DE19632493C2 - Rahmenloses Solarmodul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein rahmenloses Solarmodul mit einem Solarlaminatkörper, der Solarzellen in einem laminierten Aufbau umfaßt.

Solarmodule sind auf großflächigen beispielsweise aus Glas bestehenden Substraten aufgebaut und bestehen aus großflächigen, direkt auf dem Substrat erzeugten und gegebenenfalls integriert verschalteten Solarzellen oder aus einer Vielzahl einzelner Solarzellen, die auf dem Substrat befestigt, miteinander verschaltet und gegebenenfalls mit einer auflaminierten Abdeckung wetterbeständig ausgebildet sind.

Zum Aufstellen der Solarmodule werden diese üblicherweise auf einer Unterlage befestigt, welche ein gesondertes Gestell, eine Gebäudefassade, ein Gebäudedach oder eine sonstige natürliche oder künstliche Unterlage sein kann.

Solarmodule können einen Rahmen mit vorgefertigten Mitteln zum Befestigen der Solarmodule auf der Unterlage aufweisen. Es sind auch Solarmodule bekannt, die Bohrungen im Substrat zur Befestigung aufweisen.

Rahmenlose Solarmodule können mit Hilfe geeigneter Klemmen auf einer Unterlage befestigt werden.

Aus der DE 43 13 739 A1 ist eine Vorrichtung zur Befestigung von Innenverkleidungsteilen eines Kraftfahrzeugs am feststehenden Aufbau bekannt. Zur Verbindung des Innenverkleidungsteils mit dem feststehenden Aufbau ist ein z-förmiges Profilteil vorgesehen, wobei das Profilteil dicht beieinanderliegende Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme einer seitens der Innenverkleidung zugeführten Schraube aufweist, um Montage- und Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können.

Aus der DE 44 31 909 A1 ist ein Wärmekollektor bekannt, der einen das gesamte Modul umschließenden Rahmen besitzt. Zur Verbindung des Rahmens mit einer entsprechenden Unterlage ist ein z-förmiges Profilteil vorgesehen.

Aus der DE 29 51 0151 U1 ist ein z-förmiges Profilteil zur Verbindung eines feststehenden Elementes mit einem Montageteil bekannt. Zur Verbindung des Montageteils mit dem z-förmigen Profilteil dient ein Gleitstein, wobei das Montageteil zwischen dem Gleitstein und dem z-förmigen Profilteil eingespannt wird. Der Gleitstein weist ein Riffelraster auf, das in entsprechende, am Montageteil eingebrachte Riffellinien eingreift, so daß ein Formschluß gegenüber horizontal angreifenden Kräften gewährleistet ist. Außerdem weist der Gleitstein verschiedene Rasterbohrungen auf, so daß Toleranzen seitens des Montageteils durch die Wahl einer entsprechenden Rasterbohrung ausgeglichen werden können.

Aus der DE 94 09 453 U1 ist eine Vorrichtung zur Befestigung von rahmenlosen Solarmodulen bekannt. Zur Befestigung dienen Befestigungselemente, die im wesentlichen aus einem Schenkel und einem daran senkrecht befestigten, nach vorn erstreckenden Steg bestehen. Das vordere Ende des Steges ist als Haken ausgeführt, in den das Solarmodul eingehängt werden kann.

Aus der DE-GM 71 32 277 ist eine z-förmige Abstandskralle zum Befestigen von Brettern auf einem Deckengebälk bekannt. Um mit Hilfe der Abstandskralle verschieden große Abstände zwischen den zu befestigenden Brettern einstellen zu können, weist die Abstandskralle eine stufenförmige Kante auf, die in die gleiche stufenförmige Kante einer anderen Abstandskralle eingreifen kann, wobei durch Versetzen der Stufen der Abstand der an den Abstandskrallen befestigten Bretter verstellt werden kann.

Aus der DE 32 18 013 C2 ist eine Dachlatte für Ziegeldächer bekannt, die aus Aluminium besteht, wobei zur Befestigung der Dachlatte ein Annagelsteg vorgesehen ist. An der Unterseite der Dachlatte befindet sich eine Rohrhalterung, in der ein Rohr zum Hindurchleiten einer Wärmeträgerflüssigkeit befestigt werden kann, um die in den an der Dachlatte anliegenden Dachziegeln gespeicherte Wärmeenergie abführen zu können.

Aus der FR 25 42 393 ist ein Befestigungselement für Dachlatten bekannt, das trapezförmig ausgestaltet ist. Das Befestigungselement weist eine Stirnfläche und senkrecht dazu abgehende Seitenflächen auf. An den freien Enden der Seitenflächen befinden sich jeweils abstehende Befestigungslaschen, die je nach Form und Größe der zu befestigenden Dachlatte abgebogen werden können.

Solarmodule mit einem zur Befestigung geeigneten Rahmen sind nur kostenaufwendig herzustellen. Das Befestigen von Solarmodulen mit Hilfe von Klemmen ist verfahrensaufwendig und garantiert keinen sicheren Halt des Solarmoduls in der Klemme. Solarmodul und Klemme müssen getrennt voneinander gehandhabt werden. Solarmodule mit Befestigungslöchern sind aufwendig herzustellen, unter anderem auch weil beim Bohren der Löcher die Gefahr einer Beschädigung des Solarmoduls besteht.

Ein weiteres Problem bei der Befestigung von Solarmodulen ist die Tatsache, daß die Kanten der Solarlaminatkörper aufgrund der Verwendung von wärmebehandelten Glassubstraten sehr schlagempfindlich sind. Schließlich muß bei der Befestigung von Solarmodulen dafür Sorge getragen werden, daß das Eindringen von Feuchtigkeit in den laminierten Aufbau des Solarlaminatkörpers weitgehend verhindert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein rahmenloses Solarmodul mit Befestigungselementen zu schaffen, das in einfacher und sicherer Weise auf einer Unterlage befestigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung umfaßt neben dem rahmenlosen Solarmodul mindestens zwei Befestigungselemente, die jeweils aus einem Metallprofilteil mit z-förmigem Profil bestehen, das einen ersten Wandbereich, einen zweiten Wandbereich, der gegenüber dem ersten Wandbereich abgewinkelt ist, und dritten Wandbereich aufweist, der gegenüber dem zweiten Wandbereich in die dem ersten Wandbereich entgegengesetzte Richtung abgewinkelt ist. Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, daß die Befestigungselemente an den Kanten des Solarlaminatkörpers entlang angeordnet sind, wobei der erste Wandbereich der Befestigungselemente mit dem Solarlaminatkörper verklebt ist und der dritte Wandbereich der Befestigungselemente zumindest eine Durchbrechung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist im einfachsten Fall ein z-förmiges, aus einem Blech gefertigtes Metallprofil, welches entlang einer Kante auf dem zu befestigenden Körper aufgeklebt ist. In dem zweiten (unteren) horizontalen Wandbereich des z-förmigen Profils sind Durchbrechungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln vorgesehen.

Mit dem aufgeklebten Metallprofilteil, welches üblicherweise durch Biegen, Ziehen oder Gießen hergestellt ist, wird die die Stabilität des Körpers gegen Verbiegen und in der Folge gegen Bruch erhöht, da das Metallprofilteil eine hohe Stabilität gegen Verbiegen in seiner Längsachse besitzt.

Das Befestigungselement kann serienmäßig bei der Herstellung oder Bearbeitung des Körpers auf diesen aufgeklebt werden, so daß eine automatisierte Fertigung beziehungsweise Verklebung möglich ist. Dies vermindert den Aufwand bei der Befestigung des Körpers, welche dadurch schneller und einfacher erfolgen kann, als zum Beispiel mit Klemmen. Gegenüber einem Befestigungsrahmen besitzt das erfindungsgemäße Befestigungselement einen Material- und somit Kostenvorteil.

Das Befestigungselement kann so auf den Körper aufgeklebt werden, daß der erste vertikale Wandbereich des z-förmigen Profils an einer Kante des Körpers anliegt. Auf diese Weise ist die Kante des Körpers zusätzlich gegen Beschädigung, zum Beispiel durch einen Stoß, geschützt. Dieser Schutz ist bereits nach dem Aufkleben des Befestigungselements auf den Körper gewährleistet und schützt diesen auch beim Transport, wenn das Aufkleben an einem von der Unterlage entfernten Ort und zum Beispiel bereits bei der Herstellung oder der Bear­ beitung des Körpers erfolgt. Dabei ist der Körper nach der Befestigung zwischen dem ersten horizontalen Wandbereich des z-förmigen Profils und der Unterlage angeordnet, so daß der erste horizontale Wandbereich den Körper gegen ein Lösen von der Unterlage schützt, ohne die Klebestelle zu belasten. Mög­ lich ist es jedoch auch, daß das Befestigungselement auf der Unterseite des Körpers aufgeklebt ist. In diesem Fall weist die Klebestelle eine für die sichere Befestigung des Körpers ausreichende Festigkeit und Belastbarkeit auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Befestigungse­ lement so auf dem Solarmodul entlang einer ersten Kante auf­ geklebt, daß das z-förmige Profil die daran angrenzende Kante des Körpers überragt. Auf diese Weise werden mit dem Befesti­ gungselement zwei Kanten beziehungsweise eine Ecke des Kör­ pers gegen Beschädigung geschützt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Körper einen laminierten Aufbau auf, in den das Befestigung­ selement einlaminiert ist. In dieser Ausgestaltung ist zum Ankleben des Befestigungselements auf dem Körper kein zusätz­ licher Arbeitsschritt und auch kein Klebstoff erforderlich. Der Halt des Befestigungselements am Körper wird durch die Stabilität des laminierten Aufbaus erhöht. Körper mit lami­ niertem Aufbau sind beispielsweise laminierte Solarmodule.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Befe­ stigungselement ein Metallprofilteil, das zumindest einen weiteren vertikalen Wandbereich aufweist, der mit dem ersten horizontalen Wandbereich einen senkrechten oder stumpfen Win­ kel und mit dem ersten vertikalen Wandbereich ebenfalls einen rechten oder stumpfen Winkel einschließt.

Dieser weitere vertikale Wandbereich kann auf der gleichen oder auf der gegenüberliegenden Seite des ersten horizontalen Wandbereichs angeordnet sein wie der erste vertikale Wandbe­ reich. Im letzteren Fall wird selbst mit einem unten auf den Körper aufgeklebten Befestigungselement ein Kantenschutz er­ halten. Im ersteren Fall kann das Befestigungselement auf ei­ ner Ecke des Körpers aufgeklebt werden und diese so gegen Be­ schädigung durch Stoß geschützt werden. Dieser weitere verti­ kale Wandbereich kann Teil eines weiteren z-förmigen Profils sein und zur Befestigung auf der Unterlage ebenfalls Durch­ brechungen im zweiten horizontalen Wandbereich aufweisen. Der Körper wird so mit einem Befestigungselement an zwei Kanten gehalten und zusätzlich gegen seitliches Verrutschen in zwei Richtungen gesichert.

Der weitere vertikale Wandbereich kann mit dem ersten z- förmigen Profil über einen gemeinsamen, ersten horizontalen, über den ersten vertikalen oder über den zweiten (unteren) horizontalen Wandbereich verbunden sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen 9 Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Befestigungsele­ mente in schematischer perspektivischer Darstellung,

die Fig. 5 und 6 zeigen einen Körper mit aufgeklebten Befestigungselementen in schematischer Draufsicht und

die Fig. 7 bis 9 zeigen einen Körper mit aufgeklebten Befestigungselementen im schematischen Querschnitt.

Fig. 1 zeigt die einfachste Ausführungsform der Erfindung, bei der das Befestigungselement BE als Metallprofilteil mit z-förmigem Profil ausgebildet ist. Es weist einen ersten ho­ rizontalen Wandbereich HB1, einen dazu annähernd vertikalen Wandbereich VB und einen zweiten horizontalen Wandbereich HB2 mit hier zwei dargestellten Durchbrechungen D, D' auf. Vor­ zugsweise besitzt die eine Durchbrechung D' einen runden und die zweite Durchbrechung D einen länglichen und zum Beispiel ovalen Querschnitt. Da die Durchbrechungen jedoch zur Aufnah­ me eines Befestigungsmittels vorgesehen sind, können sie auch diesem in ihrem Querschnitt angepaßt sein. Ein Befestigungs­ mittel kann ein Nagel, eine Schraube, ein Bolzen, eine Niete oder dergleichen mehr sein. Die Art des Befestigungsmittels richtet sich nach der Art der Unterlage, auf der der Körper mit Hilfe des Befestigungselements und des Befestigungsmit­ tels befestigt wird. Die Durchbrechungen D, D' können auch die Außenkante des Befestigungselements beziehungsweise des zweiten horizontalen Wandbereichs HB2 durchbrechen und damit nach außen offen sein.

Das Befestigungselement ist aus Metall, zum Beispiel aus Stahlblech oder Aluminiumblech ausgebildet. In Abhängigkeit von der Art des zu befestigenden Körpers und der gewünschten Festigkeit hat es beispielsweise eine Stärke von 0,5 bis 5 mm, zum Beispiel 3 mm Edelstahl, oder von 1 bis 5 mm Alumini­ um.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einem weiteren verti­ kalen Wandbereich VB'. Dieser bildet sowohl mit ersten hori­ zontalen HB1 als auch mit dem ersten vertikalen Wandbereich VB einen rechten oder stumpfen Winkel aus, jeweils in Abhän­ gigkeit von dem Eckwinkel und dem Kantenquerschnitt des zu befestigenden Körpers. In der Figur ist der zweite vertikale Wandbereich VB' auf der gleichen Seite des ersten horizonta­ len Wandbereichs HB1 angeordnet wie der erste vertikale Wand­ bereich VB.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 2, je­ doch mit dem Unterschied, daß hier der weitere vertikale Wandbereich VB' entgegengesetzt zum ersten vertikalen Wandbe­ reich VB weist. Diese Ausführungsform ist besonders dafür ge­ eignet, auf der Unterseite des zu befestigenden Körpers auf­ geklebt zu werden. Der weitere vertikale Wandbereich VB' kann dann zum Kantenanschlag am Körper dienen.

Fig. 4 zeigt ein Befestigungselement BE, das einen weiteren z-förmig ausgebildeten Abschnitt aufweist, der mit dem ersten z-förmig ausgebildeten Abschnitt einen Winkel einschließt, der in Abhängigkeit vom Eckwinkel des Körpers gewählt wird. In der Figur sind die beiden z-förmig ausgebildeten Abschnit­ te über den gemeinsamen horizontalen Wandbereich HB1 verbun­ den. Möglich ist auch, daß die beiden z-förmig ausgebildeten Abschnitte über den vertikalen Wandbereich VB" verbunden sind.

Fig. 5 zeigt einen Körper K mit vier aufgeklebten Befesti­ gungselementen BE, die hier entsprechend den Fig. 1, 2 oder 3 ausgebildet sein können. Mit der dargestellten Anord­ nung wird eine feste und sichere Befestigung des Körpers K auf einer Unterlage möglich. Es können jedoch bei entspre­ chend großen Körpern auch ensprechend mehr als zwei Befesti­ gungselemente pro Kante am Körper aufgeklebt werden. Vorteil­ haft wird das Befestigungselement BE so aufgeklebt, daß es wie dargestellt die anstoßende Kante des Körpers überragt. So ist bereits ein sicherer Transport eines gegebenenfalls emp­ findlichen Körpers wie zum Beispiel eines Solarmoduls mög­ lich, da so dessen Ecken so geschützt sind.

Die zur sicheren Befestigung eines Körpers optimale Länge ist von der Kantenlänge des Körpers und der gewünschten Festig­ keit abhängig. Bei rechteckigen Körpern K wie zum Beispiel Solarmodulen ist es auch möglich, die gesamte Schmalseite des Körpers (Solarmoduls) mit einem Befestigungselement BE einer Länge, die zumindest der Solarmodulbreite entspricht, zu ver­ sehen. Ein längerer Körper von zum Beispiel 120 cm Länge wird mit zumindest zwei Befestigungselementen BE befestigt, die dann zum Beispiel eine Länge von je 30 cm besitzen können.

Fig. 6 zeigt einen Körper K mit einem aufgeklebten Befesti­ gungselement entsprechend Fig. 4, welches an zwei Kanten des Körpers anliegt und sowohl einen sicheren Kantenschutz für den Körper beim Transport als auch eine sichere Befestigung des Körpers auf der Unterlage ermöglicht.

Fig. 7 zeigt einen Körper K mit zwei aufgeklebten Befesti­ gungselementen BE im schematischen Querschnitt. In der Figur sind die Befestigungselemente auf die nach "oben" weisende Oberfläche des Körpers aufgeklebt. Nach dem Befestigen auf einer Unterlage wird der Körper so zwischen dem ersten hori­ zontalen Wandbereich HB1 und der Unterlage U gehalten. Ist der Körper ein Solarmodul mit zumindest einer aus Glas beste­ henden Oberfläche, wird vorzugsweise diese Oberfläche zum Aufkleben des Befestigungselements verwendet, wobei als Kleb­ stoff SK ein aus dem Fassadenbau bekannter Silikonkleber ver­ wendet werden kann.

Die Höhe des ersten vertikalen Wandbereichs HB1 kann der Sum­ me aus der Dicke des Körpers K plus der Dicke der Klebestelle SK entsprechen oder größer gewählt werden. Im ersten Fall wird eine auf der zum Beispiel ebenen Unterlage U aufliegende Befestigung des Körpers K erzielt. Im letzteren Fall wird ei­ ne Befestigung des Körpers K im lichten Abstand über der Un­ terlage U möglich. Dies kann von Vorteil sein, wenn eine Hin­ terlüftung des Körpers gewünscht ist, beispielsweise um ein Solarmodul während des photovoltaischen Betriebs zu kühlen, da der Wirkungsgrad bei tieferen Temperaturen steigt.

Für eine aufliegende Befestigung eines Solarmoduls hat das Befestigungselement BE zum Beispiel eine Höhe von 6,2 mm, wenn das Glassubstrat 4 mm, die Solarzellen 1 mm, die Abdeckung 0,2 mm und die Klebeschicht 1 mm dick sind.

Fig. 8 zeigt einen Körper K mit "unten" aufgeklebten Befe­ stigungselementen BE. Diese Ausführung ist von Vorteil, wenn nur die Unterseite eine zum Ankleben des Befestigungselements geeignete Oberfläche aufweist. Ein Beispiel dafür ist ein So­ larmodul mit einem auf einem Glassubstrat auflaminierten Auf­ bau, der nach oben weist. Oberste Schicht dieses laminierten Aufbaus ist ein Abdeckfolie, an der ein Aufkleben zwar mög­ lich, aber weniger vorteilhaft ist.

Fig. 9 zeigt einen Körper K mit auflaminiertem Aufbau LA. Vorteilhafterweise kann das Befestigungselement BE beim Her­ stellen des laminierten Aufbaus mit in diesen integriert wer­ den. Da zum Laminieren üblicherweise klebrige Schichten ver­ wendet werden, zum Beispiel Schmelzklebefolien bei Solarmodu­ len, wird so der Klebstoff SK und ein zusätzlicher Aufklebe­ schritt eingespart. Die Festigkeit der Klebeverbindung des Befestigungselements auf dem Körper ist so erhöht. Neben der dargestellten Anordnung kann der laminierte Aufbau auch nach unten weisen.

Die in allen Ausführungen als ebene Fläche dargestellte Un­ terlage kann auch andere Ausformungen besitzen, beispielswei­ se einen gerüstartigen Aufbau. Die Unterlage U kann auch senkrecht stehen oder beliebig geneigt sein. Der Begriff Un­ terlage ist auch nicht im Sinne einer Anordnung unter dem Körper zu verstehen. Vielmehr kann mit dem erfindungsgemäßen Befestigungselement ein Körper auch von unten an einer über­ hängenden Oberfläche oder einer Decke befestigt werden. Mit der Erfindung wird also eine Befestigung eines beliebigen flachen Körpers an einer nahezu beliebigen Unterlage in be­ liebiger Ausrichtung möglich. Vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung jedoch bei insbesondere rahmenlosen Solarmodu­ len, wo sie die einfache und sichere Befestigung auf einer Unterlage ermöglicht und gleichzeitig für das Solarmodul na­ hezu den gleichen mechanischen Schutz wie ein Rahmen bietet.

Claims (8)

1. Rahmenloses Solarmodul mit

• 1. einem Solarlaminatkörper (K), der Solarzellen in einem laminiertem Aufbau umfaßt, und
• 2. zumindest zwei Befestigungselementen (BE),
  • 1. die jeweils aus einem Metallprofilteil mit Z-förmigem Profil bestehen, das einen ersten Wandbereich (HB1), einen zweiten Wandbereich (VB), der gegenüber dem ersten Wandbereich (HB1) abgewinkelt ist, und einen dritten Wandbereich (HB2) aufweist, der gegenüber dem zweiten Wandbereich (VB) in die dem ersten Wandbereich entgegengesetzte Richtung abgewinkelt ist,
  • 2. die an Kanten des Solarlaminatkörpers (K) entlang angeordnet sind,
    deren erster Wandbereich (HB1) mit dem Solarlaminatkörper (K) verklebt ist und
    deren dritter Wandbereich (HB2) zumindest eine Durchbrechung (D, D') zur Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist.

2. Rahmenloses Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Wandbereich (VB) zugewandte Oberfläche des ersten Wandbereichs (HB1) mit dem Solarlaminatkörper (K) verklebt ist.

3. Rahmenloses Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Wandbereich (VB) abgewandte Oberfläche des ersten Wandbereichs (HB1) mit dem Solarlaminatkörper (K) verklebt ist.

4. Rahmenloses Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächen des ersten Wandbereichs (HB1) mit dem Solarlaminatkörper (K) verklebt sind.

5. Rahmenloses Solarmodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wandbereich (HB1) der Befestigungselemente mit dem Solarlaminatkörper (K) mit Hilfe eines Silikonklebers (SK) verklebt ist.

6. Rahmenloses Solarmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wandbereich (HB1) der Befestigungselemente (BE) mit dem Solarlaminatkörper (K) durch Einlaminieren in den laminierten Aufbau des Solarlaminatkörpers (K) verklebt ist.

7. Rahmenloses Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Wandbereich (VB') vorgesehen ist, der gegenüber dem ersten Wandbereich (HB1) abgewinkelt ist und mit dem zweiten Wandbereich (VB) einen rechten oder stumpfen Winkel einschließt.

8. Rahmenloses Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (BE) ein weiteres Metallprofilteil mit Z-förmigem Profil aufweisen, das den ersten Wandbereich (HB1) L-förmig ergänzt, einen fünften Wandbereich (VB"), der gegenüber der L-förmigen Ergänzung des ersten Wandbereichs (HB1) abgewinkelt ist, und einen sechsten Wandbereich (HB2") aufweist, der gegenüber dem fünften Wandbereich (VB") in die dem ersten Wandbereich entgegengesetzte Richtung abgewinkelt ist.