DE10233973A1

DE10233973A1 - Befestigungssystem für Solarpaneele

Info

Publication number: DE10233973A1
Application number: DE10233973A
Authority: DE
Inventors: Mechthild Winking; Peter Henrich
Original assignee: MUEPRO GmbH; Deutsche BP AG
Current assignee: Muepro GmbH; Deutsche BP AG
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Das Befestigungssystem dient zur Befestigung von Solarpaneelen (14) an Profilschienen (12) mit Hilfe von Befestigungselementen (10). Letztere besitzen Klemmplatten (24, 28), zwischen denen die Solarpaneele (14) einklemmbar sind. Es wird vorgeschlagen, an jeder Langseite eines Paneels (14) wenigstens drei Befestigungselemente (10) vorzusehen, die mit Abstand zu den Ecken des Paneels (14) und einen Abstand zueinander von höchstens ungefähr 0,6 m angeordnet sind. Eine flankenparallele Ausrichtung der Klemmplatten ist von Vorteil.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Befestigungssystem zur Befestigung von Solarpaneelen an einem Profilschienen aufweisenden Unterbau, wobei in der Profilschiene Befestigungselemente verankert sind, die zur Punktbefestigung Klemmplatten aufweisen, zwischen denen die Solarpaneele einklemmbar sind.
In der Regel werden Solarpaneele mit Hilfe von Profilschienen und zwischen diesen und den Paneelen liegenden Kederprofilen gegen eine elastische Unterlage verklemmt. Dadurch entstehen großflächige Klemmbereiche, die die Solarpaneele schonen, jedoch einen erhöhten Montageaufwand erfordern, wobei auch die langen Profilschienen und Kederprofile hohe Kosten nach sich ziehen. Zudem muß auf ein gleichmäßiges Anziehen der Befestigungsschrauben geachtet werden, da sich ansonsten ein welliger Verlauf der Profilschienen ergeben kann, der optisch deutlich in Erscheinung tritt.
Bekannt sind auch bereits Befestigungssysteme der eingangs beschriebenen Art mit punktuell wirkenden Befestigungselementen, die unter dem Namen Modul-Klips von der Firma BP entwickelt worden sind. Diese Befestigungselemente verklemmen die Solarpaneele zwischen Klemmplatten aus Kunststoff und sind in den Eckbereichen zwischen den Panellen vorgesehen, wo sie gegebenenfalls bis zu vier Panelle gleichzeitig einspannen. Die Befestigung an den Ecken ist jedoch aus Montagegründen wegen des gleichzeitigen Befestigens von vier Solarpaneelen ungünstig und auch aus Stabilitätsgründen ist das Einspannen der Paneele in diesem Bereich ungünstig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Befestigungssystem zur Befestigung von Solarpaneelen an einem Profilschienen aufweisenden Unterbau zu schaffen, das einfacher zu montieren ist und einen sicheren Halt der Paneele unter allen Belastungszuständen gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Befestigungssystem der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welchem an jeder Langseite eines Solarpaneels wenigstens drei Befestigungselemente vorgesehen sind, die mit Abstand zu den Ecken der Solarpaneele in einem Abstand von höchstens ungefähr 0,6 m zueinander angeordnet sind.
Es hat sich gezeigt, daß man durch die besondere Anordnung der Befestigungselemente weg von den Ecken der Paneele eine bessere Stabilität erreichen kann, da sich die Flanken entfernt von den Ecken als Angriffspunkte für die Klemmplatten besser eignen als die Ecken. Auch die komplizierte Eckmontage mit unter Umständen dem gleichzeitigen Verklemmen von vier Solarpaneelen entfällt, wobei bei dem erfindungsgemäßen Befestigungssystem bei zwischen Solarpaneelen liegenden Befestigungselementen höchstens die zwei benachbarten Paneele mit den Klemmplatten gleichzeitig verklemmt sind. Fluchtfehler treten in geringerem Maße auf, so daß die unter Umständen durch das Anziehen der Befestigungselemente aufgebauten Spannungen in den Paneelen vermindert werden.
Ein Abstand von höchstens ungefähr 0,6 m zwischen den Befestigungselementen, vorzugsweise ungefähr 0,5 m oder – bei höherer zu erwartender Belastung – weniger, hat sich als hinreichend erwiesen, um bei den üblichen Solarpaneelen die notwendige Festigkeit zu erreichen, damit die Anlage später den auftretenden Kräften, wie z. B. Wind- und Schneelasten dauerhaft widerstehen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die die Solarpaneele überdeckenden Flanken der Klemmplatten parallel zu den Seitenflanken der Solarpaneele ausgerichtet sind, wobei die beiden Klemmplatten im wesentlichen miteinander fluchten. Rechteckige oder quadratische Klemmplatten werden dabei bevorzugt.
Diese Maßnahme hat sich im Hinblick darauf als vorteilhaft erwiesen, daß bei üblichen Solarpaneelen zwischen den Solarzellen und der Flanke des Paneels ein gewisser Rand verbleibt, der zum Erreichen einer sicheren Klemmwirkung genutzt werden kann, während die bisher bekannten Befestigungselemente zur Punktbefestigung mit einer Spitze der oberen Klemmplatte zwischen zwei Solarzellen ragten. Neben der günstigeren Krafteinleitung besteht vor allem eine viel geringere Gefahr, daß durch fehlerhafte Montage eine Mikroverschattung einzelne Solarzellen auftritt, die zum einen Leistungsverluste nach sich zieht und zum anderen in ungünstigen Fällen sogar zu einer Zerstörung des Paneels führen kann. Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Weiterbildung können die Befestigungselemente an einer beliebigen Stelle des Randbereiches angesetzt werden.
Zur Vermeidung einer Mikroverschattung bei tiefstehender Sonne kann es von Vorteil sein, daß wenigstens die die Solarpaneele überdeckenden Flanken der oberen Klemmplatten eine beispielsweise um 45° abgefaste Kante aufweisen.
Das erfindungsgemäße Befestigungssystem eignet sich insbesondere für den Einsatz von Solarpaneelen, die als rahmenlose Laminatplatten ausgebildet sind, die unter Zwischenlage von Gummischichten oder sonstigen elastischen Elementen, die vorzugsweise aus Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymere (EPDM) bestehen, zwischen den Klemmplatten gehalten sind. Rahmenelemente, die gelegentlich zur Verstärkung der Solarpaneele und zur einfacheren Montage verwendet werden, können bei hinreichender Sicherheit entfallen, wobei die Gummielemente zum einen übermäßige punktuelle Druckbelastungen der Paneele bei der Montage vermeiden und zum anderen auch den Widerstand gegen Ausziehen des Paneels beispielsweise infolge starker Durchbiegung bei Schneelast vermindern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können zwischen den Klemmplatten Distanzelemente vorgesehen sein, die den Klemmweg begrenzen. Die beiden Klemmplatten werden in der Regel mit Hilfe einer die Klemmplatten mittig durchstoßenden Befestigungsschraube verspannt, wobei das einseitig einstehende Solarpaneel durch die Distanzelemente vor übermäßiger Vorspannung geschützt wird. Die Distanzelemente sind dem jeweiligen Paneel angepaßt und definieren einen genauen Abstand der Klemmplatten, bei welchem die elastischen Zwischenelemente eine bestimmte Spannung aufweisen.
In der erwähnten üblichen Ausführungsform der Befestigungselemente sind die Distanzstücke als Hülse in der Mitte der Klemmplatten um die Befestigungsschraube oder ein sonstiges Spannelement angeordnet.
Durch die Wahl des Durchmessers der Distanzstücke wird vorzugsweise auch die Einstandstiefe der Solarpaneele zwischen die Klemmplatten bestimmt, wobei zum einen auf eine ausreichende Überlappung zwischen Klemmplatten und Solarpaneel zu achten ist und andererseits eine zu tiefe Einstandtiefe vermieden werden muß, um eine Mikroverschattung einzelner Solarzellenbereiche sicher zu vermeiden.
Der Abstand der den Ecken der Solarpaneele nächstliegenden Befestigungselemente beträgt vorzugsweise ungefähr 0,1 m, während die zwischen den ecknahen Befestigungselementen vorgesehenen Befestigungselemente vorzugsweise einen gleichmäßigen Abstand zueinander aufweisen. Der erwähnte Abstand ist besonders vorteilhaft, weil in diesem Abstand von der Ecke eine gute Krafteinleitung erfolgen kann und andererseits das überstehende freie Ende des Paneels nicht zu lang ist, als daß es seinerseits durch Krafteinflüsse beschädigt werden könnte.
Während bei schmaleren Solarpaneelen Befestigungselemente an den Schmalseiten entfallen können, ist es bei Paneelen mit einer Breite von mehr als 0,8 m vorteilhaft, jeweils wenigstens ein Befestigungselement an den Schmalseiten vorzusehen. Hierdurch kann einer übermäßigen Durchbiegung des Paneel in seiner Längsrichtung entgegengewirkt werden, die zu einem Herausrutschen aus den Befestigungselementen an den Langseiten führen könnte.
Die Profilschienen sind vorzugsweise im Bereich der Flanken von Solarpaneelen parallel zu diesen vorgesehen. Bei einer Dachanordnung mit ausschließlichem Vorsehen von Befestigungselementen an den Langseiten der Solarpaneele bedeutet dies, daß die Profilschienen vorzugsweise quer verlaufen, während bei zusätzlichen Befestigungselementen an den Schmalseiten entsprechend senkrecht hierzu ausgerichtete Profilschienen vorgesehen werden müssen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, bei Befestigungselementen an den Langseiten die Profilschienen senkrecht zu diesen Langseiten verlaufen zu lassen, wobei die Befestigungselemente dann an den Schnittpunkten zwischen den Flanken der Paneele und den Profilschienen eingesetzt werden. Aus Montagegründen ist jedoch die flankenparallele Ausrichtung der Profilschienen zu bevorzugen, da die Befestigungselemente nur noch flankenparallel ausgerichtet werden müssen, was gegebenenfalls bei bereits aufliegendem Paneel erfolgen kann.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
1 eine Schrägansicht eines Befestigungselements für ein Befestigungssystem für Solarpaneele im vormontierten Zustand;
2 ein Explosionsschaubild des Befestigungselements nach 1 sowie
3 eine Ansicht eines Teils des Befestigungssystems mit montiertem Solarpaneel.
In 1 ist beispielhaft ein Befestigungselement 10 gezeigt, das einen Teil eines weiterhin aus Profilschienen 12 und Solarpaneelen 14 (siehe 3) bestehenden Befestigungssystems 100 darstellt.
Das Befestigungselement 10 besteht aus einer Hammerkopfmutter 16 mit einer mittigen Gewindebohrung 18, einem Halteblech 20, das über Haltebügel 22 in bestimmtem Abstand zur Hammerkopfmutter 16 fest zu dieser angeordnet ist, einer unteren, an dem Halteblech 20 festgelegten unteren Klemmplatte 24 mit einer Gummiauflage 26 aus EPDM, einer oberen Klemmplatte 28 mit einer der ersten Gummilage 26 zugewandten zweiten Gummilage 30, einer zwischen den beiden Klemmplatten 24, 28 vorgesehenen Distanzhülse 32 sowie einer Klemm- und Befestigungsschraube 34, die durch Bohrungen 36, 38, 40, 42, 44 in der oberen Klemmplatte 28, der oberen Gummilage 30, der unteren Gummilage 26, der unteren Klemmplatte 24 und dem Halteblech 20 ragt und in die Gewindebohrung 18 der Hammerkopfmutter 16 eindrehbar ist. Denkbar ist auch eine Hammerkopfschraube, die mit ihrem Gewindeschaft durch die übrigen Teile ragt und mit einer Mutter oberhalb der oberen Klemmplatte verspannbar ist.
Das Halteblech 20 besteht aus einem Metall mit federnden Eigenschaften und besitzt zwei radial außerhalb der Bohrung 44 angeordnete Federzungen, die in Richtung der Hammerkopfmutter 16 vom Halteblech 20 abgewinkelt sind. In einem vormontierten Zustand sitzt die Befestigungsschraube 34 lediglich lose in der Hammerkopfmutter 16, um ein Auseinanderfallen der Teile zu verhindern. Die untere Klemmplatte 24 kann mit dem Halteblech 20 vernietet, verklebt oder verschweißt sein. An dem Halteblech 20 sind ferner zwei in Richtung der Hammerkopfmutter abgewinkelte Drucklaschen 48 vorgesehen, auf deren Funktion später noch näher eingegangen wird.
Das beschriebene Befestigungselement 10 steht beispielhaft für weitere einsetzbare Befestigungselemente, die einerseits an Profilschienen festlegbar sind und andererseits Klemmplat ten aufweisen, zwischen denen die Kante eines Solarpaneels 14 verklemmt werden kann.
Beim Aufbau des Befestigungssystems 100 werden zunächst die Profilschienen 12 im Bereich der Langseiten 50 der Solarpaneele parallel zu diesen ausgerichtet angeordnet, beispielsweise auf einem Dach oder einer sonstigen Rahmenkonstruktion. In 3 ist die Langseite 50 nur verkürzt dargestellt – sie weist in der Regel wenigstens drei Befestigungselemente auf und ist entsprechend länger ausgebildet.
Nach der Montage der Profilschienen 12 werden zunächst die Befestigungselemente 10 provisorisch in der Profilschiene 12 verankert, wobei sie zunächst mit parallel zum Profilschlitz 52 ausgerichteter Hammerkopfmutter 16 unter Verbiegen der Federzungen 46 eingesteckt und im Uhrzeigersinn gedreht werden. Hierdurch gelangen die Enden der Hammerkopfmutter 16 unter die Profilenden 54 der Profilschiene 12, wobei die Drucklaschen 48 die Endstellung definieren. In dieser Stellung liegen die Federzungen 46 vorgespannt auch nach dem Loslassen an den Oberseiten der Profilenden 54 an und ziehen die Hammerkopfmutter 16 über die Haltebügel 22 von unten gegen diese Profilenden, so daß ein reibschlüssiger Sitz des Befestigungselements in der eingesteckten Stellung erreicht wird. Sobald die Befestigungselemente 10 für ein Solarpaneel angeordnet sind, in der Regel drei Befestigungselemente an den Langseiten 50 des Paneels 14, wird das Paneel 14 zwischen die Gummilagen 26, 30 der Klemmplatten 24, 28 eingeschoben, wobei die Einstandstiefe des Randes des Paneeles 14 durch den Durchmesser der Distanzhülse 32 definiert ist. Die Einstanztiefe ist so bemessen, daß einerseits eine sichere Klemmung erreicht wird und andererseits die Solarzellen (nicht ge zeigt) auf der Oberfläche des Paneels 14 nicht von der oberen Klemmplatte 28 verdeckt werden. Die Befestigungselemente 10 liegen im eingesteckten Zustand des Paneels ungefähr 0,1 m beabstandet von den Ecken des Paneels und weisen untereinander einen Abstand auf, der nicht größer als 0,6 m sein sollte.
Nach dem Einschieben des Paneels 14 können die noch nicht verklemmten Befestigungselemente 10 axial in der Profilschiene 12 ausgerichtet werden, wobei Kerben 56 im Zusammenwirken mit Punktvorsprüngen (nicht gezeigt) an der Unterseite der Federzungen 46 in bestimmten Positionen eine leichte, spürbare Rastwirkung erzeugen können, die beim Ausrichten hilfreich sein kann. Abschließend wird die Befestigungsschraube angezogen, bis sich der Widerstand durch die verspannte Distanzhülse 32 erheblich erhöht. Die Höhe der Distanzhülse 32 bestimmt den Abstand der Klemmplatten 24, 28 zueinander, der auf die Stärke des als Laminat ausgebildeten Solarpaneels 14 abgestimmt ist, wobei im verklemmten Endzustand die Gummilagen 26, 30 unter einer gewünschten Vorspannung stehen.
In 3 ist der Einbaufall am Rand eines mehrere Paneele 14 aufweisenden Befestigungssystems gezeigt, während bei Einbau zwischen Solarpaneelen das Befestigungselement 10 auch auf seiner einem ersten Paneel gegenüberliegenden Seite ein weiteres Paneel verklemmt. Das Verklemmen kann dann selbstverständlich erst nach dem Einschieben auch des zweiten Paneels erfolgen.
Während in den Abbildungen die obere Deckplatte eine rechtwinklige Flanke aufweist, kann es zur Vermeidung einer Mikroverschattung sinnvoll sein, die Flanken wenigstens im Bereich der Überdeckung mit dem Solarpaneel 14 mit einer Fase von beispielsweise 45° zu versehen. Hierdurch werden Leistungsverluste bei tiefstehender Sonne vermieden, wobei die Deckplatte mit dem Paneel 14 auch stärker überlappend angeordnet werden kann, um die Stabilität zu erhöhen.
Gegebenenfalls können bei sehr breiten Paneelen auch Befestigungselemente an den Schmalseiten vorgesehen sein, wobei in diesem Fall entweder senkrecht zu den Profilschienen 12 ausgerichtete Profilschienen in der Nähe der Flanken der Schmalseiten vorzusehen sind oder in der Mitte der Schmalseiten der Paneele 14 eine zusätzliche Profilschiene parallel zu den Profilschienen 12 im Bereich der Langseiten 50 vorzusehen ist.

Claims

Befestigungssystem zur Befestigung von Solarpaneelen (14) an einem Profilschienen (12) aufweisenden Unterbau, wobei in den Profilschienen (12) Befestigungselemente (10) verankert sind, die zur Punktbefestigung Klemmplatten (24, 28) aufweisen, zwischen denen die Solarpaneele (14) einklemmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Langseite (50) eines Solarpaneels (14) wenigstens drei Befestigungselemente (10) vorgesehen sind, die mit Abstand zu den Ecken der Solarpaneele in einem Abstand zueinander von höchstens ungefähr 0,6 m angeordnet sind.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Solarpaneele (14) überdeckenden Flanken wenigstens der oberen Klemmplatten (28) parallel zu den Seitenflanken (50) der Solarpaneele (14) ausgerichtet sind, wobei die beiden Klemmplatten (24, 28) vorzugsweise miteinander fluchten.
Befestigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarpaneele (14) als rahmenlose Laminatplatten ausgebildet sind, die unter Zwischenlage von Gummielementen (26, 30), die vorzugsweise aus EPDM bestehen, zwischen den Klemmplatten (24, 28) gehalten sind.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Klemmplatten (24, 28) Distanzelemente (32) vorgesehen sind, die den Klemmweg begrenzen.
Befestigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (32) als Hülsen jeweils in der Mitte der Klemmplatten (24, 28) um ein Spannelement, wie z. B. eine Befestigungsschraube (34) angeordnet sind.
Befestigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl des Durchmessers der Distanzhülse (32) die Einstandstiefe der Solarpaneele (14) zwischen die Klemmplatten (24, 28) bestimmbar ist.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ecken der Solarpaneele (14) am nächsten liegenden Befestigungselemente (10) einen Abstand von ungefähr 0,1 m zu den Ecken aufweisen.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den eckennahen Befestigungselementen vorgesehene Befestigungselemente (10) einen gleichmäßigen Abstand zueinander aufweisen.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Breiten der Solarpaneele (14) oberhalb von 0,8 m, vorzugsweise 0,7 m, jeweils wenigstens ein Befestigungselement (10) auch an den Schmalseiten der Solarpaneele (14) vorgesehen ist.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die die Solarpaneele (14) überdeckenden Flanken der oberen Klemm platten (28) eine beispielsweise um 45° abgefaste Kante aufweisen.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilschienen (12) im Bereich der Flanken (50) von Solarpaneelen (14) parallel zu diesen angeordnet sind.
Befestigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwischen Solarpaneelen (14) liegenden Befestigungselementen (10) die beiden benachbarten Paneele (14) zwischen den Klemmplatten (24, 28) eines Befestigungselements (10) verklemmt sind.