachdaches (2) im Bereich der Tragstrebe (17) ein Auflageblech (18) unter der Profilschiene (12, 13) beziehungsweise unter der Baueinheit aus Profilschiene (12, 13) und Flachdach-Solareinheit angeordnet ist.
Montageverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Rahmen (3) und Profilschiene (12, 13) durch in der jeweiligen Profilschiene (12, 13) im gelösten Zustand stufenlos in Längsrichtung der Profilschiene (12, 13) verschiebbare Hammerkopfschrauben erfolgt.