DE102012110197B4

DE102012110197B4 - Rahmen für Solarpanels

Info

Publication number: DE102012110197B4
Application number: DE102012110197.3A
Authority: DE
Inventors: Szu-Han Li; Thomas Tong Hong FU
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: TWI495128B; TW201320376A; US20130112247A1; CN103107218A; DE102012110197A1; CN103107218B

Abstract

Rahmen zum Tragen eines Solarpanels, wobei der Rahmen umfasst:
wenigstens ein längliches Rahmenelement, das eine Längsachse definiert und zum Tragen eines Solarpanels konfiguriert ist, wobei das Rahmenelement eine längliche äußere Aufnahme aufweist, die einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal definiert, der zum Aufnehmen eines länglichen inneren Verstärkungselements konfiguriert ist, das darin angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement Auflageflächen aufweist, die mit der äußeren Aufnahme in Eingriff treten können und fähig sind, die Aufnahme strukturell zu stützen;
wobei die äußere Aufnahme aus einem ersten Material hergestellt ist und das Verstärkungselement aus einem Material hergestellt ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das zweite Material eine größere Zugfestigkeit aufweist als das erste Material, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Aufnahme eine sich in Längsrichtung erstreckende Fensteröffnung definiert, die sich seitlich durch die Aufnahme in den Kanal erstreckt, wobei das Verstärkungselement einen Abschnitt aufweist, der neben dem Fenster angeordnet ist und dieses verschließt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Photovoltaiksolarzellen, insbesondere auf Strukturrahmen zum Tragen von Solarpanels und Verfahren zur Montage derselben.
Hintergrund
Solarzellen stellen eine Klasse von Geräten dar, die eine erneuerbare Energiequelle in Form von Licht nutzen, das in nutzbare elektrische Energie konvertiert wird, die für zahlreiche Anwendungen verwendet werden kann. Dünnschichtsolarzellen sind ein Typ von Solarzelle, der aus mehrschichtigen Halbleiterstrukturen besteht, die durch Abscheiden verschiedener dünner Schichten und Filme von Halbleiter- und anderen Materialien auf einem Substrat hergestellt werden, die betreibbar sind, um Lichtenergie einzufangen und in Elektrizität umzuwandeln. Mehrere Solarzellen werden zwischen transparenten/durchscheinenden oberen Deck- und unteren Grundbögen bzw. -platten aus Material zum Herstellen flacher Panels angeordnet, die gewöhnlich eine rechtwinklige Konfiguration aufweisen. Diese Solarpanels werden gegen die Umwelt abgedichtet, und der allgemein transparente obere Deckbogen ist konventionellerweise aus Glas, das in einigen Ausführungsformen gehärtet ist, um Brechen vorzubeugen. Einige typische kommerziell erhältliche Solarpanels können repräsentative Dimensionen aufweisen, beispielsweise ohne Einschränkung eine Länge von bis zu etwa 72 Zoll (1828,8 mm) und eine Breite von bis zu etwa 40 Zoll (1016 mm). Die Dicke des Solarpanelbogens kann in der Größenordnung von weniger als ½ Zoll (12,7 mm) sein und liegt oftmals näherungsweise in der Größenordnung von etwa ¼ Zoll (6,35 mm).
Solarpanels werden typischerweise in einem relativ starren Perimeter-Rahmen montiert, der das Panel entlang der Kanten trägt. Zusätzliche seitliche oder Kreuztragelemente, die zwischen dem Perimeter-Rahmen gespannt sind, werden gelegentlich zum zusätzlichen Tragen bereitgestellt. Das Solarpanel und die Rahmenanordnung definieren gemeinsam ein Solarzellenmodul, das in einem Rahmensystem montiert werden kann, das eine Vielzahl von Modulen zu einem Feld kombiniert. Die Rahmen können auf jedem geeigneten Träger oder Struktur eingebaut werden, einschließlich ohne Einschränkung beispielsweise Pfähle oder die Wände oder Dächer eines Gebäudes. Zum Beispiel offenbart DE 20 2010 005 491 U1 eine Montageanordnung mit einem Plattenförmigen Photovoltaikelement, das an mindestens einer Seite an einem Montageprofil montiert ist. Das Montageprofil umfasst eine Hohlkammer, in die eine Armierung einfügbar ist, und eine außerhalb der Hohlkammer angeordnete Aufnahme für einen Rand des Plattenförmigen Photovoltaikelementes. Die Montageprofile können aus Kunststoff oder Metall, insbesondere als extrudierte Aluminium Profile, ausgebildet sein und die Armierung besteht aus einem stabilen Material, beispielsweise aus Edelstahl, und dient zur Verstärkung des dünnwandigen Montageprofils.
Solarzellenrahmen sind statischen und dynamischen Lasten ausgesetzt, die durch den Wind, Schnee, Eigengewicht des Solarpanels und Wärmeausdehnung erzeugt werden, von denen sämtliche Verbiegen und Verwinden der Rahmen verursachen. Die Solarzellenrahmen sollten idealerweise ausreichende strukturelle Festigkeit aufweisen, um das Solarpanel angemessen auf eine Weise zu tragen, die Kräfte und Biegespannungen in dem Panel und insbesondere in dem oberen Deckplattenglas minimiert, um Schäden an dem Solarpanel und Zellen darin zu verhindern. Umgekehrt ist es außerdem allgemein wünschenswert, dass der Rahmen so leicht wie möglich ist, um das gesamte Eigengewicht des Solarzellenmoduls und die statischen Lasten, die dadurch an ein Gebäude oder eine andere Tragstruktur weitergegeben werden, auf dem die Module montiert werden sollen, zu minimieren. Bisher wurden Solarzellenrahmen aufgrund des geringen Gewichts des Materials gewöhnlich aus eloxiertem Aluminium hergestellt. Aluminium kann jedoch nicht immer die gewünschte strukturelle Festigkeit und Steifigkeit liefern, um das Solarpanel richtig zu tragen und Biegespannungen insbesondere in der oberen Glasdeckplatte zu minimieren.
Daher wird im Hinblick auf die vorstehenden Designüberlegungen ein verbesserter Solarzellenrahmen benötigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Rahmen zum Tragen eines Solarpanels gemäß dem Patentanspruch 1 bereit.
In einer Ausführungsform weist das zweite Material eine größere Dichte als das erste Material auf.
In einer Ausführungsform ist die äußere Aufnahme aus Aluminium einschließlich Legierungen desselben hergestellt, und die innere Aufnahme ist aus Stahl oder Titan einschließlich Legierungen jedes der beiden hergestellt.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement eine transversale Querschnittsform auf, die komplementär zu einem entsprechenden Abschnitt des Kanals konfiguriert ist.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement im Querschnitt die Gestalt eines C-Abschnitts auf, und der Kanal weist im Querschnitt eine rechteckige oder quadratische Gestalt auf.
In einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement eine Länge auf, die im Wesentlichen genauso groß wie die Länge des Kanals der äußeren Aufnahme ist.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement wenigstens einen Rastvorsprung auf, der konfiguriert ist, mit einer passenden Rastöffnung in Eingriff zu treten, die in der äußeren Aufnahme ausgebildet ist, wobei der Rastvorsprung fähig ist, die Verstärkung daran zu hindern, axial aus der äußeren Aufnahme zurückgezogen zu werden.
In einer Ausführungsform weist der Kanal und das Verstärkungselement quergerichtete Querschnitte auf, die komplementär konfiguriert sind.
Vorzugsweise sind die Auflageflächen des Verstärkungselement durch eine obere Flanschwand und eine untere Flanschwand definiert, die in der Nähe von Oberflächen der äußeren Aufnahme angeordnet sind, die den Kanal umgibt.
In einer Ausführungsform weist die äußere Aufnahme eine horizontale Basiswand, eine obere Wand, die von der Basiswand beabstandet ist, und eine vertikale Seitenwand auf, die mit der Basiswand und der oberen Wand verbunden ist, wobei die Wände den Kanal in der äußeren Aufnahme definieren.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Solarmodul gemäß dem Patentanspruch 5 bereit.
In einer Ausführungsform weisen die ein oder mehreren Verstärkungselemente eine kombinierte Gesamtlänge auf, die im Wesentlichen genauso groß wie die erste Länge der äußeren Aufnahme ist.
In einer Ausführungsform weist der Kanal im Querschnitt eine rechteckige oder quadratische Form auf, und das Verstärkungselement oder Elemente weisen eine komplementäre Form auf, die es dem Element erlaubt, in den Kanal von einem offenen Ende der äußeren Aufnahme eingeführt zu werden.
In einer Ausführungsform weist das zweite Material eine größere Dichte als das erste Material auf.
In einer Ausführungsform ist die äußere Aufnahme aus Aluminium hergestellt, und die innere Aufnahme ist aus Stahl oder Titan hergestellt.
In einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement einen Rastvorsprung oder eine - Öffnung auf, der/die mit einem anderen Rastvorsprung oder einer -öffnung in der äußeren Aufnahme in Eingriff tritt, um das Element an der Aufnahme zu sichern.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Montieren eines zusammengesetzten Rahmenelements für ein Solarmodul gemäß dem Patentanspruch 7 bereit.
In einer Ausführungsform weist der Sicherungsschritt auf, dass der Rastvorsprung oder die - Öffnung auf dem Verstärkungselement mit einem anderen Rastvorsprung oder einer -öffnung auf der äußeren Aufnahme in Eingriff tritt.
Figurenliste
Die Merkmale der Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Elemente ähnlich bezeichnet sind, und in denen:

1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Solarmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einschließlich einem Solarpanel und Rahmenelementen zeigt;
2 eine transversale Querschnittsansicht einer äußeren Aufnahme des Rahmenelements aus 1 zeigt;
3 eine transversale Querschnittsansicht eines inneren Verstärkungselements des Rahmenelements von 1 zeigt;
4 eine transversale Querschnittsansicht entlang Linie 4-4 in 1 zeigt, die das in die äußere Aufnahme von 2 eingesetzte innere Verstärkungselement der 3 zeigt;
5 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenelements von 1 zeigt, das zwei teilweise in die äußere Aufnahme von 2 eingesetzte innere Verstärkungselemente von 3 zeigt;
6 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenelements von 1 zeigt, das die zwei inneren Verstärkungselemente von 3 vollständig in die äußere Aufnahme von 2 eingesetzt und verriegelt zeigt;
7 eine perspektivische Ansicht eines Verriegelungssystems zum Sichern des inneren Verstärkungselements von 3 in der äußeren Aufnahme von 2 zeigt, wobei eine Rückansicht des Rahmenelements mit dem teilweise in die äußere Aufnahme eingesetzten Verstärkungselement gezeigt ist;
8 eine perspektivische Ansicht des Verriegelungssystems von 7 zeigt, die eine Rückansicht des Rahmenelements mit dem vollständig in die äußere Aufnahme eingesetzten und in Position verriegelten Verstärkungselement zeigt;
9 ein aus der Nähe gezeigtes Detail eines Rastvorsprungs auf dem Verstärkungselement des Verriegelungssystems von 7 und 8 zeigt;
10 verschiedene alternative Ausführungsformen möglicher Querschnittsformen des Verstärkungselements von 3 zeigt; und
11 ein computergeneriertes Bild zeigt, das die Ergebnisse einer Computerspannungsanalysemodells zeigt, das das Rahmenelement von 1 modelliert.

Alle Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgerecht gezeichnet.
Ausführliche Beschreibung
Diese Beschreibung anschaulicher Ausführungsbeispiele soll in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, die als Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung zu sehen sind. In der Beschreibung von Ausführungsformen, die hier offenbart sind, soll jede Bezugnahme auf Richtung oder Orientierung lediglich der Zweckmäßigkeit der Beschreibung dienen und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in keiner Weise einschränken. Relative Begriffe wie etwa „unterer“, „oberer“, „horizontal“, „vertikal“, „oberhalb“, „unterhalb“, „aufwärts“, „abwärts“, „oben“ und „unten“, ebenso wie Ableitungen derselben (z. B. „horizontal“, „abwärts“, „aufwärts“, etc.) sollen sich auf die Orientierung beziehen, die jeweils beschrieben ist oder in der betreffenden Zeichnung gezeigt ist. Diese relativen Begriffe dienen lediglich der Zweckmäßigkeit der Beschreibung und erfordern nicht, dass die Vorrichtung in einer bestimmten Orientierung konstruiert oder betrieben wird.
Begriffe wie etwa „angebracht“, „befestigt“, „verbunden“ und „miteinander verbunden“ bezeichnen eine Beziehung, in der Strukturen entweder direkt oder indirekt durch dazwischen liegende Strukturen aneinander gesichert oder befestigt sind, ebenso wie sowohl bewegliche oder starre Befestigungen oder Beziehungen, außer wenn ausdrücklich anderes beschrieben ist. Darüber hinaus sind die Merkmale und Vorteile der Offenbarung durch Bezugnahme auf die Ausführungsformen illustriert. Demgemäß ist die Offenbarung ausdrücklich nicht auf solche Ausführungsformen einzuschränken, die einige mögliche nichteinschränkende Kombinationen von Merkmalen illustrieren, die alleine oder in anderen Kombinationen von Merkmalen existieren können; der Schutzbereich der Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Solarzellenmoduls 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung, das einen zusammengesetzten Rahmen 20 aufweist, der wenigstens zwei separate Strukturelemente aufweist, die jeweils aus unterschiedlichem Material mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, einschließlich Dichte, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul, hergestellt sind. In einer Ausführungsform können die Strukturelemente, wie hier weiter beschrieben ist, zusammengesetzt sein, ohne mechanische Befestigungselemente wie etwa Schrauben, Nieten, Schweißen, Klebemittel oder andere konventionelle Verfahren zu verwenden.
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Solarzellenmodul 10 ein konventionelles Solarpanel 12 auf, das in Rahmen 20 montiert ist und durch diesen getragen wird. Das Solarpanel 12 weist eine Vielzahl von Solarzellen 14 (siehe auch 4) in jeder geeigneten Anzahl auf, die in irgendeiner geeigneten Struktur und Orientierung innerhalb des Panels angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die Solarzellen 12 irgendeine kommerziell erhältliche Photovoltaikenergieumwandlungseinrichtung sein, die in der Lage ist, irgendeinen Typ oder Wellenlänge von Lichtenergie oder Strahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Demgemäß können Solarzellen 14, die in Solarpanel 12 verwendbar sind, beispielsweise ohne Einschränkung Dünnschichtsolarzellen enthalten, einschließlich solcher, die absorbierende Schichten aufweisen, die aus kristallinem und/oder amorphem Silizium, Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupferindiumgalliumdiselenid (CIGS), Farbstoffsolarzellen und anderen hergestellt sein können. Es ist daher ersichtlich, dass das Solarpanel 12 irgendein Typ von Solarenergieumwandlungspanel mit einer plattenartigen Konfiguration sein kann, das in geeigneter Weise in dem Rahmen 20 montiert und getragen werden kann.
4 zeigt das Solarpanel 12 in dem Solarrahmen 20 montiert. Unter Bezugnahme auf 1 und 4 weist das Solarpanel 12 allgemein eine lichtleitende obere Deckplatte 16 auf, die angeordnet ist, einfallende Lichtenergie oder -strahlung aufzunehmen, eine untere Grundplatte 18 und Solarzellen 14 auf, die durch ein geeignetes Klebemittel oder Epoxiermittel, das in der Technik konventionellerweise bekannt ist, dazwischen angeordnet, eingeschlossen oder laminiert sind. Geeignete Grundplatten 18 können Glas, Polymere, Metalle und verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, die aus zwei oder mehreren Materialien hergestellt sind, einschließlich Glas oder kohlenstofffaserverstärkte Polymere oder Glasfaser.
Die obere Deckplatte 16 ist transparent und kann aus Materialien einschließlich Glas und Polymeren hergestellt sein, die in der Lage sind, Licht zu Solarzellen 14 zu übertragen, die unterhalb der Platte 16 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen ist die obere Deckplatte transparentes Glas, das gehärtet sein kann oder auch nicht, um besser statischen, Biege- und Stoßlasten zu widerstehen, wie solchen, die durch Hagel verursacht werden, ohne zu brechen oder zu bersten. Die obere Deckplatte 16 wird daher einem geeigneten transparenten Material unterzogen und sollte aus diesem hergestellt sein und weist eine Dicke auf, um Verbiegung und Stößen ohne wesentlichen Schaden zu widerstehen.
Unter Bezugnahme auf 1-4 ist der Solarrahmen 20 als ein Perimeter-Rahmen zum Tragen der Kantenabschnitte 13 des Solarpanels 12 konfiguriert. In einer Ausführungsform kann der Rahmen 20 vier axial längliche Rahmenelemente 22 enthalten, die zwei longitudinale Rahmenelemente 22a und zwei seitliche Rahmenelemente 22b aufweisen, die an ihren Enden 21 verbunden sind, um Ecken 26 zu bilden. Die Rahmenelemente 22 definieren eine Längsachse LA und können senkrecht zueinander orientiert und verbunden sein, um einen geradlinig geformten Perimeter-Rahmen zu bilden. In einer Ausführungsform weisen die Rahmenelemente 22a eine größere Länge als Elemente 22b auf, um einen allgemein rechtwinkligen Rahmen zu bilden, wie in 1 gezeigt ist. Die Rahmenelemente 22a, 22b können durch irgendein geeignetes mechanisches Mittel verbunden werden, das in der Technik gewöhnlich verwendet wird, einschließlich ohne Einschränkung Befestigungselemente (z. B. Schrauben, Bolzen, Nieten, etc.), Schweißen, Klebemittel, Klammern, etc. In einigen Ausführungsformen können die Enden 21 eine abgeschrägte oder abgewinkelte Konfiguration aufweisen (am besten in den 7 und 8 gezeigt), um eine Gehrungsverbindungsecke 26 zu bilden. In anderen Ausführungsformen können die Ecken 26 ein stumpfer Stoß sein, wobei gerade Enden 21 von jedem Rahmenelement 22 quadratisch aneinandergrenzen und verbunden sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen können Rahmenelemente 22, wie in 1-6 gezeigt, eine allgemein offene Röhrenkonfiguration aufweisen, die einen offenen zentralen Hohlraum 24 definiert. Die Rahmenelemente 22 können irgendwelche geeigneten Querschnittsformen oder Kombinationen von Formen aufweisen, einschließlich ohne Einschränkung rechtlinige Formen, wie etwa rechteckige, quadratische, trapezartige, dreieckige etc. In einer möglichen Ausführungsform können Rahmenelemente 22 eine allgemein rechteckige Querschnittsform aufweisen, wie in 4 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 6 kann der Solarrahmen 20 ein zusammengesetzter Rahmen mit wenigstens einem, jedoch wenigstens zwei, Rahmenelementen 22 sein, die eine axial längliche äußere Aufnahme 30 und einen axial länglichem inneren Verstärkungseinsatz oder - element 40 zum Verbessern der Strukturfestigkeit der Aufnahme enthält. In einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement 40 gleitbar axial in äußerer Aufnahme 30 einsetzbar (siehe beispielsweise 5 und gerichtete Einsetzpfeile). Die äußere Aufnahme 30 hat eine axiale Länge, die wenigstens zweimal der lateralen Breite der Aufnahme, gemessen transversal zur Längsachse LA, entspricht.
Die äußere Aufnahme 30 kann allgemein eine Röhrenform annähern und ist in einigen Ausführungsformen wenigstens teilweise hohl oder von offener Struktur bei Betrachtung im Querschnitt zum Bilden eines teilweise eingeschlossenen inneren Kanals oder eine Kammer (siehe z. B. 2). In einer Ausführungsform definiert die äußere Aufnahme 30 daher wenigstens einen sich axial erstreckenden und länglichen offenen Kanal 32, der konfiguriert und dimensioniert ist, um das Element 40 wenigstens teilweise darin aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen kann sich der Kanal 32 über einen Teil oder im wesentlichen die gesamte Länge der äußeren Aufnahme 30 erstrecken (siehe z. B. 5 und 6), sodass ein oder mehrere Verstärkungselemente eingesetzt werden können, um zur Verstärkung im wesentlichen die Gesamtlänge der Aufnahme abzudecken.
Die äußere Aufnahme 30 und Verstärkungselement 40 sind komplementär konfiguriert, wie in 2 - 4 gezeigt, so dass das Element 40 in großer Nähe zu der Aufnahme angeordnet ist und/oder wenigstens teilweise mit dieser in Eingriff tritt, wenn sie darin angeordnet ist, um zusätzliche strukturelle Verstärkung gegen Biegen und Verbiegen zu liefern, wenn laterale oder transversal orientierte Lasten F auf das Solarpanel 12 einwirken, das von dem Rahmen 20 getragen wird. Die äußere Aufnahme 30 widersteht mit zusätzlicher Unterstützung durch Verstärkungselement 40 in vorteilhafterweise Biegen, sodass Verbiegung und Spannung im Deckglas 16 minimiert wird, das andernfalls zum Bersten bringen oder das Deckglas beschädigen könnte, falls die einhergehende Verbiegung der Rahmenelemente 22 unter Last zu groß wird. Die Verstärkungselemente 40 festigen somit das gesamte Solarmodul 10.
Unter Bezugnahme auf 2 weist die äußere Aufnahme 30 allgemein eine vertikale Seitenwand 37a, horizontale Basiswand 37b und obere Wand 37c auf. Die Seitenwand 37a und Basiswand 37b können zueinander senkrecht orientiert sein. Die obere Wand 37c ist parallel zur horizontalen Basiswand 37b und von dieser in einigen Ausführungsformen in entgegengesetzter Beziehung beabstandet. Die Wände 37a, 37b und 37c definieren allgemein den Kanal 32. In einigen Ausführungsformen kann die Basiswand 37b eine größere Breite als die obere Wand 37c aufweisen (wie in 2 ersichtlich), um einen Montageflansch 35 zu definieren, der über den Kanal 32 seitlich vorspringt, um den Rahmen 20 an einem Rahmensystem oder direkt auf einer Tragstruktur zu sichern (beispielsweise Wand, Dach oder andere Struktur), um die Solarpanele 12 zu montieren. In einigen Ausführungsformen kann der Montageflansch 35 ein oder mehrere Montagelöcher 38 (siehe auch 7 und 8) aufweisen, um Befestigungselemente, wie etwa Schrauben oder Bolzen, durch diese einzusetzen, um den Rahmen an der Tragstruktur oder dem Rahmensystem zu montieren.
Die äußere Aufnahme 30 kann ferner ein Paar einander gegenüberliegender und voneinander beabstandete kurze Wände 37d aufweisen, wie in 2 gezeigt ist. Die kurzen Wände 37d sind vertikal von geringerer Höhe als die Seitenwand 37a und definieren ein nach innen gerichtetes offenes Fenster 34 (wobei nach innen definiert ist als in Richtung des Inneren des Solarmoduls 10 gerichtet, wenn der Rahmen vollständig montiert ist), das sich axial entlang der Länge der äußeren Aufnahme 30 erstreckt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das Fenster 34 über im wesentlichen die gesamte Länge der äußeren Aufnahme 30. Das Fenster 34 ist gegenüber der Seitenwand 37a angeordnet und parallel zu dieser orientiert, sodass der Kanal 32 seitlich offen ist, um das Gewicht zu reduzieren, was durch das Verstärkungselement 40 ermöglicht wird, das die äußere Aufnahme 30 umklammert. Die kurzen Wände 37d dienen außerdem dazu, das Verstärkungselement 40 im Kanal 32 seitlich zu halten, wobei das Element in diesem Fall in dieser Ausführungsform in den Kanal durch die offenen Enden des Kanals und die äußere Aufnahme 32 eingesetzt werden kann. Das seitlich offene Kanalfenster 34 verstärkt außerdem die vertikale Flexibilität, um der Oberseite 37c zu ermöglichen, sich elastisch nach oben zu biegen, wenn Verstärkungselement 40 darin eingesetzt wird, um den Rastvorsprung 50 -verbindungsmechanismus zu ermöglichen, der hier weiter beschrieben ist.
In anderen möglichen Ausführungsformen kann der Kanal 32 vollständig eingeschlossen sein. Das Fenster 34 kann kontinuierlich sein und sich über die gesamte Länge der äußeren Aufnahme 30 erstrecken, wie in 5-6 gezeigt, oder kann in anderen vorgesehenen Ausführungsformen aus einer Reihe von seitlich voneinander beabstandeten und dazwischenliegenden Fenstern bestehen, die sich zum Kanal 32 seitlich öffnen (nicht gezeigt).
Unter Bezugnahme auf 2 und 4 kann die äußere Aufnahme 30 einen allgemein horizontalen Panelflansch 36 aufweisen, der von einer vertikalen Seitenwand 37a abhängt und senkrecht zu dieser orientiert ist. Der Panelflansch 36 definiert einen nach innen gerichteten Spalt 31 zwischen dem Flansch und der oberen Wand 37c, die konfiguriert und dimensioniert ist, um wenigstens den Kantenabschnitt 13 des Solarpanels 12 darin aufzunehmen und zu tragen (siehe 4). In einigen möglichen Ausführungsformen kann das Solarpanel 12 in dem Spalt 31 mit irgendeinem kommerziell erhältlichen und geeigneten haftenden Dichtungsmittel oder Klebemittel 11 montiert sein, das in der Technik gewöhnlich zum Montieren von Solarpanelen verwendet wird, wie etwa ohne Einschränkung Silizium-, Urethan- oder Butyl-basierten haftenden Dichtungsmitteln. Das Dichtungsmittel oder Klebemittel hilft, die Panele in dem Rahmen 20 anzubringen und zu puffern.
Die äußere Aufnahme 30 ist aus einem Material hergestellt, das leichter und daher von geringerer Dichte ist als das Verstärkungselement 40. Daher kann in einigen möglichen Ausführungsformen die Aufnahme 30 aus Materialien wie etwa Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt sein. In einer Ausführungsform kann die Aufnahme 30 als ein nicht einschränkendes Beispiel aus einer T5-Aluminiumlegierung vom Typ Grad 6063 hergestellt sein, die eine Dichte von 2,7 g/cc hat, Zugfestigkeit von 145 MPa und Elastizitätsmodul von 68,9 GPa aufweist. Die äußere Aufnahme 30 ist vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt, da Solarmodule 10 dem Wetter ausgesetzt sind. In anderen möglichen Ausführungsformen kann die äußere Aufnahme 30 aus einer Magnesiumaluminiumlegierung, Titan oder rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Unter Bezugnahme auf 3 weist das Verstärkungselement 40 in einigen Ausführungsformen ein Paar sich axial erstreckender und voneinander beabstandeter horizontaler Flanschwände 41 und wenigstens einen sich axial erstreckenden vertikalen Steg 42 auf, der die Flanschwände miteinander verbindet. In einer Ausführungsform weisen die Flanschwände eine obere Flanschwand 41a und untere Flanschwand 41b auf. Die Flanschwände 41 weisen eine seitliche oder horizontale Breite auf, und der Steg 42 weist eine vertikale Höhe auf, die kooperativ ausgewählt wird, um die entsprechenden Dimensionen und Gestalt des Kanals 32 in der äußeren Aufnahme 30 zu ergänzen (siehe 2 und 4), sodass das Element 40 in den Kanal einsetzbar ist.
In einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement 40 eine Querschnittsgestalt auf, die zu der Querschnittsgestalt des Kanals 32 in der äußeren Aufnahme passt und komplementär zu dieser konfiguriert ist, sodass das Element verschiebbar in den Kanal eingesetzt und von diesem aufgenommen werden kann.
Das Verstärkungselement 40 definiert Auflageflächen, die mit entsprechenden Auflageflächen in Eingriff treten können, die auf dem neben der äußeren Aufnahme 30 liegenden Kanal 32 angeordnet sind. Das Verstärkungselement 40 weist wenigstens zwei Kontaktauflageflächen auf, die in einer Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, auf einer oberen Flanschwand 41a und unteren Flanschwand 41b definiert sein können. Diese Auflageflächen sind konfiguriert und angeordnet, um mit entsprechenden Auflageflächen in Eingriff zu treten, die auf dem neben der äußeren Aufnahme 30 liegenden Kanal 32 angeordnet sind. Das Verstärkungselement 40 weist Gesamtaußenabmessungen im Querschnitt auf (d. h. eine Höhe und Breite, die transversal zur Längsachse LA gemessen werden), die lediglich geringfügig kleiner als entsprechende Innenoberflächen des neben der äußeren Aufnahme 32 liegenden Kanals sind (siehe z. B. 4). Daher sind Abschnitte des Verstärkungselements 40 nahe von dem neben der äußeren Aufnahme liegenden Kanal 32 beabstandet oder treten teilweise mit diesem in Eingriff, wenn das Element in dem Kanal angeordnet ist. Dies positioniert wenigstens die oberen und/oder unteren Flanschwände 41b, 41b mit darauf definierten Auflageflächen in großer Nähe oder geringfügig mit den entsprechenden Aufnahmeauflageflächen in Eingriff tretend, die auf dem neben der Basiswand 37b und obere Wand 37c liegenden Kanal 32 definiert sind, wie in 4 und 8 gezeigt ist. Auf diese Weise können vertikale Lasten, die auf die Ober- oder Unterseite der äußeren Aufnahme 30 ausgeübt werden, zu den Flanschwänden 41a, 41b und durch den vertikalen Steg 42 übertragen werden, bevor wesentliche Verbiegung der äußeren Aufnahme erfolgt, sodass der Kanalabschnitt und die gesamte äußere Aufnahme verstärkt werden, um einer Verbiegung/Biegung und Verwinden insbesondere an einem Mittelbereich der Rahmenelemente 22 zu widerstehen.
In einer möglichen Ausführungsform weist das Verstärkungselement 40, wie in 3 und 4 gezeigt, eine allgemein C-förmige strukturelle Querschnittsgestalt (transversal zur Längsachse LA betrachtet) mit einem einzigen vertikalen Steg 42 und Flanschwänden 41 auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Der Steg 42 ist horizontal von der vertikalen Mittellinie des C-förmigen Abschnitts versetzt. In dieser Ausführungsform kann der Kanal 32 der äußeren Aufnahme 30 eine allgemein rechteckige oder quadratische Querschnittsgestalt aufweisen, die die C-Form des Verstärkungselements 40 komplementiert (siehe z. B. 4).
Das Verstärkungselement 40 kann irgendeine geeignete Querschnittsgestalt aufweisen, solange die Gestalt allgemein der Querschnittsgestalt des offenen Kanals 32 oder einem anderen Durchgang entspricht, der in der äußeren Aufnahme 30 bereitsteht, um das Verstärkungselement 40 gleitfähig aufzunehmen, und fähig ist, den Kanal und die äußere Aufnahme zu verstärken. 10 zeigt einige Beispiele einiger anderer möglicher geschlossener Röhrenformen für das Verstärkungselement 40, die sich von dem offenen C-förmigen Abschnitt, der in 3 gezeigt ist, unterscheiden, einschließlich dreieckige, trapezförmige, dreieckige mit abgeschrägten Ecken, eine I-Trägergestalt (obere Reihe, links nach rechts), quadratische, rechteckige mit abgeschrägter Ecke, rechteckigem Abschnitt mit gekrümmter oder konvexer Seite und rechteckige (untere Reihe, links nach rechts). Zahlreiche andere Varianten sind möglich einschließlich verschiedene geradlinige, polygonale, kreisförmige, elliptische/ovale Querschnittsgestalten einschließlich solche mit abgeschnittenen Seiten oder Ecken oder anderen einzigartigen Konfigurationen zum Anpassen an die Querschnittsgestalt des Kanals 32 oder eines anderen bereitstehenden Durchgangs. Daher sind die Ausführungsformen nicht auf die hier ausdrücklich offenbarten beschränkt.
Verstärkungselement 40 ist aus einem Material hergestellt, das eine größere Zugfestigkeit als die äußere Aufnahme 30 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann das Verstärkungselement 40 ein größeres Gewicht aufweisen und daher von größerer Dichte als die Aufnahme 30 sein. Daher kann in einigen möglichen Ausführungsformen die Aufnahme 30 aus Materialien wie etwa Stahl oder Stahllegierungen hergestellt sein, einschließlich rostfreiem Stahl zur Korrosionsbeständigkeit. In einer Ausführungsform kann die Aufnahme 30 als ein nichtbeschränkendes Beispiel aus rostfreiem Stahl des Typs/Grades SUS 304 mit einer Dichte von 7,8 g/cc, Zugfestigkeit von 250 MPa und Elastizitätsmodul von 210 GPa hergestellt sein. In anderen möglichen Ausführungsformen kann das Verstärkungselement 40 aus Titan, Magnesiumaluminiumlegierung oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein, die eine größere Zugfestigkeit und Dichte als das Material, aus dem die äußere Aufnahme 30 hergestellt ist, aufweisen.
Die äußere Aufnahme 30 und Verstärkungselement 40 können durch irgendwelche konventionellen Verfahren hergestellt werden, die auf dem Gebiet zum Herstellen von Rahmenelementen und Komponenten verwendet werden. Geeignete Fertigungsverfahren weisen allein oder in Kombination ohne Einschränkung Extrusion, Fräsen, Spanen, Stanzen, Schmieden, Schweißen, Gießen und andere ein. Es liegt innerhalb des Bereiches eines Fachmanns, ein geeignetes Fertigungsverfahren anhand der herzustellenden Form und des für die Aufnahme 30 oder Element 40 zu verwendenden Materials auszuwählen.
Die Verstärkungselemente 40 weisen eine axiale Länge auf, die wesentlich größer als die transversale Breite des Elements und auch der äußeren Aufnahme 30 ist, da diese die Aufnahme in einigen Ausführungsformen in Längsrichtung für einen Großteil ihrer Länge verstärken sollen. Wie in 5 und 6 gezeigt, können zwei oder mehrere Verstärkungselemente 40 verwendet und in einer einzelnen äußeren Aufnahme 30 montiert werden. Dies macht es einfacher, die Elemente 40 zu handhaben und sie in die äußere Aufnahme 30 einzubauen, sowie ein Mittel zum Sichern der Elemente an der Aufnahme in der Nähe jedes Endes der Aufnahme bereitzustellen, wie hier weiter beschrieben und zusätzlich in 7 bis 9 gezeigt ist. Wo mehrere Elemente 40 verwendet werden, kann jedes Element eine axiale Länge aufweisen, die kürzer als die axiale Länge der äußeren Aufnahme 30 ist. Die Enden benachbarter Elemente können innerhalb des Kanals 32 aneinandergrenzen oder wenigstens in der Nähe zueinander liegen, wie in 6 gezeigt, um eine im wesentlichen kontinuierliche Verstärkung der äußeren Aufnahme entlang ihrer Länge herzustellen. In einigen Ausführungsformen weisen die Verstärkungselemente 40 eine Länge auf, die wenigstens etwa die halbe Länge der äußeren Aufnahme 30 beträgt, wie in 5 und 6 gezeigt. Wenn zwei oder mehrere Elemente 40 verwendet werden, können die Elemente eine kombinierte Gesamtlänge aufweisen, die im wesentlichen übereinstimmend mit der Länge der äußeren Aufnahme 30 ist, wie in einigen Ausführungsformen der 5 und 6 gezeigt ist, sodass im wesentlichen die gesamte Länge der Aufnahme verstärkt und gefestigt wird.
In anderen Ausführungsformen kann ein einzelnes Verstärkungselement 40 verwendet werden, das eine axiale Länge aufweist, die im wesentlichen mit der Länge des Kanals 32 und der äußeren Aufnahme 30 übereinstimmt (außer möglicherweise für schräg durchgeschnittene Gehrungsenden der Aufnahme).
Ein oder mehrere Verstärkungselemente 40 können montiert und an der Äußere Aufnahme 30 durch irgendein geeignetes Verfahren befestigt werden. In einigen Ausführungsformen können die Elemente 40 über irgendeine geeignete mechanische Befestigungstechnik, die auf dem Gebiet verwendet wird, an der äußeren Aufnahme 30 lösbar gesichert werden.
Unter Bezugnahme auf 7 bis 9 können die Elemente 40 vorteilhaft an der äußeren Aufnahme 30 ohne die Verwendung separater Befestigungselemente (z. B. Schrauben) oder Schweißen, Hartlöten oder Löten gesichert werden. Die Elemente 40 können einen oder mehrere erhöhte Rastvorsprünge 50 aufweisen, die konfiguriert und dimensioniert sind, um in komplementär konfigurierten Rastöffnungen 52 aufgenommen zu werden, die in der äußeren Aufnahme 30 angeordnet sind. In einer Ausführungsform können, wie gezeigt, zwei Rastvorsprünge 50 und entsprechende Rastöffnungen 52 bereitgestellt werden, die jeweils nahe an einem Ende des Elements 40 und der Aufnahme 30 angeordnet sein können. Die verbleibenden gegenüberliegenden Enden des Elements 40 und der Aufnahme 30 können eben sein. In dieser Ausführungsform wird ein Rastvorsprung 50 auf jeder Flanschwand 41 des Verstärkungselements 40 angeordnet. Eine entsprechende Rastöffnung 52 ist in der Basiswand 37b und gegenüber der oberen Wand 37c angeordnet. Die Rastvorsprünge 50 können konfiguriert sein, um einen geringfügig abgerundeten Abschnitt 53 (siehe 9) und eine gegenüberliegende transversal orientierte flache Auflagefläche 54 aufweisen, die konfiguriert ist, um mit einer ähnlich orientierten flachen Auflagefläche 51 in Eingriff zu treten, die in der äußeren Aufnahme 30 durch die Rastöffnung 52 definiert ist.
In einigen Ausführungsformen können die Verstärkungselemente 40 in die äußere Aufnahme 30 lösbar eingesetzt sein, sodass die Rastvorsprünge 50 jeweils mit ausreichender Kraft nach innen gedrückt werden können, um den Eingriff der Vorsprünge von den Rastöffnungen 52 zu lösen, sodass dem Element ermöglicht wird, aus der äußeren Aufnahme zu gleiten.
Es ist ersichtlich, dass die Rastvorsprünge 50 in einigen Ausführungsformen alternativ auf der äußeren Aufnahme 30 und die Rastöffnungen 52 auf dem Verstärkungselement 40 bereitgestellt werden können.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Montieren des Verstärkungselements 40 in der äußeren Aufnahme 30 wird nun unter allgemeiner Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben. Für dieses Beispiel wird angenommen, dass zwei Rastvorsprünge 50 und zusammenpassende Öffnungen 42 wie gezeigt bereitgestellt sind. In anderen Ausführungsformen können andere geeignete Anzahlen und/oder Anordnungen von Rastvorsprüngen und -Öffnungen bereitgestellt sein.
Um das Rahmenelement 22 zusammenzubauen und das Verstärkungselement 40 in der äußeren Aufnahme 30 zu montieren, wird das flache Ende 46 eines ersten Elements 40 gegenüber den Rastzungen 50 als erstes gleitfähig durch ein offenes Ende 39 der äußeren Aufnahme 30 in den Kanal 32 eingesetzt, wie in 5 und 7 gezeigt ist. Indem das Element 40 in die äußere Aufnahme 30 geschoben wird, tritt der abgerundete Abschnitt 53 der Rastvorsprünge 50 neben dem Verriegelungsende 44 irgendwann mit der Kante des Endes der äußeren Aufnahme 30 in Eingriff, die die Rastvorsprünge 52 aufweist. Aufgrund der großen Nähe der Flanschwände 41a, 41b auf dem Element 40 zur Basiswand 37b und oberen Wand 37c auf der Aufnahme 30 (siehe z. B. 4 und 7 - 8) werden sich das Element und/oder die äußere Aufnahme 30 geringfügig biegen und elastisch jeweils nach innen oder außen in der Gegend des Rastvorsprungs 50 verbiegen. Das Fenster 34, das sich zum Kanal 32 öffnet, erleichtert außerdem das elastische Verbiegen der äußeren Aufnahme 30 als Antwort auf Kontakt mit dem Rastvorsprung 50.
Das Verstärkungselement 40 gleitet weiter innerhalb des Kanals 32 der äußeren Aufnahme 30, wobei die Rastvorsprünge 50, die oberhalb der Basiswand 37b und unterhalb der oberen Wand 37c gleiten, bis die Vorsprünge auf die Rastöffnungen 52 in der äußeren Aufnahme treffen. An diesem Punkt wird die Rastposition erreicht, wie in 6 und 8 gezeigt ist. Die Rastvorsprünge 50 werden ihre jeweiligen Rastöffnungen 52 wenigstens teilweise verlassen und geringfügig von den Öffnungen nach außen ragen, wie am besten in 8 gezeigt ist. Die Auflageflächen 54 auf den Rastvorsprüngen 50 werden nun angeordnet und axial in gegenüberliegender Beziehung zu Auflageflächen 51 ausgerichtet, wie durch die Öffnungen 52 definiert ist. Falls der Installierer versucht, das Element 40 aus der äußeren Aufnahme 30 zurückzuziehen, treten die Auflageflächen 51 und 54 miteinander in Eingriff, um Entfernen des Elements aus der Aufnahme zu verhindern. Das Element 40 wird dadurch in der äußeren Aufnahme 30 gesichert und arretiert, um relative axiale Bewegung zwischen dem Element und der äußeren Aufnahme zu verhindern. Wie auch in 4 und 8 gezeigt, ist der vertikale Steg 42 des Elements 40 durchsichtig und neben dem Fenster 34 der äußeren Aufnahme 30 angeordnet, das die äußere Aufnahme abschließt, um Infiltrierung von Ablagerungen oder andere Substanzen in dem Rahmen 20 zu verhindern. Der Steg 42 definiert ferner bei Betrachtung im Querschnitt, wie in 4 gezeigt, eine vollständig eingeschlossene Röhrenform des eingebauten Rahmenelements 22.
In dem Fall, dass zwei Verstärkungselemente 40 verwendet werden, die im wesentlichen die gesamte Länge der äußeren Aufnahme 30 einnehmen, kann das zweite Element 40 durch das verbleibende Ende 39 der äußeren Aufnahme eingesetzt und auf eine ähnliche Weise wie bisher beschrieben in einer Position arretiert werden. Das vollständig zusammengesetzte Rahmenelement 22 würde wie in 6 gezeigt erscheinen. An diesem Punkt ist das zusammengesetzte Rahmenelement 20 zur Montage in das Solarpanel 20 in Solarmodul 10 bereit, wie in 1 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 können in einigen Ausführungsformen wenigstens die zwei longitudinalen Rahmenelemente 22a, die die größte Länge aufweisen und der größten Verbiegung unter lateralen Kräften F (siehe 4) unterliegen, mit Verstärkungselementen 40 versehen sein. In anderen Ausführungsformen können die kürzeren seitlichen Rahmenelemente 22b außerdem Elemente 40 aufweisen, sodass der gesamte Solarrahmen 20 vollständig verstärkt ist.
Vorteilhafterweise sind die vorstehenden Ausführungsformen eines strukturell verstärkten zusammengesetzten Solarrahmenelements 22 fähig, Verbiegung und Verwinden unter statischen und dynamischen Lasten besser zu widerstehen. Dies minimiert die resultierenden Spannungen in dem Solarpanel und insbesondere der oberen Glasdeckplatte, die Bersten und Beschädigung ausgesetzt ist. Zusätzlich sind weitere Vorteile von Ausführungsformen eines zusammengesetzten Solarrahmenelements, das hier offenbart ist, dass die Größe der äußeren Aufnahme 30 nicht erhöht zu werden braucht und die ästhetische Erscheinung der sichtbaren Abschnitte des Rahmenelements nicht verändert werden, wenn das Solarmodul eingebaut wird. Dies wird durch strukturelles Verstärken der äußeren Aufnahme 30 von innen über innere Verstärkungselemente 40 ermöglicht, wie hier beschrieben ist.
BEISPIEL - COMPUTERSPANNUNGSANALYSE
Die Erfinder haben eine computersimulierte statische strukturelle Spannungsanalyse durchgeführt, um einen nichtverstärkten Solarpanelrahmen mit einem verstärkten Rahmen 20 unter Verwendung von Verstärkungselementen 40 und äußerer Aufnahme 30 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vergleichen. Die Simulation wurde unter Verwendung von struktureller Spanungsanalysesoftware ANSYS, Version 12.1, durchgeführt, die von ANSYS, Inc. erhältlich ist. Die analysierten virtuellen Solarmodule wurden ähnlich wie das Solarmodul 10, das in 1 gezeigt ist, konfiguriert. Die Module enthielten eine obere Glasdeckplatte, die 5,8 mm dick ist, und einen Perimeter-Rahmen, der 1656 mm Länge mal 650 mm Breite mal 35 mm Höhe misst. Der nichtverstärkte Rahmen, der analysiert wurde, wurde aus T5-Aluminuium des Grads/Typs 6063 hergestellt. Der verstärkte Rahmen wurde aus der gleichen Aluminiumaußenaufnahme hergestellt, jedoch mit einem Stahlverstärkungselement des Grads/Typs SUS 304.
Die maximale Hauptlast auf die Glasdeckplatte in dem physikalischen Zentrum des Solarpanels wurde durch die Spannungsanalyse bestimmt. Dies ist der Bereich der größten Verbiegung der Glasplatte und des Biegemoments. Die Ergebnisse zeigten eine Verminderung der maximalen Hauptlast von 14,275MPa (nichtverstärkter Rahmen) auf 13,163 MPa (verstärkter Rahmen) an. Eine beispielhafte computererzeugte Spannungsverteilung in den Solarpanelen, die Ergebnisse für den verstärkten Rahmen zeigt, ist in dem computererzeugten Bild der 10 gezeigt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Rahmen zum Tragen eines Solarpanels wenigstens ein längliches Rahmenelement auf, das eine Längsachse definiert und konfiguriert ist, um ein Solarpanel zu tragen. Das Rahmenelement weist eine axial längliche äußere Aufnahme auf, die einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal definiert, der zum Aufnehmen eines axial länglichen Verstärkungselements konfiguriert ist, das darin angeordnet ist. Das Verstärkungselement kann mit der äußeren Aufnahme in Eingriff treten und ist fähig, die Aufnahme strukturell zu unterstützen. Die äußere Aufnahme ist aus einem ersten Material hergestellt, und das Verstärkungselement ist aus einem zweiten Material hergestellt, das sich von dem ersten Material unterscheidet. Das zweite Material weist eine größere Zugfestigkeit als das erste Material auf. In einigen Ausführungsformen weist das zweite Material eine größere Dichte als das erste Material auf. In einer repräsentativen Ausführungsform kann die äußere Aufnahme ohne Einschränkung aus Aluminium einschließlich Legierungen desselben hergestellt sein, und die innere Aufnahme kann aus Stahl oder Titan einschließlich Legierungen derselben hergestellt sein.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Solarmodul ein Solarpanel einschließlich einer Vielzahl von Solarzellen und eines Perimeter-Rahmens auf, der das Solarpanel trägt. Der Rahmen weist eine Vielzahl länglicher Rahmenelemente auf, die jeweils eine Längsachse definieren. Wenigstens ein Rahmenelement weist eine axial längliche äußere Aufnahme, die eine erste Länge und einen darin hergestellten sich longitudinal erstreckenden Kanal aufweist, sowie ein oder mehrere axial längliche Verstärkungselemente auf, die eine zweite Länge aufweisen und in einer Richtung der ersten Länge der äußeren Aufnahme verlängert sind. Die Verstärkungselemente oder Elemente werden in dem Kanal der äußeren Aufnahme aufgenommen, um die Aufnahme strukturell zu verstärken. Die äußere Aufnahme ist aus einem ersten Material hergestellt, und das Verstärkungselement ist aus einem zweiten Material hergestellt, das sich von dem ersten Material unterscheidet; das zweite Material weist eine größere Zugfestigkeit auf als das erste Material, um den Rahmen zu verstärken. In einigen Ausführungsformen weist das eine oder die mehreren Verstärkungselemente eine kombinierte Gesamtlänge auf, die im wesentlichen mit der ersten Länge der äußeren Aufnahme übereinstimmt. Der Kanal kann in einigen Ausführungsformen eine rechteckige oder quadratische Querschnittsgestalt aufweisen, und die Verstärkungselemente oder Elemente können eine komplementäre Gestalt aufweisen, die dem Element ermöglicht, gleitend von einem offenen Ende der äußeren Aufnahme in den Kanal geschoben zu werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Montieren eines zusammengesetzten Solarrahmenelements für ein Solarmodul umfasst: Bereitstellen einer länglichen äußeren Aufnahme, die eine Längsachse und einen sich darin in Längsrichtung erstreckenden Kanal aufweist, wobei die äußere Aufnahme zum Halten eines Solarpanels konfiguriert ist und aus einem ersten Material hergestellt ist; Bereitstellen wenigstens eines axial länglichen Verstärkungselements, wobei das Verstärkungselement aus einem zweiten Material hergestellt ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das zweite Material eine größere Zugfestigkeit aufweist als das erste Material; Einsetzen eines Endes des Verstärkungselements durch ein offenes Ende der äußeren Aufnahme in den Kanal; axiales Schieben des Verstärkungselements innerhalb des Kanals in eine Rastposition; und Sichern des Verstärkungselements in dem Kanal an der äußeren Aufnahme, um relative Längsbewegung zwischen dem Element und der Aufnahme zu verhindern.

Claims

Rahmen zum Tragen eines Solarpanels, wobei der Rahmen umfasst: wenigstens ein längliches Rahmenelement, das eine Längsachse definiert und zum Tragen eines Solarpanels konfiguriert ist, wobei das Rahmenelement eine längliche äußere Aufnahme aufweist, die einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal definiert, der zum Aufnehmen eines länglichen inneren Verstärkungselements konfiguriert ist, das darin angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement Auflageflächen aufweist, die mit der äußeren Aufnahme in Eingriff treten können und fähig sind, die Aufnahme strukturell zu stützen; wobei die äußere Aufnahme aus einem ersten Material hergestellt ist und das Verstärkungselement aus einem Material hergestellt ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das zweite Material eine größere Zugfestigkeit aufweist als das erste Material, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Aufnahme eine sich in Längsrichtung erstreckende Fensteröffnung definiert, die sich seitlich durch die Aufnahme in den Kanal erstreckt, wobei das Verstärkungselement einen Abschnitt aufweist, der neben dem Fenster angeordnet ist und dieses verschließt.
Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Äußere Aufnahme eine horizontale Basiswand, eine obere Wand, die von der Basiswand beabstandet ist, und eine vertikale Seitenwand aufweist, die mit der Basiswand und der oberen Wand verbunden ist, wobei die Wände den Kanal in der äußeren Aufnahme definieren.
Rahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement im Querschnitt die Gestalt eines C-Abschnitts aufweist, und der Kanal im Querschnitt eine rechteckige oder quadratische Gestalt aufweist.
Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement wenigstens einen Rastvorsprung aufweist, der konfiguriert ist, mit einer passenden Rastöffnung in Eingriff zu treten, die in der äußeren Aufnahme ausgebildet ist, wobei der Rastvorsprung fähig ist, die Verstärkung daran zu hindern, axial aus der äußeren Aufnahme zurückgezogen zu werden.
Solarmodul, umfassend: ein Solarpanel, das eine Vielzahl von Solarzellen aufweist; einen Perimeter-Rahmen, der das Solarpanel trägt und eine Vielzahl länglicher Rahmenelemente aufweist, die jeweils eine Längsachse definieren, wobei wenigstens ein Rahmenelement aufweist: eine axial längliche äußere Aufnahme, die eine erste Länge und einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal darin aufweist; und ein oder mehrere axial längliche Verstärkungselemente, die eine zweite Länge aufweisen und in einer Richtung der ersten Länge der äußeren Aufnahme länglich sind, wobei das Verstärkungselement oder die -elemente in dem Kanal der äußeren Aufnahme aufgenommen sind, um die Aufnahme strukturell zu verstärken; wobei die äußere Aufnahme aus einem ersten Material hergestellt ist und das Verstärkungselement aus einem zweiten Material hergestellt ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das zweite Material eine größere Zugfestigkeit aufweist als das erste Material, um den Rahmen zu verstärken, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Aufnahme eine sich in Längsrichtung erstreckende Fensteröffnung definiert, die sich seitlich durch die Aufnahme in den Kanal erstreckt, wobei das Verstärkungselement einen Abschnitt aufweist, der neben dem Fenster angeordnet ist und dieses verschließt.
Solarmodul nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement einen Rastvorsprung oder eine -Öffnung aufweist, der/die mit einem anderen Rastvorsprung oder einer -öffnung in der äußeren Aufnahme in Eingriff tritt, um das Element an der Aufnahme zu sichern.
Verfahren zum Montieren eines zusammengesetzten Rahmenelements für ein Solarmodul, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer länglichen äußeren Aufnahme, die eine Längsachse und einen sich darin in Längsrichtung erstreckenden Kanal definiert, wobei die äußere Aufnahme zum Halten eines Solarpanels konfiguriert ist und aus einem ersten Material hergestellt ist; Bereitstellen wenigstens eines axial länglichen Verstärkungselements, wobei das Verstärkungselement aus einem zweiten Material hergestellt ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das zweite Material eine größere Zugfestigkeit als das erste Material aufweist; Einsetzen eines Endes des Verstärkungselements durch ein offenes Ende der äußeren Aufnahme in den Kanal; axiales Schieben des Verstärkungselements in dem Kanal in eine Verriegelungsposition; und Sichern des Verstärkungselements in dem Kanal an der äußeren Aufnahme, um relative Bewegungen in Längsrichtung zwischen dem Element und der Aufnahme zu verhindern, ferner umfassend einen Schritt zum Schließen eines sich in Längsrichtung erstreckenden offenen Fensters, das sich mit dem Verstärkungselement seitlich in den Kanal erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsschritt aufweist, dass der Rastvorsprung oder die -öffnung auf dem Verstärkungselement mit einem anderen Rastvorsprung oder einer -Öffnung auf der äußeren Aufnahme in Eingriff tritt.