DE102015103839B4

DE102015103839B4 - Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102015103839B4
Application number: DE102015103839.0A
Authority: DE
Inventors: Achim Diehl; Guido Ingwer; Ulrich Uhlenhut; Carsten Schulz; Gerrit Wetekam; Marco Reinhold; Ralf Mommertz
Original assignee: INCEDA HOLDING GmbH
Current assignee: INCEDA HOLDING GmbH
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: DE102015103839A1; DE202015101348U1; WO2016146533A1

Abstract

Photovoltaikanlage, bestehend aus einer Mehrzahl von miteinander vernetzten Solarmodulen (1), die auf einer im Wesentlichen horizontalen Auflagefläche angeordnet und mittels Trägereinrichtungen über der Auflagefläche installiert sind, wobei als Trägereinrichtungen Hartschaumblöcke (6) vorgesehen sind, mit denen die Solarmodule (1) in geringem Abstand über der Auflagefläche installierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) jeweils zwischen zwei benachbarten Solarmodulen (1) positioniert sind, dass die Seitenränder der benachbarten Solarmodule (1) auf den jeweiligen zwischen ihnen angeordneten Hartschaumblöcken (6) aufliegen und an diesen fixiert sind und dass die Hartschaumblöcke (6) in der Mitte ihrer Oberseite (7) eine nach oben vorspringende Rippe (8) aufweisen, die als Anlageleiste und Abstandshalter für die Seitenränder zweier benachbarter Solarmodule (1) dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage, bestehend aus einer Mehrzahl von miteinander vernetzten Solarmodulen, die auf einer im Wesentlichen horizontalen Auflagefläche angeordnet und mittels Trägereinrichtungen über der Auflagefläche installiert sind.
Photovoltaikanlagen erzeugen aus dem Sonnenlicht mit Hilfe von halbleitenden Schichten elektrische Energie in Form von Gleichstrom. Die so gewonnene Energie kann entweder direkt verwendet, in Solarbatterien gespeichert oder über Wechselrichter als Wechselstrom in ein Stromnetz, beispielsweise das öffentliche Stromnetz, eingespeist werden.
In bekannten Photovoltaikanlagen ( DE 10 2012 108 138 A1 ) werden die Solarmodule auf komplizierten Unterkonstruktionen montiert, um in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsszenario eine höchstmögliche Leistung zu erzielen.
Auf der Nordhalbkugel der Erde werden die Solarmodule normalerweise in Nord-Süd-Richtung verlegt und mit einem Neigungswinkel von Nord nach Süd ausgestattet.
Die bekannten Unterkonstruktionen, die häufig sehr aufwendig ausgestattet sind, müssen bei extremen Windgeschwindigkeiten hohe Druck- und Zugkräfte, die auf die Solarmodule einwirken, aufnehmen. Auch Temperaturschwankungen können sich bei den bekannten Unterkonstruktionen negativ auswirken, da die durch die Temperaturschwankungen entstehenden Spannungen auf die Solarmodule weitergeleitet werden.
Aus der DE 10 2009 052 264 A1 ist eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Solarmoduls bekannt, mit welcher das jeweilige Solarmodul insbesondere auf einem Flachdach installiert werden kann. Die Befestigungsvorrichtung besteht aus einem Hauptkörper aus Schaummaterial oder dergleichen sowie mindestens einem von diesem Hauptkörper abstehenden Halteelement zum Halten des Solarmoduls, wobei die Halteelemente zumindest abschnittsweise aus einem sich von dem Material des Hauptkörpers unterscheidendem Material bestehen und in dem Hauptkörper verankert sind. Die Solarmodule liegen mit ihren Rückseiten gegen die Halteelemente an und können mit diesen verklebt sein.
Aus der WO 2010/063018 A2 ist eine Anordnung aus einer Vielzahl von Solarmodulen bekannt, die auf einem Raster im Abstand über einem Dach angeordnet werden können. Das Raster besteht dabei aus horizontalen Trägern bzw. Schienen, an denen die Solarmodule befestigt werden. Darüber hinaus können die Solarmodule auch untereinander verbunden sein. Die miteinander verbundenen Einheiten müssen ein ausreichendes Gewicht aufweisen, damit sie den Windbelastungen standhalten und nicht bei einer ungünstigen Windrichtung und Windstärke von dem Raster abgehoben werden.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine optimale Unterkonstruktion für die Solarmodule aufweist, welche den äußeren, auf die Solarmodule einwirkenden Belastungen standhält, einfach und schnell montierbar ist, nur einen geringen technischen Aufwand verursacht und mit niedrigen Kosten verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Danach sind die Hartschaumblöcke jeweils zwischen zwei benachbarten Solarmodulen positioniert, wobei die Seitenränder der benachbarten Solarmodule auf den jeweiligen, zwischen ihnen angeordneten Hartschaumblöcken aufliegen und an diesen fixiert sind. Die Hartschaumblöcke weisen in der Mitte ihrer Oberseite eine nach oben vorspringende Rippe auf, die als Anlageleiste und Abstandshalter für die Seitenränder zweier benachbarter Solarmodule dient.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Konstruktion und der Verwendung von relativ preiswerten Hartschaumblöcken als Trägereinrichtung können die Solarmodule in sehr geringem Abstand über der Auflagefläche platziert werden. Unmittelbar über der jeweiligen Auflagefläche ist die Windbelastung sehr gering und die an den Solarmodulen auftretenden Kräfte sind leicht beherrschbar und können von den als Trägereinrichtungen dienenden Hartschaumblöcken spannungsfrei aufgenommen werden.
Die Höhe der auf den Oberseiten der Hartschaumblöcke vorgesehenen Rippen ist zweckmäßig geringfügig niedriger als die Stärke eines Solarmoduls und weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf.
Zur Fixierung der Solarmodule auf den Hartschaumblöcken kann auf der Rippe eine Andruckplatte befestigbar sein, die zu beiden Seiten der Rippe vorsteht und die benachbarten Ränder zweier Solarmodule übergreift. Mittels der Andruckplatten werden nicht nur die Solarmodule ausreichend fixiert, sondern es kann bei entsprechender Dimensionierung der Andruckplatten der jeweilige Hartschaumblock völlig überdeckt und gegen UV-Licht geschützt werden.
Zur Befestigung der Andruckplatten kann in die jeweilige Rippe eines jeden Hartschaumblocks mindestens ein Dämmstoffdübel eingeschraubt werden, wobei die Andruckplatten mit Hilfe von Stahlschrauben, die in die Dämmstoffdübel eingeschraubt werden, befestigbar sind. Die Dämmstoffdübel können beispielsweise aus Polyamid bestehen.
Die Andruckplatten werden zweckmäßig aus Metallblech, beispielsweise aus Aluminiumblech, gefertigt, welches relativ leicht und für den vorliegenden Befestigungsmechanismus ausreichend stabil ist.
Als Zwischenlage zwischen der Unterseite der Andruckplatten und der Oberseite der Seitenränder der Solarmodule kann Kompressionsband vorgesehen sein, welches sich beim Anschrauben der Andruckplatten etwas zusammendrückt. Dadurch wird ein guter Halt der Solarmodule an den Hartschaumblöcken erzielt und eine unmittelbare Berührung zwischen den empfindlichen Solarmodulen und den Andruckplatten vermieden.
Die Hartschaumblöcke sind vorzugsweise aus geschäumtem Polystyrol gefertigt. Polystyrol eignet sich besonders deshalb gut als Trägereinrichtung, weil es für die hier erforderliche Aufgabe eine ausreichende Festigkeit aufweist und beständig gegen Wassereinwirkung ist. Geschäumtes Polystyrol ist zwar nicht übermäßig UV-stabil, jedoch sind die Blöcke aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion weitestgehend durch die Solarmodule abgedeckt, sodass sie dem UV-Licht nicht bzw. nur in sehr geringem Umfang ausgesetzt sind. Das Problem der geringen UV-Stabilität spielt daher keine entscheidende Rolle.
Die Hartschaumblöcke sind in ihrer Höhe zweckmäßig so bemessen, dass die Solarmodule von ihrer Nordseite zur Südseite geneigt verlegbar sind. Durch die Neigung zur Südseite wird die erzeugte Leistung optimiert.
Die Neigung der verlegten Solarmodule braucht im vorliegenden Fall nur gering zu sein, beispielsweise zwischen größer 0° und etwa 10°. Dieser geringe Neigungswinkel reicht zur Erzielung einer guten Leistung völlig aus. Aufgrund der geringen Neigung wird auch die Windempfindlichkeit erheblich reduziert. Unter gewissen Umständen ist sogar eine Verlegung der Solarmodule in horizontaler Lage denkbar.
Um die entsprechende Neigung der Solarmodule zu erzielen, können die Hartschaumblöcke an ihrer Oberseite, auf der die Solarmodule aufliegen, entsprechend dem vorgegebenen Neigungswinkel der Solarmodule abgeschrägt sein. Durch diese Maßnahme wird eine gute und formschlüssige Auflage der Solarmodule auf der Oberseite der Hartschaumblöcke erzielt.
Zumindest an der Nordseite der Solaranlage können die Unterseiten der Hartschaumblöcke auf Betonsteinen gelagert und mit diesen verbunden sein. Diese Maßnahme reicht aus, um die dicht über der Auflagefläche montierten Solarmodule gegen Windbelastung zu schützen. Entsprechend können auch die an der Ost- und Westseite eines Solarmodulfeldes angeordneten Hartschaumblöcke mit Betonsteinen verbunden sein. Die Verbindung der Hartschaumblöcke mit den Betonsteinen erfolgt zweckmäßig über eine mineralische Klebeschicht.
Wenn die Solarmodule unmittelbar auf dem Erdreich verlegt werden sollen, wird zweckmäßig auf das Erdreich ein wasserdurchlässiges Bändchengewebe ausgelegt. Diese dient insbesondere als Unkrautsperre und zur homogenen Abdeckung des Untergrundes.
Das Bändchengewebe kann zusätzlich noch mit einer Ausgleichsschicht überdeckt sein, beispielsweise mit Rindenmulch.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1: eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer aus einer Mehrzahl von Solarmodulen bestehenden Photovoltaikanlage,
2: einen Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie II-II aus 1,
3: einen Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie III-III aus 1,
4: einen Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie IV-IV aus 1,
5: in perspektivischer Darstellung einen als Trägereinrichtung dienenden Hartschaumblock mit Andruckplatte,
6: einen Schnitt durch ein an der Nordseite der Anlage angeordnetes Nordauflager,
7: einen um 90° gedrehten Schnitt gemäß 6,
8: einen Schnitt durch ein Südauflager eines an der Nordseite verlegten Solarmoduls und
9: einen um 90° gegenüber 8 verdrehten Schnitt durch das Auflager.
In 1 der Zeichnung ist eine Draufsicht auf eine Photovoltaikanlage dargestellt, die jedoch nach allen Seiten beliebig erweiterbar ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausschnitt sind vier Reihen von Solarmodulen 1 gezeigt.
Die obere Reihe 2 liegt dabei an der Nordseite und die untere Reihe 3 an der Südseite. Die rechte Reihe 4 weist nach Osten und die linke Reihe 5 nach Westen.
Als Auflager für die Solarmodule 1 dienen Hartschaumblöcke 6 aus geschäumtem Polystyrol. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Hartschaumblocks 6 ist in 5 dargestellt.
Mit Hilfe derartiger Hartschaumblöcke 6 können die Solarmodule 1 in geringem Abstand über einer Auflagefläche, beispielsweise dem Erdboden, installiert werden.
Die Hartschaumblöcke 6 werden jeweils zwischen zwei benachbarten Solarmodulen 1 positioniert, wobei die Seitenränder der benachbarten Solarmodule 1, wie beispielsweise in 4 veranschaulicht, auf den jeweiligen, zwischen ihnen angeordneten Hartschaumblöcken 6 aufliegen.
Die Hartschaumblöcke 6 sind in ihrer Höhe so bemessen, dass die Solarmodule 1 von ihrer Nordseite zur Südseite geneigt verlegbar sind. An ihrer Nordseite weisen die Solarmodule 1 etwa einen Abstand von 15 cm und an ihrer Südseite einen Abstand von 3 bis 4 cm von der Auflagefläche auf. Dieser geringe Abstand von der Auflagefläche reicht aus, um den Windeinfluss so weit zu reduzieren, dass die Solarmodule 1 kaum noch Windbelastungen ausgesetzt sind.
Bei diesen genannten Werten ergibt sich eine Neigung der verlegten Solarmodule 1 von etwa 5°. In der Praxis sind Werte zwischen größer 0° und etwa 10° möglich.
Wie insbesondere aus den 6 bis 9 hervorgeht, sind die Hartschaumblöcke 6 an ihrer Oberseite 7, auf der die Solarmodule 1 aufliegen, entsprechend dem vorgegebenen Neigungswinkel der Solarmodule 1 abgeschrägt.
Wie insbesondere aus 5 zu erkennen ist, weisen die Hartschaumblöcke 6 in der Mitte ihrer Oberseite 7 eine nach oben vorspringende Rippe 8 auf, die als Anlageleiste und Abstandshalter für die Seitenränder zweier benachbarter Solarmodule 1 dient. Die Rippe 8 ist im Querschnitt rechteckig ausgebildet, wobei die Höhe der Rippe 8 geringfügig niedriger ist als die Stärke eines Solarmoduls 1. Oben auf der Rippe 8 kann eine Andruckplatte 9 befestigt werden. Die Andruckplatte 9 ist so dimensioniert, dass sie zu beiden Seiten der Rippe 8 vorsteht und die benachbarten Seitenränder zweier Solarmodule 1 übergreift, wie insbesondere in 4 dargestellt.
Um die Andruckplatte 9 auf der jeweiligen Rippe 8 befestigen zu können, werden in die Rippe 8 jedes Hartschaumblocks 6 senkrecht von oben Dämmstoffdübel 10 eingeschraubt, die beispielsweise aus Polyamid bestehen. In die Dämmstoffdübel 10 können dann durch die Andruckplatten 7 hindurch Stahlschrauben 11 in den jeweiligen Dämmstoffdübel 10 eingeschraubt werden.
Die Andruckplatten 9 sind aus Metallblech gefertigt, beispielsweise aus Aluminiumblech, und können die gesamte Länge der Rippe 8 oder auch nur einen Teilabschnitt davon überdecken, sodass die Hartschaumblöcke 6 bzw. ihre oberen Rippen 8 weitestgehend gegen UV-Licht abgeschirmt sind.
Um die an den Hartschaumblöcken 6 zu befestigenden Seitenränder der Solarmodule 1 zu schonen, ist zwischen der Unterseite der jeweiligen Andruckplatte 9 und der Oberseite der Seitenränder der Solarmodule 1 eine Zwischenlage 12 aus Kompressionsband vorgesehen.
Um einen optimalen Sitz der Solarmodule 1 an den Hartschaumblöcken 6 zu gewährleisten, ist die Höhe der Rippen 8 geringfügig niedriger gewählt als die Stärke eines Solarmoduls 1, sodass sich beim Festschrauben der Andruckplatten 9 gegen die Seitenränder der Solarmodule 1 das Kompressionsband etwas zusammendrückt und einen festen, aber elastischen Sitz der Solarmodule 1 gewährleistet.
Wie aus 2 hervorgeht, die ein Schnitt entlang der Linie II-II aus 1 ist, ist die obere Reihe 2 der Solarmodule 1, nämlich die Nordreihe, zusätzlich gegen Windbelastung geschützt. Dies geschieht dadurch, dass die Hartschaumblöcke 6 auf Betonsteinen 13 ruhen, mit denen Sie beispielsweise mittels einer mineralischen Klebeschicht 14 fest verbunden sind.
In gleicher Weise werden auch die nach Osten und Westen gerichteten seitlichen Reihen 4 und 5 geschützt, wie in 3 dargestellt. Auch bei diesen beiden seitlichen Reihen 4 und 5 sind die Hartschaumblöcke 6 mit Betonsteinen 13 verbunden, die einen festen Sitz der Solarmodule 1 an ihrer Auflagefläche garantieren.
Wie aus 2 und 3 hervorgeht, sind die Solarmodule 1 auf dem Erdreich 15 verlegt. Das Erdreich 15 ist mittels eines wasserdurchlässigen Bändchengewebes 16 abgedeckt, welches gleichzeitig als Unkrautsperre dient.
Auf dem Bändchengewebe 16 kann ferner eine Ausgleichsschicht 17 aufgebracht werden, die beispielsweise aus Rindenmulch besteht.
Bezugszeichenliste

1: Solarmodule
2: obere Reihe der Solarmodule (Nordseite)
3: untere Reihe der Solarmodule (Südseite)
4: rechte Reihe der Solarmodule (Ostseite)
5: linke Reihe der Solarmodule (Westseite)
6: Hartschaumblöcke
7: Oberseiten der Hartschaumblöcke
8: Rippen/Anlageleisten
9: Andruckplatten
10: Dämmstoffdübel
11: Stahlschrauben
12: Zwischenlage/Kompressionsband
13: Betonsteine
14: Klebeschicht
15: Erdreich
16: Bändchengewebe
17: Ausgleichsschicht

Claims

Photovoltaikanlage, bestehend aus einer Mehrzahl von miteinander vernetzten Solarmodulen (1), die auf einer im Wesentlichen horizontalen Auflagefläche angeordnet und mittels Trägereinrichtungen über der Auflagefläche installiert sind, wobei als Trägereinrichtungen Hartschaumblöcke (6) vorgesehen sind, mit denen die Solarmodule (1) in geringem Abstand über der Auflagefläche installierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) jeweils zwischen zwei benachbarten Solarmodulen (1) positioniert sind, dass die Seitenränder der benachbarten Solarmodule (1) auf den jeweiligen zwischen ihnen angeordneten Hartschaumblöcken (6) aufliegen und an diesen fixiert sind und dass die Hartschaumblöcke (6) in der Mitte ihrer Oberseite (7) eine nach oben vorspringende Rippe (8) aufweisen, die als Anlageleiste und Abstandshalter für die Seitenränder zweier benachbarter Solarmodule (1) dient.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rippe (8) geringfügig niedriger als die Stärke eines Solarmoduls (1) ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (8) im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rippe (8) eine Andruckplatte (9) befestigbar ist und dass die Andruckplatte (9) zu beiden Seiten der Rippe (8) vorsteht und die benachbarten Seitenränder zweier Solarmodule (1) übergreift.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die jeweilige Rippe (8) eines jeden Hartschaumblocks (6) mindestens ein Dämmstoffdübel (10) eingeschraubt ist und dass die Andruckplatten (9) mit Hilfe von Stahlschrauben (11), die in den Dämmstoffdübel (10) eingeschraubt sind, befestigt werden.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckplatte (9) aus Metallblech besteht.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenlage zwischen der Unterseite der Andruckplatten (9) und der Oberseite (7) der Seitenränder der Solarmodule (1) Kompressionsband (12) vorgesehen ist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) aus geschäumtem Polystyrol gefertigt sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) in ihrer Höhe so bemessen sind, dass die Solarmodule (1) von ihrer Nordseite zur Südseite geneigt verlegbar sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der verlegten Solarmodule (1) zwischen größer 0° und etwa 10° beträgt.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) an ihrer Oberseite (7), auf der die Solarmodule (1) aufliegen, entsprechend dem vorgegebenen Neigungswinkel der Solarmodule (1) abgeschrägt sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Hartschaumblöcke (6) zumindest an der Nordseite eines Solarmodulfeldes und gegebenenfalls auch an der Ost- und Westseite auf Betonsteinen (13) gelagert und mit diesen verbunden sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschaumblöcke (6) mittels einer mineralischen Klebeschicht (14) mit den Betonsteinen (13) verbunden sind.
Photovoltaikanlage, die auf dem Erdreich verlegt ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf dem Erdreich (15) ein wasserdurchlässiges Bändchengewebe (16) verlegt ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bändchengewebe (16) mit einer Ausgleichsschicht (17) überdeckt ist.