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Die Erfindung betrifft ein Profilblech für die insbesondere unterkonstruktionslose Montage von Photovoltaikmodulen mit im Wesentlichen parallel angeordneten Hochsicken, die jeweils zwei Flanken und einen Trägerabschnitt zur Montage der Photovoltaikmodule aufweisen, eine Photovoltaikanlage mit einem solchen Profilblech sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Photovoltaikanlage.
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Profilbleche sowohl für die Dachdeckung als auch für die Verkleidung von Gebäudefassaden sind bekannt. Des weiteren ist bekannt, an solchen Profilblechen Photovoltaikmodule zur Stromerzeugung zu montieren. Die Anordnung und Gestaltung der Sicken an den verfügbaren Profilblechen orientiert sich jedoch nicht an der Gestaltung verfügbarer Photovoltaikmodule. Damit ist beispielsweise eine ästethisch vorteilhafte, an den Hochsicken der Profilbleche ausgerichtete Befestigung von Photovoltaikmodulen erschwert. Bei einer Einbausituation, die insbesondere aus Gründen der Statik eine Befestigung des Profilblechs an dessen Hochsicken erfordert, um eine ausreichende Klemmlänge der Befestigungsmittel wie z. B. Schrauben bzw. Nieten, gegebenenfalls mit Kalotten zu erreichen, werden Teile dieser Befestigungsmittel wie Schrauben- und/oder Nietkopf sowie Kalotte oder Unterlegscheibe auf dem oberen Abschnitt der Hochsicke angeordnet.
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Auf Profilblechen, deren Befestigung in beschriebener Weise auf den Hochsicken erfolgt, werden Photovoltaikmodule üblicherweise unter Verwendung einer insbesondere aus Strukturbauteilen bestehenden Unterkonstruktion montiert. Eine solche Unterkonstruktion vergrößert aufgrund des benötigten Raums zwischen den Photovoltaikmodulen und dem Profilblech einerseits die Bauhöhe einer solchen Anlage und erhöht andererseits aufgrund der zusätzlich erforderlichen Bauteile den Aufwand und die Kosten für die Befestigung der Photovoltaikmodule.
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Ein weiterer Aspekt bei einer unterkonstruktionslosen Montage von Photovoltaikmodulen an Profilblechen ergibt sich aus den an der Rückseite von Photovoltaikmodulen angeordneten elektrischen Anschlusselementen, die im montierten Zustand im Bereich zwischen Photovoltaikmodul und Profilblech Platz finden müssen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Profilblech zur Verfügung zu stellen, das eine vereinfachte Befestigung von Photovoltaikmodulen auf dem Profilblech ermöglicht, eine Photovoltaikanlage mit einem verbesserten Aufbau sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Photovoltaikanlage.
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Diese Aufgabe wird durch ein Profilblech nach dem unabhängigen Anspruch 1, durch eine Photovoltaikanlage nach dem Anspruch 18 sowie ein Verfahren nach dem Anspruch 28 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen von Profilblech, Photovoltaikanlage und Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung des unabhängigen Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass der an der Oberseite der Hochsicke angeordnete Trägerabschnitt für die Montage von Photovoltaikmodulen frei bleibt, wodurch ein Photovoltaikmodul im Wesentlichen unmittelbar auf der Hochsicke angeordnet und daran insbesondere auch befestigt werden kann. Dadurch kann auf eine die Bauhöhe der Anlage erhöhende Unterkonstruktion verzichtet werden. Gleichzeitig wird eine Befestigung des Profilblechs mit dem Substrat an einem Befestigungsabschnitt ermöglicht, der im oberen Bereich der Hochsicke angeordnet ist. So kann gleichzeitig auch eine vergleichsweise große Klemmlänge von Befestigungsmitteln bei der Befestigung des Profilblechs an einem darunter angeordneten Substrat erreicht werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung in Bezug auf eine Gebäudedeckung beschrieben, wobei das Profilblech an einem Trägergerüst aus Stahl befestigt wird. Es ist jedoch auch im Sinne der Erfindung, das Profilblech auch mit anderen als den beschriebenen Befestigungsmitteln an jeder möglichen Art eines Trägergerüsts oder einer Trägerfläche zu befestigen, weshalb im Folgenden für jede Art Trägereinrichtung der Begriff Substrat verwendet wird. Ebenso ist es möglich, dass das Substrat an einer Seitenfläche bzw. Seitenwand eines Gebäudes oder an einer sonstigen baulichen Einrichtung angeordnet ist. Auch solche Trägereinrichtungen sollen im Folgenden unter einem Substrat verstanden werden.
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Als Unterkonstruktion wird eine insbesondere Strukturbauteile aufweisende Trägereinrichtung verstanden, welche bei bekannten Photovoltaikanlagen zur Befestigung der Photovoltaikmodule an einem Profilblech verwendet wird und dabei – zumindest funktional, üblicherweise jedoch auch räumlich – zwischen dem Profilblech und dem daran befestigten Photovoltaikmodul angeordnet ist und welche einerseits mit dem Profilblech oder durch dieses hindurch unmittelbar mit dem Substrat und andererseits mit dem Photovoltaikmodul verbunden ist. Als unterkonstruktionslose Montage eines Photovoltaikmoduls wird daher im Sinne der Erfindung eine Montage eines solchen Moduls räumlich im wesentlichen unmittelbar auf dem Profilblech verstanden.
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Ein Profilblech im Sinne dieser Erfindung erstreckt sich zwischen zwei parallel angeordneten Ebenen, wobei das Profilblech außerhalb der Hochsicken im wesentlichen in der unteren Ebene verläuft. Aus dieser unteren Ebene erheben sich im Wesentlichen parallel angeordnete Hochsicken, deren sich zwischen unterer und oberer Ebene erstreckende Abschnitte als Flanken bezeichnet werden. Der Abschnitt einer Hochsicke, der zwischen ihren beiden Flanken in der oberen Ebene verläuft, wird als Trägerabschnitt bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist an mindestens einer der Flanken jeder Hochsicke in einem Abstand von der oberen Ebene des Profilblechs – in welcher sich die Trägerabschnitte erstrecken – ein im wesentlichen parallel zu dieser Ebene angeordneter Befestigungsabschnitt ausgebildet. Die Ebene, in dem sich die Befestigungsabschnitte erstrecken, befindet sich damit unterhalb der oberen Ebene der Trägerabschnitte und somit zwischen unterer und oberer Ebene. Der Befestigungsabschnitt ist für die Befestigung des Profilblechs an einem Substrat vorgesehen. Dadurch, dass der Befestigungsabschnitt in einem Abstand unterhalb des Trägerabschnitts ausgebildet ist, ist es möglich, auf dem Befestigungsabschnitt Teile der Befestigungsmittel wie Schrauben- oder Nietköpfe mit gegebenenfalls erforderlichen, darunter angeordneten Scheiben oder Kalotten anzuordnen, ohne eine im wesentlichen unmittelbare Montage von Photovoltaikmodulen auf dem Trägerabschnitt zu beeinflussen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Befestigungsabschnitt als durchlaufende Abkantung ausgebildet. Durch die Abkantung entsteht eine durchgehende Stufe in der Flanke der Hochsicke. Alternativ ist es aber auch möglich, den Befestigungsabschnitt durch mehrere – vorzugsweise für sich einzelne – Einprägungen in der Flanke der Hochsicke auszubilden, wobei mittels einer Einprägung ein ebener Abschnitt in der Flanke der Hochsicke ausgeformt wird, der sich – ebenso wie ein durch eine durchgehende Abkantung ausgeformter Befestigungsabschnitt – in einer parallel zur oberen Ebene verlaufenden Ebene erstreckt. Unabhängig davon, ob der Befestigungsabschnitt durch eine Abkantung oder mittels Einprägungen ausgebildet ist, stellt dieser eine parallel zur oberen Ebene – zwischen dieser und der unteren Ebene – liegende Auflagefläche für ein Befestigungsmittel, welches bevorzugt zumindest das Profilblech mit einem darunter liegenden Substrat verbindet, zur Verfügung.
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Bevorzugt beträgt der Abstand des Befestigungsabschnitts von der oberen Ebene des Profilblechs – und somit auch vom Trägerabschnitt – weniger als die Hälfte des Abstands zwischen der unteren und der oberen. Ebene, bevorzugt weniger als ein Drittel und besonders bevorzugt weniger als ein Viertel des Abstands zwischen der unteren und oberen Ebene. Der Abstand des Befestigungsabschnitts von der oberen Ebene entspricht dabei bevorzugt mindestens der Höhe von an der Außenseite des Profilblechs üblicherweise angeordneten Teile von Befestigungsmitteln wie Schraubenkopf samt Unterlegscheibe. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand weniger als 5 cm, insbesondere weniger als 3 cm und besonders bevorzugt weniger als 2 cm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand 1,5 cm. Dadurch wird gewährleistet, dass im montierten Zustand keine Bereiche der Befestigungsmittel über die obere Ebene hinausragen und so eine unmittelbare Anordnung eines Solarmoduls auf dem Trägerabschnitt möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist an jeder der beiden Flanken der Hochsicke ein Befestigungsabschnitt ausgebildet. Hieraus ergibt sich eine gewisse Flexibilität bei der Montage der Profilbleche auf dem Substrat bezüglich der Anordnung der Befestigungsmittel. Ferner sind bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die zwei Befestigungsabschnitte in einem unterschiedlichen Abstand von der oberen Ebene angeordnet. Damit kann bei der Montage der einerseits bezüglich der Höhe der auf dem Befestigungsabschnitt aufliegenden Teile des Befestigungsmittels und andererseits bezüglich der zur Verfügung stehenden Klemmlänge der Befestigung der jeweils besser geeignete Befestigungsabschnitt ausgewählt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Hochsicken im Wesentlichen parallel zueinander und sind so voneinander beabstandet, dass die Ränder eines auf dem Profilblech montierbaren Photovoltaikmoduls in einer Montageposition – d. h. entweder ist bei üblicherweise rechteckigen Photovoltaikmodulen die längere oder die kürzere Seite in Richtung der Hochsicken ausgerichtet – jeweils im Bereich des Trägerabschnitts einer Hochsicke verlaufen. Neben ästhetischen Vorteilen wird hierdurch eine statisch vorteilhafte Verbindung zwischen dem Trägerabschnitt und dem Rand eines Photovoltaikmoduls ermöglicht. Dabei können die Hochsicken so weit voneinander beabstandet sein, dass die Ränder eines montierbaren Photovoltaikmoduls im Bereich der Trägerabschnitte von zwei benachbarten Hochsicken verlaufen. Es ist aber auch möglich, dass zwischen den beiden Hochsicken, bei welchen vorzugsweise im Bereich der Trägerabschnitte die Ränder eines montierbaren Photovoltaikmoduls verlaufen, noch ein, zwei, drei, vier, fünf oder mehr weitere Hochsicken mit Trägerabschnitten angeordnet sind.
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Bei einem in der Draufsicht üblicherweise rechteckig ausgebildeten Photovoltaikmodul befinden sich die elektrischen Anschlusselemente auf der Rückseite (sonnenabgewandt) etwa in der Mitte der kürzeren Seite, einige Zentimeter vom Rand eingerückt. Daher ist es bevorzugt, ein solches Modul so am Profilblech zu montieren, dass die längere Seite in Richtung der Hochsicken verläuft und die Ränder bevorzugt im Bereich der Trägerabschnitte von zwei Hochsicken verlaufen. Zwischen diesen beiden Hochsicken ist bevorzugt eine gerade Zahl weiterer Hochsicken angeordnet, so dass im – in Längsrichtung – mittleren Bereich des Photovoltaikmoduls, dort, wo die elektrischen Anschlusselemente angeordnet sind, das Profilblech keine Hochsicke aufweist. Hierdurch können an dieser Position die elekrischen Anschlusselemente von Photovoltaikmodulen aufgenommen werden.
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Wird das Photovoltaikmodul so montiert, dass dessen kürzere Seiten an den Hochsicken des Profilblechs ausgerichtet sind, so ist es bevorzugt, dass die Hochsicken so weit voneinander beabstandet sind, dass die elektrischen Anschlusselemente vom Zwischenraum zwischen der Hochsicke, in deren Trägerabschnitt der den elektrischen Anschlusselementen benachbarte Rand des Photovoltaikmoduls verläuft und der zu dieser Hochsicke benachbarten Hochsicke, aufgenommen werden. Bevorzugt ist der Raum zwischen zwei Hochsicken grundsätzlich zumindest so groß, dass darin die elektrischen Anschlusselemente eines am Profilblech montierbaren Photovoltaikmoduls aufnehmbar sind.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beginnt das Profilblech an einem Rand vor einer Hochsicke im Bereich der vom Profilblech abgewandten Flanke und endet am gegenüberliegenden Rand nach einer Hochsicke ebenfalls im Bereich der vom Profilblech abgewandten Flanke. Damit endet das Profilblech an beiden Seiten jeweils außerhalb des Trägerabschnitts an einer Hochsicke. Besonders bevorzugt ist dabei, dass – sofern an dieser Flanke ein Befestigungsabschnitt ausgebildet ist – das Profilblech an dieser Flanke nicht vor dem Ende des Befestigungsabschnitts endet. So ergibt sich vorzugsweise auch eine Gestaltung, die sich hinsichtlich einer Vermeindung des Eindringens von Wasser zwischen die überlappenden Bereiche günstig auswirkt.
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Bei der Montage mehrerer solcher Profilbleche ist es möglich, durch ein Übereinanderlegen der Randbereiche zwei Profilbleche formschlüssig miteinander zu verbinden. Die Trägerabschnitte und bevorzugt auch die Befestigungsabschnitte der übereinander liegenden Hochsicken überlappen dabei. Besonders bevorzugt ist es, dass die Profilbleche so ausgebildet sind, dass diese in Montageposition auch an mindestens einem Befestigungsabschnitt überlappen. Ein im Bereich dieses überlappenden Befestigungsabschnitts angeordnetes Befestigungsmittel kann ausschließlich zur Verbindung der beiden Profilbleche dienen, vorzugsweise dient es jedoch gleichzeitig auch zur Befestigung der Profilbleche an dem darunter liegenden Substrat.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an den Rändern des Profilblechs im Wesentlichen parallel zu den Hochsicken angeordnete Verbindungssicken angeordnet. Bevorzugt beträgt der Abstand von der Verbindungssicke zu einer Hochsicke etwa die Hälfte des Abstands zwischen zwei Hochsicken. Es ist jedoch auch jeder beliebige andere Abstand möglich. Bevorzugt ist jedoch, dass der kombinierte Abstand der Verbindungssicken an den beiden Rändern dem Abstand zwischen zwei Hochsicken entspricht, so dass bei an den Verbindungssicken überlappenden Profilblechen der Abstand zwischen den, den Verbindungssicken benachbarten Hochsicken zweier Profilbleche dem Abstand zweier weiterer Hochsicken an einem Profilblech entspricht und damit ein für die Montage vorteilhafter gleichmäßiger Abstand der Trägerabschnitte eingehalten wird.
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Vorzugsweise sind die Verbindungssicken im wesentlichen trapezförmig ausgebildet. Eine solche Verbindungssicke beginnt bevorzugt im Bereich einer vom Profilblech abgewandten Flanke der Trapezform. An der anderen Seite des Profilblechs ist eine vorzugsweise mit im wesentlichen gleichem Querschnitt ausgebildete Verbindungssicke angeordnet, welche bevorzugt im Bereich der vom Profilblech abgewandten Flanke der Trapezform endet. Durch ein Überlappen zweier Verbindungssicken von zwei Profilblechen ist so eine formschlüssige Verbindung zwischen den Profilblechen herstellbar. Da sich die Verbindungssicken bevorzugt nicht bis in die obere Ebene erheben, ist eine Befestigung der beiden Profilbleche aneinander und/oder mit dem Substrat auf einem bevorzugt im oberen Bereich der Verbindungssicke angeordneten Verbindungsbefestigungsbereich möglich, der sich bevorzugt parallel zur unteren und damit auch zu oberen Ebene erstreckt. Neben einer Trapezform kann die Verbindungssicke auch jede weitere geeignete Form aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Profilblechs weist im Bereich des Trägerabschnitts einer Hochsicke mindestens eine Vertiefung auf. Eine solche Vertiefung ist vorgesehen, um darin mindestens eine elektrische Anschlussleitung eines Photovoltaikmoduls aufzunehmen. So kann die mindestens eine elektrische Anschlussleitung quer zu der Hochsicke geführt werden, auch wenn auf dem Trägerabschnitt ein Photovolatikmodul angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind an mehreren benachbarten Hochsicken in einer senkrecht zur Richtung der Hochsicken angeordneten Reihe Vertiefungen angeordnet, so dass eine Art quer zu den Hochsicken verlaufender Kanal gebildet wird. Die Vertiefungen sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass in einem solchen Kanal eine oder bevorzugt mehrere elektrische Anschlussleitungen und sogar Leitungsstränge verlegt und/oder zusammen geführt werden können. Da die elektrischen Anschlussleitungen auch in Richtung der Hochsicken in den dazwischen ausgebildeten Räumen verlegt werden können, ist es so möglich, mehrere Photovoltaikmodule einer Photovoltaikanlage weitgehend ohne Einschränkung bei der Leitungsverlegung miteinander parallel bzw. eine Reihe elektrisch zu verbinden.
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Die Vertiefungen sind dabei bevorzugt so ausgebildet, dass die Hochsicke und insbesondere der Trägerabschnitt angrenzend an die Vertiefung unverändert bleibt. Vorzugsweise wird bei der Herstellung einer solchen Vertiefung der Bereich am Trägerabschnitt einer Hochsicke durch ein Umformverfahren so verformt, dass eine quer zur Hochsicke verlaufende Vertiefung gegebildet wird. Die Umformung kann dabei mit verschiedenen Umformverfahren wie insbesondere Prägen, Drücken, Walzen oder Tiefziehen hergestellt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Vertiefung mittels einer freien Umformung z. B. mittels eines Hammers insbesondere auf der Baustelle herzustellen, wenn am Profilblech im gewünschten Bereich keine geeignete Vertiefung verfügbar ist. Dadurch wird der Trägerabschnitt in diesem Bereich unterbrochen. Wird auf diesem unterbrochenem Trägerabschnitt ein Photovoltaikmodul angeordet, so entsteht zwischen der Vertiefung und der Modulrückseite eine Art Kanal durch die Hochsicke, durch welchen insbesondere elektrische Leitungen verlegt werden können.
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Bevorzugt weist eine solche Vertiefung – und damit ein bei der Montage von Photovoltaikmodulen entstehender Kanal – eine Querschnittsgröße von bis zu 20 cm2 und eine Tiefe von bis zu 5 cm auf. Bevorzugt beträgt die Tiefe etwa 1 bis 4 cm und die Querschnittsgröße vorzugsweise zwischen 1 cm2 und 12 cm2, und besonders bevorzugt beträgt die Tiefe von etwa 2 bis 3 cm und/oder die Querschnittsgröße ca. 5 cm2. Abhängig von der Wahl der Vertiefungsgeometrie kann die Querschnittsgröße bei weitgehend gleichbleibender Tiefe auch stark variieren. Dabei ist es bevorzugt, die Unterbrechung des Trägerabschnitts, die auch mit einer Unterbrechung des Befestgungsabschnitts verbunden sein kann, in Abhängigkeit von der Befestigung des Profilblechs an einem Substrat und/oder der Erfordernisse für die Befestigung von Photovoltaikmodulen am Profilblech möglichst gering zu halten.
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Abhängig vom Anwendungsfall kann in der mindestens einen Vertiefung insbesondere eine elektrische Leitung eines Photovoltaikmoduls oder ein Strang zusammengeführter elektrischer Leitungen mehrerer Photovoltaikmodule bzw. von diesen ausgehende Anschlussleitungen verlegt werden. Vorzugsweise ist eine Vertiefung zumindest so groß, dass zur Verbindung von elektrischen Anschlussleitungen von Photovoltaikmodulen eingesetzte Stecker durchgeführt werden können. Vorzugsweise ist zumindest an einer Hochsicke eines einzelnen Profilblechs zumindest eine Vertiefung angeordnet. Bevorzugt ist es, dass an zumindest einer Hochsicke eines Profilblechs in einem Abstand von zumindest der Länge eines in Richtung der Hochsicke anordenbaren Photovoltaikmoduls mindestens eine Vertiefung angeordnet ist, dass also bevorzugt zwei Vertiefungen mindestens ein Abstand voneinander von etwa einem Meter aufweisen, besonders bevorzugt ist es jedoch für eine flexiblere Anordnung von elektrischen Anschlussleitungen, dass der Abstand zwischen zwei Vertiefungen weniger als einen Meter beträgt.
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Es ist weiter bevorzugt, dass das Profilblech an seiner Unterseite ein Isoliermaterial aufweist. Dabei kann direkt auf dem Profilblech ein bevorzugt dessen Verlauf folgendes Isoliermaterial von im wesentlichen gleichbleibender Dicke wie insbesondere in Form einer Beschichtung ausgebildet sein. Alternativ ist es bevorzugt, dass am Profilblech ein im wesentlichen die Hochsicken an ihrer Unterseite auffüllendes Isoliermaterial angeordnet ist, das bevorzugt zusätzlich auch einen Raum auffüllt, der sich im wesentlichen entlang der Ränder des Profilblechs erstreckt und sich in vom Profilblech abgewandter Richtung bis zu einer in einem Abstand von der unteren Ebene parallel zu dieser angeordneten Ebene erstreckt. Dieser Abstand der von der unteren Ebene, welcher bevorzugt vom Isoliermaterial aufgefüllt ist, beträgt vorzugsweise bis zu 40 cm, bevorzugt 2 bis 30 cm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 20 cm. In einem Bereich, in dem vorgesehen ist, dass die Profilbleche im montierten Zustand überlappen, ist das Isoliermaterial bevorzugt so ausgespart, dass im montierten Zustand eine verbundene Schicht aus Isoliermaterial herstellbar ist.
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Vorzugsweise wird ein Isoliermaterial verwendet, das sich zum Isolieren der beiden durch das Profilblech voneinander getrennten Seiten bezüglich Schall und/oder Temperaturdifferenzen eignet. Vorzugsweise weisen die Ränder eines solchen Isoliermaterials geeignete Ausnehmungen und Vorsprünge auf, die das Herstellen eines Verbunds aus dem an den Profilblechen angeordneten Isoliermaterial im montierten Zustand der Profilbleche ermöglichen, wie es z. B. aus dem Stand der Technik bekannt ist. Als Werkstoff für das Isoliermaterial wird bevorzugt ein geschäumtes Kunststoffmaterial verwendet, welches neben der Isolationswirkung dem Profilblech auch zusätzliche Steifigkeit verleiht, es kommen aber auch Isoliermaterialien wie auf andere Weise als Schäumen hergestellte Kunststoffe oder solche aus anderen geeigneten Werkstoffen wie insbesondere mineralischen oder organischen Werkstoffen oder einer Kombination dieser Werkstoffe in Frage.
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Es wird außerdem eine Photovoltaikanlage vorgeschlagen, welche das vorangehend beschriebene erfindungsgemäße Profilblech verwendet. Dabei ist das Profilblech mithilfe von Befestigungsmitteln an dem Befestigungsabschnitt mit einem Substrat verbindbar. An dem Profilblech ist ferner mindestens ein Photovoltaikmodul befestigt. Als Befestigungsmittel dienen vorzugsweise Schrauben oder Niete, deren Kopf unmittelbar auf dem Befestigungsabschnitt des Blechprofils aufliegt oder auf einer unmittelbar auf dem Befestigungsabschnitt angeordneten Kalotte oder Scheibe aufliegt. Als Substrat kann, wie vorausgehend bereits beschrieben ist, jegliche Art von Trägereinrichtung Verwendung finden. So kommen als Befestigungsmittel vorzugsweise Schrauben, Niete oder dergleichen in Frage, welche insbesondere eine Verbindung mit einem metallischen Werkstoff, einem Holzwerkstoff, einem Kunststoffwerkstoff oder einem sonstigen Baumaterial wie Beton herstellen können oder insbesondere eine Klemmverbindung mit einem hierfür ausgebildeten Substrat herstellen können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Photovoltaikanlage werden ein oder mehrere Photovoltaikmodule auf den Trägerabschnitten von einem oder mehreren Profilblechen angeordnet. Dabei ist mindestens ein Photovoltaikmodul auf mindestens einem Trägerabschnitt eines Profilblechs angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Photovoltaikmodul gegebenenfalls abgesehen von einer dazwischen angeordneten Funktionsschicht im wesentlichen unmittelbar auf dem Trägerabschnitt angeordnet. Hierdurch kann eine geringe Bauhöhe der Photovoltaikanlage erreicht werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Funktionsschicht zwischen einem Trägerabschnitt und einem Photovoltaikmodul ein doppelseitiges Klebeband angeordnet, welches eine Klebverbindung zwischen dem Trägerabschnitt und dem Photovoltaikmodul herstellt. Bei dem Klebeband kann es sich um ein im wesentlichen durchgehend aufzubringendes Bandmaterial handeln, es ist jedoch auch bevorzugt, ein unterbrochen aufzubringendes Klebeband zu verwenden, insbesondere so genannte Klebepads. Das Klebeband ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass es insbesondere kompressible Eigenschaften aufweist und so gewisse Formtoleranzen zwischen dem Photovoltaikmodul und dem Profilblech ausgleichen kann. Es ist bevorzugt, zwischen einem Trägerabschnitt und einem Photovoltaikmodul mindestens eine Funktionsschicht anzuordnen, die vorzugsweise eine zur Befestigung dienende Funktion und/oder dämpfende oder gegenüber Schall und/oder Temperaturen isolierende Funktion oder weitere zweckmäßige Funktionen bzw. Eigenschaften aufweist.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Trägerabschnitt und dem Photovoltaikmodul ein trägerloses Klebemittel, wie ein Ein- oder Zwei-Komponentenklebstoff angeordnet. Die Verwendung eines trägerlosen Klebemittels ermöglicht es insbesondere, Formabweichungen bzw. Formtoleranzen zwischen dem Trägerabschnitt des Profilblechs und der Unterseite des Photovoltaikmoduls auszugleichen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein im Wesentlichen unmittelbar auf dem Trägerabschnitt angeordnetes Photovoltaikmodul mittels einer Klemmverbindung am Profilblech befestigt ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage sind die elektrischen Anschlusselemente des mindestens einen Photovoltaikmoduls im Raum zwischen zwei Hochsicken eines Profilblechs aufgenommen. Dadurch wird ein im wesentlichen unmittelbares Anordnen der Photovoltaikmodule in der gewünschten Position in bevorzugt einer einheitlichen Rasterung auf den Trägerabschnitten ermöglicht. Damit ist zur Befestigung des Photovoltaikmoduls an der gewünschten Position auf dem Profilblech kein Umsetzen der Anschlusselemente am Photovoltaikmodul oder insbesondere eine lokale Umformung des Profilblechs erforderlich.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Photovoltaikanlage überlappen mindestens zwei nebeneinander angeordnete Profilbleche an einer für die Verbindung von zwei Profilblechen ausgebildeten, und bereits vorher beschriebenen Verbindungssicke oder an einer bevorzugt in ebenfalls vorher beschriebener Weise ausgebildeten, vorzugsweise am Rand des Profilblechs angeordneten Hochsicke. Hier ist bevorzugt, dass die Verbindungs- bzw. Hochsicken an den Rändern des Profilblechs, wie ebenso vorher bereits beschrieben wurde, an den, dem Profilblech abgewandten Flanken enden und dass die Profilbleche im Bereich dieser Verbindungs- bzw. Hochsicken überlappen. Die beiden Profilbleche sind dabei bevorzugt entweder an dem überlappenden Befestigungsbereich an den Hochsicken oder bei einem Profilblech mit Verbindungssicke an einem bevorzugt an der Verbindungssicke angeordneten Verbindungsbefestigungsbereich miteinander verbunden und vorzugsweise gleichzeitig auch mit dem Substrat verbindbar.
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Am Profilblech einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Photovoltaikanlage ist ein Isoliermaterial angeordnet, welches vorzugsweise eine im wesentlichen gleichbleibende Dicke aufweist und bevorzugt dem Verlauf des Profilblechs folgt, oder vorzugsweise im wesentlichen die Hochsicken an ihrer Unterseite auffüllt und zusätzlich auch wie bereits beschrieben im wesentlichen auch einen Raum auffüllt, der sich vom Profilblech bis zu einer im Abstand von der unteren Ebene parallel zu dieser angeordneten Ebene erstreckt. An den seitlichen Rändern dieses Isoliermaterials sind vorzugsweise geeignete Ausnehmungen und Vorsprünge angeordnet, so dass das Isoliermaterial von mindestens zwei nebeneinander angeordneten Profilblechen mit zumindest einer Ausnehmung und einem Vorsprung ineinandergreift und somit eine vorzugsweise verbundene Isolationsschicht entsteht.
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Es wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Photovoltaikanlage vorgeschlagen. Die Photovoltaikanlage weist zumindest ein erfindungsgemäßes Profilblech auf. In einem ersten Verfahrensschritt werden Trägerabschnitte hergestellt, die zumindest in den Bereichen, auf welchen die Anordnung und formschlüssige Verbindung eines Photovoltaikmoduls vorgesehen ist, eine saubere Oberfläche aufweisen. Dies kann bereits bei der Herstellung der Profilbleche erfolgen, wobei das Profilblech vorzugsweise bei einem letzten Arbeitsschritt während der Blechherstellung oder bei einem dem Herstellungsprozess nachfolgenden Arbeitsschritt gereinigt wird. Die Herstellung eines sauberen Trägerabschnitts kann jedoch auch räumlich und zeitlich von der Herstellung des Blechs unabhängig erfolgen. Die Reinigung der Trägerabschnitte erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines geeigneten Reinigungsmittels unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens wie vorzugsweise durch Bedampfen der entsprechenden Bereiche.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird auf die sauberen Trägerabschnitte ein Hilfsstoff aufgebracht. Dieser Hilfsstoff dient vorzugsweise zur Vorbereitung der Kontaktfläche für die stoffschlüssige Verbindung oder ebenso bevorzugt zur Aktivierung oder besseren Verbindung der Oberfläche des Trägerabschnitts mit dem Deckmaterial.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird insbesondere auf die gereinigten Bereiche der Trägerabschnitte ein Deckmaterial aufgebracht. Dieses Deckmaterial schützt die sauberen und eventuell vorbehandelten Trägerabschnitte insbesondere beim Transport oder bei der Montage des Profilblechs auf einem Substrat insbesondere vor einer Beschädigung oder Verunreinigung, welche insbesondere eine Klebverbindung zwischen dem Trägerabschnitt und dem Photovoltaikmodul verschlechtern könnte. Bei dem Deckmaterial kann es sich um ein folienartiges Material handeln, welches insbesondere eine Schutzfunktion aufweist.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Deckmaterial um ein doppelseitiges Klebeband, an dessen vom Profilblech abgewandten Seite – der außen liegenden Klebeseite – eine Schutzfolie angeordnet ist. Bei einer Verwendung eines doppelseitigen Klebebands als Deckmaterial wird als Hilfsstoff vorzugsweise ein so genannter Primer oder Aktivator auf die sauberen Trägerabschnitte aufgebracht, der vorzugsweise chemisch mit der dem Trägerabschnitt zugewandten Seite des Klebebands reagiert und eine feste Verbindung zwischen Trägerabschnitt und Klebeband herstellt. Sowohl der Hilfsstoff als auch das Deckmaterial kann jedes andere geeignete und vorzugsweise auch eine andere oder weitere Funktion aufweisender Hilfsstoff oder Deckmaterial sein.
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Bevorzugt werden diese Schritte bereits vor dem Transport eines Profilblechs zum Montageort durchgeführt, da einerseits die für die Reinigung und das Aufbringen von Hilfsstoff und/oder des Deckmaterials erforderlichen Einrichtungen am Montageort üblicherweise nicht vorhanden sind. Ferner sind die Trägerabschnitte der Profilbleche so auch beim Transport zum Montageort geschützt.
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Am Montageort werden die Profilbleche bevorzugt mithilfe von Befestigungsmitteln an mindestens einem Befestigungsabschnitt an einem Substrat befestigt. Bevorzugt werden als Befestigungsmittel wie bereits beschrieben Schrauben oder Niete eingesetzt, deren Köpfe nach der Montage zwischen einer vom Befestigungsabschnitt aufgespannten Ebene und der oberen Ebene angeordnet sind, die vom Trägerabschnitt aufgespannt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Befestigungsmittel nicht über die obere Ebene des Profilblechs hinaus ragen.
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Nach dem Befestigen des mindestens einen Profilblechs an dem Substrat werden im nächsten Verfahrensschritt vorzugsweise zumindest Teile des Deckmaterials von den Trägerabschnitten entfernt. Bei der Verwendung eines doppelseitigen Klebebands wird nur ein Teil, üblicherweise die obere Schutzfolie abgezogen, wodurch vorzugsweise bereits eine beklebbare Fläche auf dem Trägerabschnitt hergestellt ist. Wurde bei der Verwendung eines trägerlosen Klebstoffs eine Schutzfolie auf dem Trägerabschnitt angeordnet, so liegt nun eine gereinigte Fläche, die vorzugsweise zum Aufbringen des Klebstoffs geeignet ist, vor. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, zuerst zumindest Teile des Deckmaterials von den Trägerabschnitten zu entfernen und dann das mindestens eine Profilblech an dem Substrat zu befestigen, insbesondere wenn das Deckmaterial ein Befestigen am Substrat erschweren würde.
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Bei Verwendung eines doppelseitigen Klebebands erfolgt das Bekleben des Trägerabschnitts mit dem Photovoltaikmodul durch ein Anordnen dieses Photovoltaikmoduls an der gewünschten Position auf den mit dem doppelseitigen Klebeband versehenen Trägerabschnitten des Profilblechs vorzugsweise gefolgt von einem Andrücken der Klebeverbindung.
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Bei einer alternativen Variante des Montageverfahrens, bei welcher ein trägerloser Klebstoff verwendet wird, wird beim Bekleben der gereinigten Trägerabschnitte der Klebstoff auf die zum Bekleben vorgesehenen Trägerabschnitte aufgebracht. Nach einer möglicherweise erforderlichen Ruhezeit des Klebstoffes werden die Photovoltaikmodule an der gewünschten Position auf den den Klebstoff aufweisenden Trägerabschnitten des Profilblechs angeordnet und die Klebeverbindung vorzugsweise angedrückt, bevor beispielsweise ein Aushärten der Verbindungsschicht erfolgen kann.
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Das Profilblech ist, wie bereits beschrieben, bevorzugt so ausgebildet, dass die elektrischen Anschlusselemente des Photovoltaikmoduls im Bereich zwischen dem Profilblech und dem Photovoltaikmodul aufgenommen werden. Damit liegt nach der Herstellung der Klebeverbindung ein Photovoltaikmodul vor, das vorzugsweise keine Unterkonstruktion zum Verbinden von Profilblech und Photovoltaikmodul erfordert, wobei der Aufwand und die Kosten für eine solche Unterkonstruktion entfallen und sich die Bauhöhe des Photovoltaikmoduls im wesentlichen lediglich aus der Höhe des Profilblechs und der Höhe des Photovoltaikmoduls mit vorzugsweise dazwischen angeordneten Funktionsschichten ergibt.
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Beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Profilblechs sowie des Photovoltaikmoduls ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren, welche im Einzelnen zeigen:
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1a: die Darstellung eines Querschnitts eines beispielhaften Profilblechs;
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1b: eine räumliche Darstellung dieses beispielhaften Profilblechs;
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1c: eine Darstellung eines Querschnitts eines weiteren beispielhaften Profilblechs;
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1d: eine räumliche Darstellung des weiteren beispielhaften Profilblechs aus 1c;
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2: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer beispielhaften Photovoltaikanlage, welche das Profilblech aus den 1a und 1b aufweist;
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3a: eine räumliche Darstellung der Photovoltaikanlage aus 2;
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3b: ein Querschnitt durch diese beispielhafte Photovoltaikanlage und
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4: eine räumliche Darstellung einer weiteren beispielhaften Photovoltaikanlage.
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1a zeigt eine Darstellung eines Querschnitts und 1b eine räumliche Darstellung eines beispielhaften Profilblechs 10. Nachfolgend werden die 1a und 1b gemeinsam beschrieben. Das Profilblech 10 erstreckt sich zwischen einer unteren Ebene 11 und einer oberen Ebene 12. Aus der unteren Ebene 11 erheben sich Hochsicken 13, welche zwei geneigte Flanken 14 und einen Trägerabschnitt 15 aufweisen und welche im wesentlichen parallel angeordnet sind. Parallel zur unteren und oberen Ebene 11, 12 und zwischen diesen Ebenen ist eine Ebene 16 angeordnet, in welcher sich ein Befestigungsabschnitt 17 erstreckt. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Hochsicken 13 in Richtung der längeren Erstreckung des rechteckigen Profilblechs 10 angeordnet. Wie in der Figur erkennbar ist, endet das Profilblech 10 an seinen beiden Längsseiten jeweils im Bereich einer Flanke 14 der Hochsicke 13, die vom Profilblech 10 abgewandt ist.
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Auf den Hochsicken 13 des in 1b dargestellten Profilblechs 10 sind ferner Vertiefungen 25 eingeformt, welche einen halbrunden Querschnitt aufweisen. Die Vertiefungen 25 verlaufen quer zur Hochsicke 13 und unterbrechen den Trägerabschnitt 15 sowie den Befestigungsabschnitt 17. Die Vertiefungen 25 sind in 1b in einer Reihe senkrecht zur Richtung der Hochsicken 15 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Vertiefungen 25 schräg, also in einem Winkel, der weniger oder mehr als 90° zur Richtung der Hochsicken 15 beträgt, anzuordnen. Es ist grundsätzlich auch möglich, Vertiefungen 25 nicht in eine Reihe, sondern gegeneinander versetzt anzuordnen.
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Die 1c und 1d zeigen eine Darstellung eines Querschnitts eines weiteren beispielhaften Profilblechs 10, wobei für die gleichen Elemente auch hier die Bezugszeichen aus den 1a und 1b verwendet werden. Das Profilblech 10 der 1c und 1d unterscheidet sich vom Profilblech 10 in den 1a und 1b lediglich in der Ausbildung des Befestigungsabschnitts 17. Dieser wird in den 1c und 1d von mehreren einzelnen Einprägungen 24 in der Flanke 14 der Hochsicke 13 gebildet. Dabei ist mittels einer Einprägung 24 ein ebener Abschnitt in der Flanke der Hochsicke ausgeformt, der sich in einer parallel zur oberen Ebene 12 verlaufenden Ebene 16 erstreckt. Die Einprägungen 24 sind in regelmäigen Abständen an einer Flanke 14 der Hochsicke 13 ausgebildet. Insbesondere können die Einprägungen 24 auch zu beiden Seiten der Hocksicke 13 ausgebildet sein und sich gegenüberliegen, oder auch längs gegeneinander versetzt angeordnet sein. Auch wäre es möglich, dass die Einprägungen in verschiedenen Ebenen 16 angeordnet sind, die einen unterschiedlichen Abstand von der oberen Ebene 12 aufweisen. Ebenso ist es möglich vorzusehen, dass alle oder einzelne Einprägungen 24 des Befestigungsabschnitts 17 unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen oder bauseits an einer im Einzelfall erforderlichen Position ausgebildet werden.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer beispielhaften Photovoltaikanlage 50, bei welcher das Profilblech 10 aus den 1a und 1b verwendet wird. Das Profilblech ist auf einem Substrat 30 angeordnet, welches bei der beispielhaften Ausführung einen Verbund von Doppel-T-Trägern aufweist. Das Profilblech 10 ist an seinem Befestigungsabschnitt 17 mithilfe eines Befestigungsmittels 31, hier eine Schraube, an dem Substrat 30 befestigt. Der Kopf 32 des Befestigungsmittels 31 ist dabei unter Verwendung einer Kalotte 33 auf dem Befestigungsabschnitt 17 angeordnet. Aufgrund des ausreichenden Abstands zwischen den Ebenen 12 und 16 ragt der Kopf 32 nicht über die Ebene 12 hinaus, und verhindert so auch nicht das Anordnen von Photovoltaikmodulen 40 in dieser Ebene 12. Der Befestigungsabschnitt 17 ist ferner so weit oben an der Hochsicke 13 angeordnet, dass die Klemmlänge 34 der Befestigung, welche dem Abstand zwischen den Ebenen 11 und 16 entspricht, ausreichend groß zum Aufbringen der erforderlichen Befestigungskraft ist. Unabhängig davon, ob der Befestigungsabschnitt 17 durch eine Abkantung oder eine Einprägung 24 ausgebildet wird, weist dieser quer zur Hochsicke 13 eine ausreichende Breite zur Aufnahme eines Befestigungsmittels 31 bzw. zur Aufnahme dessen Kopfs 32 und gegebenenfalls einer Kalotte 32 oder Scheibe auf.
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Bei Profilblechen des Stands der Technik ist es erforderlich, die Köpfe 32 der Befestigungsmittel 31 oben auf der Hochsicke 13 anzuordnen, da die erreichbare Klemmlänge bei einer Anordnung zwischen den Hochsicken nicht ausreichend ist. Hierdurch ist ein Anordnen der Photovoltaikmodule 40 auf der Ebene 12 kaum möglich, da die sowohl aus statischen und auch aus ästhetischen Gründen erforderliche Positionierung der Köpfe 32 der Befestigungsmittel 31 auf den Trägerabschnitten 15 der Hochsicken 13 einem Anordnen von Photovoltaikmodulen 40 auf den Trägerabschnitten 15 entgegen steht. Ein Ausgleich von Längenänderungen insbesondere durch thermische Einflüsse auf die Elemente der Photovoltaikanlage 40 quer zu den Hochsicken ist bei solchen Konstruktionen nur unter Verwendung von Hilfskonstruktionen möglich. Ferner wird eine einheitliche Oberfläche der Photovoltaikanlage 50 durch die auf den Hochsicken 13 sichtbar angeordneten Teile der Befestigungselemente 32, 33 gestört oder bei Verwendung einer Unterkonstruktion die Bauhöhe der Photovoltaikanlage 50 erhöht.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform sind rahmenlose Photovoltaikmodule 40 auf dem Trägerabschnitt 15 der Hochsicke 13 angeordnet. Dort sind die Photovoltaikmodule 40 mittels einer Klebverbindung 42 mit dem Trägerabschnitt 15 fest verbunden. Wie gut zu erkennen ist, ist das links dargestellte Photovoltaikmodul 40 entlang seines Rands nur an einem kleineren Randbereich 44 mit dem Trägerabschnitt 15 verbunden, wohingegen das rechts dargestellte Photovoltaikmodul 40 an einem größeren Randbereich 46, der in etwa der halben Breite des Trägerabschnitts 15 entspricht, mit diesem verbunden. Zwischen den Photovoltaikmodulen 40 bleibt ein Spalt 48 frei, der einen Längenausgleich, der sich insbesondere aus thermischen Einflüsse auf die Elemente der Photovoltaikanlage 50 ergibt, ermöglicht.
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3a zeigt eine räumliche Darstellung der Photovoltaikanlage 50 aus 2. Das Substrat ist in dieser Darstellung nicht gezeigt. Auch sind in dieser Darstellung keine Vertiefungen 25 eingezeichnet. Auf dem Profilblech 10 sind zehn Photovoltaikmodule 40 in zwei Reihen mit jeweils fünf Photovoltaikmodulen 40 angeordnet. Die Randbereiche 44 bzw. 46 der Photovoltaikmodule 40 sind auf Trägerabschnitten 15 der Hochsicken 13 der Profilbleche 10 angeordnet und dort jeweils mittels einer Klebverbindung 42 befestigt. Die Hochsicken 13 sind an den Profilbleche 10 so ausgebildet, dass die elektrischen Anschlusselemente 49 der Photovoltaikmodule 40, die etwa in Längsrichtung mittig und etwas von einem kurzen Rand 43 der Photovoltaikmodule 40 zurückversetzt angeordnet sind, im Raum zwischen zwei Hochsicken 13 aufgenommen werden. An den beiden Trägerabschnitten 15, welche zwischen den Rändern der Photovoltaikmodule 40 liegen und von diesen über die gesamte Breite abgedeckt werden, sind die Photovoltaikmodule 40 über den gesamten Querschnitt mittels einer Klebverbindung 42 befestigt.
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3b zeigt einen Querschnitt durch die Photovoltaikanlage 50 aus 3a. Wie hier gut zu erkennen ist, werden die elektrischen Anschlusselemente 49 der Photovoltaikmodule 40 zwischen je zwei Hochsicken 13 aufgenommen. Wie zur 1b bereits beschrieben wurde, enden die Profilbleche 10 an den Längsseiten im Bereich der Flanken 14 der Hochsicken 13, die dem Profilblech 10 abgewandt sind. Bei der Montage der Photovoltaikanlage 50 wurden die Profilbleche 10 an den an ihren Längsseiten angeordneten Hochsicken 13 überlappend angeordnet, so dass an jeder dritten Hochsicke 13 eine Überlappung 18 ausgebildet ist, an welcher die beiden Profilbleche 10 miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind die Profilbleche 10 an dieser Überlappung 18 bei der beispielhaften Ausführungsform mittels der Befestigungsmittel 31 auch mit dem Substrat 30 verbunden, wie für eine links dargestellte Überlappung 18 beispielhaft dargestellt ist.
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4 zeigt eine räumliche Darstellung einer weiteren beispielhaften Photovoltaikanlage 50, welche auf einem Substrat 30 angeordnet ist. Das Profilblech 10 weist ebenfalls in Längsrichtung angeordnete, im wesentlichen parallel zueinander beabstandete Hochsicke 13 mit einem oberen Bereich, der als Trägerabschnitt 15 dient, auf. Im Unterschied zum Profilblech 10, das in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist an jeder der beiden Flanken 14 der Hochsicke 13 ein Befestigungsabschnitt 17 ausgebildet, der im Unterschied zum Profilblech 10 aus den 1 bis 3 etwas tiefer angeordnet ist, um auch Befestigungsmittel 31 mit einem größeren Kopf 32 aufnehmen zu können. Unterhalb des Profilblechs 10 ist ein Isoliermaterial 20 angeordnet, welches die Hochsicken 13 und einen unterhalb des Profilblechs 10 angeordneten Raum bis hin zu einer Ebene, welche parallel zur Ebene 11 ist, auffüllt. An den Rändern des Profilblechs 10 sind Verbindungssicken 19 ausgebildet, welche bei der Montage der Photovoltaikanlage 50 überlappend angeordnet werden. Eine solche Überlappung 18 ist im mittleren Bereich der dargestellten Photovoltaikanlage 50 gezeigt. An den Rändern des Isoliermaterials 20 sind Ausnehmungen 21 und Vorsprünge 22 angeordnet, welche bei der Montage der Profilbleche 10 ineinandergreifen und so eine verbundene Isolierschicht herstellen.
