DE202005015128U1

DE202005015128U1 - Flächige Einrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform

Info

Publication number: DE202005015128U1
Application number: DE202005015128U
Authority: DE
Original assignee: Schueco International KG
Current assignee: Schueco International KG
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2015-09-24

Abstract

Flächige Einrichtung (1) zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform, die im Freien aufstellbar ist und aus einzelnen, aneinander gereihten, plattenförmigen Umwandlungselementen (2) gebildet ist, wobei die Umwandlungselemente (2) Außenrahmen (4) aus Metall aufweisen, die mittels Halter (6) an metallischen Profilschienen (5) einer Unterkonstruktion festgelegt sind, und bei der die einzelnen Umwandlungselemente (2) zur Ableitung von Fehlerströmen und/oder der durch eine statische Aufladung bedingten elektrischen Energie untereinander verbunden sind, gekennzeichnet durch zwischen den Außenrahmen (4) der Umwandlungselemente (2) und den Profilschienen (5) der Unterkonstruktion angeordnete Kontaktplättchen (9) aus einem elektrisch leitfähigen Material, dessen Kontaktflächen derart aufgeraut oder strukturiert sind, dass sie sich selbsttätig an die angrenzenden Bereiche der Profilschienen (5) und der Außenrahmen (4) durch die Beschichtungen hindurch einschneiden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flächige Einrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform, die im Freien aufstellbar ist, und aus einzelnen, aneinander gereihten, plattenförmigen Umwandlungselementen gebildet ist, wobei die Umwandlungselemente Außenrahmen aus Metall aufweisen, die mittels Halter an metallischen Profilschienen einer Unterkonstruktion festgelegt sind, und bei der die einzelnen Umwandlungselemente zur Ableitung von Fehlerströmen und/oder der durch eine statische Aufladung bedingten elektrischen Energie untereinander verbunden sind.
Die in Rede stehende flächige Einrichtung ist eine Photovoltaikanlage oder eine Solarzellenanlage. Bei der erstgenannten Anlage wird Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt und bei der zweiten Anlage wird Sonnenenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Einrichtungen werden auf Dächern, an Fassaden montiert oder sie werden als sogenannte Freilandanlagen über dem Erdboden aufgestellt.
Sofern es sich bei der Einrichtung um eine Photovoltaikanlage handelt, wird die elektrische Energie durch die Siliziumzellen in Verbindung mit der Sonneneinstrahlung erzeugt. Silizium ist jedoch ein sogenanntes hygroskopisches Gut, welches Feuchtigkeit aufnehmen kann. Die Aufnahme von Feuchtigkeit kann nicht ausgeschlossen werden, da eine Photovoltaikanlage im Freien aufgestellt wird. Bei Aufnahme von Feuchtigkeit quellen die Siliziumzellen auf. Es fließt dann ein Fehlerstrom über die Außenrahmen der Photovoltaikelemente ab. Dabei kann es zu einem Funkenüberschlag kommen, der einen Brand auslösen könnte. Es ist deshalb ein Potentialausgleich notwendig.
Die metallischen Rahmen der Umwandlungselemente haben darüber hinaus die Eigenschaft, dass sie sich durch Witterungseinflüsse, z. B. durch Wind elektrostatisch aufladen. Diese Ladung kann eine Größe erreichen, dass Schäden auftreten können. Es ist daher vorteilhaft und in einigen Staaten gesetzlich vorgeschrieben, dass die zuvor genannten Fehlerströme bzw. Spannungen abgeleitet werden. Es ist deshalb üblich, die Außenrahmen aus Metall beispielsweise unter Zuhilfenahme von Kupferleitungen mit einem in das Erdreich eingeschlagenen Stab zu verbinden.
Bislang werden die einzelnen Umwandlungselemente und die zugehörige Unterkonstruktion, welches auch als Gestell bezeichnet werden könnte, jeweils mit einem Kabel verbunden, wobei die Kabelenden unter Zuhilfenahme einer Schraube an den Profilschienen der Unterkonstruktion befestigt werden. Dadurch wird die leitende Verbindung hergestellt. Nachteilig ist es, dass diese sogenannten Erdungskabel im sichtbaren Bereich verlegt werden. Es ist deshalb üblich, diese Erdungskabel an der Unterseite der Umwandlungselemente zu verlegen. Der dazu benötigte Montageaufwand ist jedoch unverhältnismäßig groß. Demzufolge werden nicht nur die einzelnen Umwandlungselemente untereinander durch Kabel verbunden, sondern auch wenigstens eine Profilschiene der Unterkonstruktion. Diese Profilschiene wird dann über ein Kabel mit einem in das Erdreich eingeschlagenen Stab verbunden.
Die Außenrahmen der Umwandlungselemente und die Profilschienen der Unterkonstruktion bestehen aus Metall, beispielsweise aus Aluminium. Sie sind häufig mit einer Eloxalschicht oder einer sonstigen Beschichtung zum Korrosionsschutz versehen. Während die unbehandelten Schienen der Außenrahmen und der Profilschienen elektrisch leitend sind, sind die aufgebrachten Beschichtungen elektrisch nicht leitend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flächige Einrichtung der eingangs näher beschriebenen Art so zu gestalten, dass der Montageaufwand für die für die Ableitung der elektrostatischen Energie notwendigen Bauteile verringert wird, und dass diese Bauteile unsichtbar sind.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst, in dem zwischen den Außenrahmen der Umwandlungselemente und den Profilschienen der Unterkonstruktion Kontaktplättchen aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet sind, dessen Kontaktflächen derart aufgeraut oder strukturiert sind, dass sie sich selbsttätig in die angrenzenden Bereiche der Profilschienen und der Außenrahmen durch die Beschichtungen hindurch einschneiden.
Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Außenrahmen der Umwandlungselemente und den Profilschienen erfolgt nun kabellos. Dadurch wird der Montageaufwand deutlich verringert, da die Kontaktplättchen nur zwischen die Profilschiene und den Außenrahmen gelegt werden müssen. Durch die Festlegung der Umwandlungselemente an den Profilschienen der Unterkonstruktion wird eine Flächenpressung aufgebaut, die bewirkt, dass sich die als Schneiden anzusehenden Strukturierungen oder Aufrauungen durch die Beschichtungen hindurch drücken, so dass die elektrisch leitende Verbindung sich sinngemäß selbsttätig ergibt. Darüber hinaus liegen die Kontaktplättchen im unsichtbaren Bereich der Einrichtung.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass jeweils ein Kontaktplättchen unterhalb von zwei angrenzenden Holmen von zwei in der Reihe aufeinander folgenden Umwandlungselementen angeordnet ist. Da nunmehr zwei Außenrahmen elektrisch leitend mit der zugehörigen Profilschiene der Unterkonstruktion verbunden sind, wird die Sicherheit zur Ableitung der elektrostatischen Energie erhöht.
Die Kontaktplättchen lassen sich mittels eines geeigneten Werkzeuges besonders wirtschaftlich fertigen, wenn sie als Stanzteile ausgebildet sind und jeweils mindes tens zwei rechtwinklig zur Ebene des Kontaktplättchens stehende Stege aufweisen, die in einen Längsschlitz der Profilschiene der Unterkonstruktion eingreifen. Durch die winklig stehenden Stege werden die Lagen der Kontaktplättchen exakt fixiert, so dass sichergestellt ist, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Holmen der Außenrahmen und der Profilschiene gegeben ist. Außerdem könnten in einem Arbeitsgang nicht nur die Stege abgewinkelt werden, sondern die Aufrauungen oder Strukturierungen könnten gleichzeitig erstellt werden. Darüber hinaus könnten die Aufrauungen oder Strukturierungen so gewählt werden, dass ausreichend große Querschnitte zur Ableitung der elektrostatischen Energie gegeben sind.
Wie bereits aufgeführt, ist vorgesehen, dass ein Kontaktplättchen unterhalb von zwei angrenzenden Holmen angeordnet wird. Es ist deshalb nur notwendig, dass die beiden Endbereiche jedes Kontaktplättchens aufgeraut oder strukturiert sind. Die aufgerauten oder strukturierten Bereiche können vielfältig gestaltet sein. So ist vorgesehen, dass diese Bereiche mit Einschnitten versehen werden und diese Einschnitte abgewinkelt werden, wobei die freien Enden gegenüber den nicht aufgerauten oder nicht strukturierten Bereich vorstehen. Gemäß einem weiteren Vorschlag könnten die aufgerauten oder strukturierten Bereiche nach Art einer Küchenreibe gestaltet sein. Darüber hinaus könnten die aufgerauten oder strukturierten Bereiche auch mittels eines geeigneten Herstellverfahrens auf oder angesetzte Nadeln, Stifte oder dergleichen aufweisen.
Zur einfachsten Festlegung der Umwandlungselemente an die Profilschienen der Unterkonstruktion mittels der Halter ist vorgesehen, dass die Profilschiene als Hohlprofilschiene ausgebildet ist. Dabei sind die Halter zweckmäßigerweise als Klemmhalter ausgebildet, da dadurch eine ausreichende Flächenpressung zwischen der Profilschiene, den Kontaktplättchen und den Holmen der Außenrahmen erzeugt wird. Da die Holme der Außenrahmen und die Profilschiene in bevorzugter Ausführung aus Aluminium bestehen, sollten die Kontaktplättchen aus einem Material mit gegenüber Aluminium größerer Härte, beispielsweise aus Edelstahl gefertigt werden.
Günstige Querschnitte für die Klemmhalter sind gegeben, wenn die Grundform U-förmig ist, wobei jedoch an der offenen Seite voneinander weg gerichtete Stege vorgesehen sind, die die Randbereiche der Umwandlungselemente übergreifen.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in Form einer Photovoltaikanlage als Ausschnitt in perspektivischer Darstellung, rein schematisch,
2 eine der 1 entsprechende Darstellung, bei der jedoch zwei Elemente in Explosivdarstellung wieder gegeben sind,
3 einen Ausschnitt aus der 2 in vergrößerter Darstellung, ein in die Profilschiene eingesetztes Kontaktplättchen zeigend,
4 zwei an der Profilschiene mittels eines Klemmhalters festgesetzte Elemente und
5 ein Kontaktplättchen in einer Draufsicht
Die in den Figuren dargestellte Einrichtung 1 zur Umwandlung von Sonnenenergie ist als Photovoltaikanlage ausgebildet. Sie enthält bekannte, nicht näher erläuterte Photovoltaikelemente 2, die im wesentlichen aus Strom erzeugenden Photovoltaikbauteilen 3, beispielsweise aus Siliziumzellen bestehen, die von einem Außenrahmen 4 mit Holmen aus Aluminiumprofilen eingefasst sind. Hierdurch wird unter anderem die Montage ermöglicht bzw. erleichtert. Die Photovoltaikelemente 2 werden auf einer Unterkonstruktion verlegt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Profilschienen 5 besteht. Diese Unterkonstruktion kann beispielsweise auf einem Schrägdach, auf einem Flachdach an einer Fassade oder auch bei einer Freilandaufstellung verwendet werden. Diese Unterkonstruktion wird von der Größe und der Auslegung den jeweiligen Gegebenheiten angepasst. Die Photovol taikelemente 2 werden gemäß der 4 mittels Klemmhalter 6 an den Profilschienen 5 befestigt.
Die 2 zeigt, dass die Einrichtung 1 am Ende einer Profilschiene 5 mittels eines Kabels 7 und einer Schraube 8 mit einem nicht dargestellten, in das Erdreich eingeschlagenen Stabes verbunden werden kann. Dadurch werden die Außenrahmen 4 in noch näher erläuterter Weise über das Kabel 7 und die Schraube 8 mit dem Stab verbunden, um durch Witterungseinflüsse hervorgerufene elektrostatische Aufladung abzuleiten. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Außenrahmen 4 erfolgt durch Kontaktplättchen 9 die zwischen einer der Profilschienen 5 und einem Holm des Außenrahmens 4 gelegt werden.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt in dem eine der Profilschienen 5 und zwei angrenzende Photovoltaikelemente 2 gezeigt werden. Die Photovoltaikelemente 2 sind durch Klemmhalter 6 an den Profilschienen 5 festgelegt. Ferner zeigt diese Figur, dass die Kontaktplättchen 9 unter die angrenzenden Holme von zwei angrenzenden Außenrahmen 4 gelegt wird. Dadurch werden zwei Holme bzw. zwei Außenrahmen 4 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die 4 zeigt, dass die Profilschienen 5 als Hohlprofilschienen ausgebildet sind. Der in der linken Seite dargestellte Querschnitt ist beispielhaft zu sehen. Wesentlich ist, dass die Profilschienen 5 an der den Photovoltaikelementen 2 zugewandten Seite mit einem Längsschlitz versehen sind. Mittels dieses Längsschlitzes 11 werden die Kontaktplättchen 9 lagegerecht fixiert. Dazu sind sie an dem Randbereichen mit zwei parallel zueinander verlaufenden Einschnitten versehen, wobei der dazwischen liegende Bereich abgewinkelt ist, so dass diese Positionierungsstege 10 in den Längsschlitz 11 eingesteckt werden können.
Wie die 4 und 5 zeigen, sind die Kontaktplättchen 9 beidseitig aufgeraut bzw. strukturiert. Dadurch entstehen Kontaktstege 12, die sinngemäß Schneiden bilden. Dadurch ist es möglich, dass durch die Flächenpressung zwischen einer Profilschiene 5 und den Außenrahmen 4 sich diese Kontaktstege in die Profilschiene 5 und in die Außenrahmen 4 eindrücken bzw. einschneiden. Dadurch wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Außenrahmen 4 und der Profilschiene 5 erzeugt. Die Kontaktstege 12 werden durch Kaltverformung eines Zuschnittes gebildet. Mittels eines geeigneten Werkzeuges können auch gleichzeitig die Positionierstege 10 gebildet werden.
Die 5 zeigt, dass die Positionierstege 10 in den einander gegenüberliegenden Randbereichen vorgesehen sind. Ferner zeigt diese Figur, dass die Kontaktstege 12 ebenfalls durch Einschnitte und Abwinkeln des dazwischen liegenden Bereiches gebildet sind. Wesentlich ist, dass die Kontakstege 12 scharfkantig sind, so dass sie sich in das metallische Material der Profilschiene 5 und der Außenrahmen 4 einschneiden bzw. eingraben. Die 5 zeigt außerdem, dass nur die gegenüberliegenden Stirnendbereiche jedes Kontaktplättchens 9 mit den Kontaktstegen 12 versehen ist, da gemäß der 4 die Außenrahmen 4 von zwei angrenzenden Photovoltaikelementen 2 im Abstand zueinander liegen. Ferner zeigt diese Figur, dass der Klemmhalter 6 in seiner Grundform U-förmig ausgebildet ist, wobei die offene Seite den Profilschienen 5 abgewandt liegt. Darüber hinaus ist erkennbar, dass der Klemmhalter 6 an der der Profilschiene 5 abgewandten Seite mit zwei voneinander weg gerichteten Stegen 13 versehen ist, die die Randbereiche der beiden Außenrahmen 4 übergreifen. Die die Kontaktstege 12 aufweisenden Bereiche jedes Kontaktplättchens 9 können vielfältig strukturiert bzw. aufgeraut sein. So könnten diese Bereiche beispielsweise nach Art einer Küchenreibe gestaltet sein. Gemäß der 5 sind die Kontaktstege 12 durch Einschnitte und Abwinkeln gebildet. Sie werden immer durch eine Kaltverformung gebildet. Im Gegensatz dazu ist es jedoch auch denkbar, dass diese Stege, Nadeln, Stifte oder dergleichen mittels eines geeigneten Herstellverfahrens auf einen Zuschnitt aufgesetzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wesentlich ist, dass zwischen einer mit einem Erdstab verbundenen Profilschiene 5 und den Außenrahmen 4 der Umwandlungselemente 2 mindestens ein Kontaktplättchen 11 angeordnet wird, wobei die beiden Flächen so gestaltet sind, dass sie sich durch die Beschichtung hindurch in das Metall einschneiden oder eingraben.

Claims

Flächige Einrichtung (1) zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform, die im Freien aufstellbar ist und aus einzelnen, aneinander gereihten, plattenförmigen Umwandlungselementen (2) gebildet ist, wobei die Umwandlungselemente (2) Außenrahmen (4) aus Metall aufweisen, die mittels Halter (6) an metallischen Profilschienen (5) einer Unterkonstruktion festgelegt sind, und bei der die einzelnen Umwandlungselemente (2) zur Ableitung von Fehlerströmen und/oder der durch eine statische Aufladung bedingten elektrischen Energie untereinander verbunden sind, gekennzeichnet durch zwischen den Außenrahmen (4) der Umwandlungselemente (2) und den Profilschienen (5) der Unterkonstruktion angeordnete Kontaktplättchen (9) aus einem elektrisch leitfähigen Material, dessen Kontaktflächen derart aufgeraut oder strukturiert sind, dass sie sich selbsttätig an die angrenzenden Bereiche der Profilschienen (5) und der Außenrahmen (4) durch die Beschichtungen hindurch einschneiden.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kontaktplättchen (9) unterhalb von zwei Holmen von zwei in der Reihe aufeinander folgenden Umwandlungselemente (2) angeordnet ist.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplättchen (9) als Stanzteile ausgebildet sind und jeweils wenigstens zwei winklig zur Ebene der Kontaktplättchen (9) stehende Stege (10) aufweisen, die in einen Längsschlitz (11) der Profilschiene (5) eingreifen.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauten oder strukturierten Bereiche der Kontaktplättchen (9) sich zumindest über die beiden Endbereiche erstrecken.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauten oder strukturierten Bereiche zur Bildung der Kontaktstege (12) durch Einschnitte und Abwinkeln der dazwischen liegenden Stege gebildet sind.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauten oder strukturierten Bereiche der Kontaktplättchen (9) nach Art einer Küchenreibe gestaltet sind.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauten oder strukturierten Bereich der Kontaktplättchen (9) durch Auf- oder Ansetzen von Nadeln, Stifte oder dergleichen an einen Zuschnitt gebildet sind.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplättchen (9) aus einem Metall mit gegenüber den Außenrahmen (4) der Umwandlungselemente (2) höherer Festigkeit, vorzugsweise aus Edelstahl bestehen.
Flächige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhalter (6) einen U-förmigen Grundquerschnitt aufweisen, wobei an der offenen Seite voneinander weg gerichtete Stege (13) vorgesehen sind, die die Randbereiche der Umfassungsrahmen (4) der Umwandlungselemente (2) übergreifen.