DE202006012495U1

DE202006012495U1 - Tragprofil für eine Solarmodulreihe

Info

Publication number: DE202006012495U1
Application number: DE202006012495U
Authority: DE
Original assignee: Leichtmetallbau Schletter GmbH
Current assignee: Schletter GmbH
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2016-08-15

Abstract

Tragprofil für eine Solarmodulreihe, mit
– einem Untergurt (1) mit einer Auflagefläche (2) zur Auflage des Tragprofils auf eine mit einem Neigungswinkel (α) von 18° bis 47° aus der Waagrechten (21) geneigte Stützfläche (20) einer Stützkonstruktion (22, 23),
– einem Obergurt (3) mit einer zur Auflagefläche (2) des Untergurts (1) parallel beabstandeten Montageseite (4) für eine Befestigung von Solarmodulen (25) in einer Reihe,
– einem Hauptsteg (5), der den Untergurt (1) mit dem Obergurt (3) fest verbindet und der zur Auflagefläche (2) des Untergurts (1) innerhalb von 75° bis 40° einen Innenwinkel (β) von 90° ± 15° minus dem Neigungswinkel (α) einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft Tragprofile, die als oberste tragende Elemente der Unterkonstruktion einer Solaranlage gemeinsam mehrere geneigte und aneinander gereihte Solarmodule tragen.
Die Tragprofile, auch Quer- oder Modulträger genannt, sind zu diesem Zweck in einer geneigten Ebene in meistens zwei oder drei parallel beabstandeten Strängen angeordnet, wobei die Längsachsen der Tragprofile im Normalfall horizontal verlaufen. Die Neigung dieser Ebene ist in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten und dem Anwendungsziel der Solaranlage für eine optimale solare Energiegewinnung auszulegen und beträgt in mitteleuropäischen Breiten häufig zwischen 20° und 45°.
Die Montage der Solarmodule auf den Tragprofilen erfolgt gewöhnlich mittels schraubbarer Klemmen, sogenannten Modulklemmen. Hierfür sind in den Tragprofilen oft hinterschnittene Montagenuten für korrespondierende Nutensteine mit Innengewinde vorgesehen. Die Tragprofile selbst sind im Regelfall auf Stützschienen befestigt, welche die Tragprofile rechtwinklig kreuzen und ähnlich wie Dachsparren parallel beabstandet sind und in der geneigten Ebene abwärts verlaufen. Die zu überbrückende Spannweite der Tragprofile ergibt sich hierbei aus dem Abstand der Stützschienen.
Die Tragprofile werden branchenüblich aus Aluminium im Stranggussverfahren hergestellt und sind in verschiedenen Querschnittgrößen und Querschnittformen erhältlich. Rechteckige Rahmenquerschnitte sind dabei der Standard. Derartig einfach geformte Tragprofile haben jedoch den Nachteil, dass bei deren geneigten Anordnung die Hangabtriebskräfte aus dem Gewicht der Solarmodule und insbesondere solche aus Schnee- und Windlasten zu ausgeprägten Biegespannungen in den Ecken der Tragprofile führen können. Auch die vertikalen Kraftkomponenten dieser Lasten bedingen erhebliche Biegespannungen in dem geneigten Rahmenquerschnitt. Diese Biegespannungen führen zu einer deutlichen Abminderung der zulässigen Spannungen, die für die Haupttragrichtung verbleiben, so dass nur ein vergleichsweise geringer Stützabstand möglich ist. Um dem entgegenzuwirken, ist es ferner bekannt, mit erhöhtem Materialaufwand in den Tragprofilen zusätzliche Aussteifungen vorzusehen oder die Wanddicken der Tragprofile durchweg zu verstärken. Diese Vorgehensweise ist vor dem Hintergrund steigender Rohstoffpreise zunehmend nachteilig. Strengere Baunormen aufgrund vermehrt auftretender Extremwitterungsereignisse mit ungewöhnlichen Schnee- und Windlasten verstärken das Problem in besonderer Weise.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Tragprofil speziell für Solarmodule anzugeben, das mit weniger Material zuverlässig eine hohe Tragkraft und damit eine große Spannweite bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Tragprofil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Demgemäß weist das Tragprofil einen Untergurt, einen Obergurt und einen Hauptsteg auf. Es ist vorzugsweise im Stranggussverfahren aus Aluminium hergestellt, wobei der Untergurt, der Obergurt und der Hauptsteg in einer besonders einfachen Ausführungsform als flache Streifen ausgebildet sein können.
Am Untergurt, der den unteren Bereich des Tragprofils bildet, ist eine Auflagefläche vorgesehen. Die Auflagefläche dient zum Auflegen des Tragprofils auf eine mit einem Neigungswinkel aus der Waagrechten geneigte Stützfläche einer Stützkonstruktion. Ein Neigungswinkel von etwa 18° bis 47° hat sich im angegebenen Bereich beim Betrieb von Solaranlagen in europäischen Breiten gemeinhin bewährt.
Die Stützkonstruktion kann dabei bekanntermaßen so ausgeführt sein, dass deren Stützschienen, welche zusammen die Stützfläche bieten bzw. als Auflager wirken, in Art von Dachsparren parallel beabstandet sind und in der geneigten Ebene abwärts verlaufen. Diese Stützschienen können ebenfalls profilartig ausgebildet sein. Die zu überbrückende Spannweite des Tragprofils ergibt sich dabei aus dem Abstand benachbarter Stützschienen, wobei Spannweiten zwischen 3 und 6 Meter je nach Modulart und Schneelastzone typisch sind. Möglich ist auch eine einlagige Konstruktion, bei der an Stelle von kreuzenden Stützschienen punktförmige Stützelemente rasterartig vorgesehen sind.
Am Obergurt, der den oberen Bereich des Tragprofils bildet, ist eine Montageseite vorgesehen, die zur Auflagefläche des Untergurts im Wesentlichen parallel beabstandet ist. Die Montageseite dient zur Befestigung mehrerer Solarmodule in einer Reihe. Zu diesem Zweck können Modulklemmen oder andere Halter verwendet werden. Aufgrund der Parallelität zwischen Auflagefläche und Montageseite können die Solarmodule bevorzugt parallel zur Stützfläche montiert werden. Außerdem kann die Auflagefläche, die Stützfläche und die Montageseite insbesondere plan ausgeführt sein.
Des Weiteren verbindet der eine Hauptsteg den Untergurt mit dem Obergurt. Vorzugsweise ist der Hauptsteg an seiner oberen Längskante mit dem Obergurt und an seiner unteren Längskante mit dem Untergurt verbunden. Insbesondere kann der Hauptsteg an der der Auflagefläche bzw. der Montageseite gegenüberliegenden Seite des Untergurts bzw. des Obergurts angeordnet sein. Bedeutsam ist hierbei, dass der Hauptsteg zur Auflagefläche des Untergurts innerhalb sinnvoller Grenzen von 75° und 40° einen Innenwinkel von 90° ± 15° minus dem Neigungswinkel einnimmt. Der Innenwinkel ist dabei grundsätzlich auf derjenigen Seite des Hauptstegs zu bestimmen, die bezogen auf die Stützfläche aufwärts zeigt bzw. oberhalb liegt. Beispielsweise ergibt sich bei einem vorgegebenen Neigungswinkel der Stützfläche von 30° ein Innenwinkel von 90° ± 15° minus 30°, d. h. ein Innenwinkel von 60° mit einer Toleranz von ± 15°. In der vorbeschriebenen Einbaulage ist der Hauptsteg des Tragprofils damit im Idealfall in Lotrichtung ausgerichtet. Die vertikalen Kraftkomponenten der ständig sowie der temporär aufliegenden Lasten werden deshalb auf optimale Weise durch den vorzugsweise genau einen Hauptsteg geleitet, direkt von dessen oberer zu dessen unterer Längskante. Durch den direkten Kraftfluss werden nahezu nur Normalspannungen quer zur Haupttragrichtung hervorgerufen, so dass kaum Biegespannungen im Querschnitt auftreten. Eine Abweichung von ± 15° aus der Lotrichtung kann in der Praxis jedoch durchaus toleriert werden, so dass ein Tragprofil mit einem vorgegebenen Innenwinkel dennoch für verschiedene Breitengrade und Anwendungsfälle eingesetzt werden kann. Von wesentlichem Vorteil ist, dass sich durch die optimierte, schlankere Profilgeometrie bei gleichbleibender Spannweite Materialeinsparungen von 10 % und mehr erzielen lassen.
Untergurt, Obergurt und Hauptsteg lassen sich auf unterschiedliche Weise zueinander anordnen. So ist es möglich, sowohl den Untergurt als auch den Obergurt an derselben Seite des Hauptstegs anzuordnen, d. h. bezogen auf die Stützfläche entweder beide an der aufwärts oder an der abwärts gerichteten Seite des Hauptstegs. Ferner ist denkbar, den Untergurt und den Obergurt an der jeweils anderen Seite des Hauptstegs, ähnlich der Form eines Z anzuordnen. Ebenso kann es zweckmäßig sein, den Untergurt und den Obergurt mittig unter bzw. über dem Hauptsteg in der Form eines geneigten H anzuordnen. Besonders bewährt hat sich allerdings eine kombinierte Ausführungsform, bei der der Untergurt überwiegend, vorzugsweise zu etwa 7/10 bis 9/10, an derjenigen Seite des Hauptstegs angeordnet ist, die bezogen auf die Stützfläche aufwärts zeigt bzw. oberhalb liegt, und der Obergurt ungefähr mittig zum Hauptsteg, vorzugsweise zentral über diesem angeordnet ist. Bei dieser Anordnungsweise liegt der Schwerpunkt in vorteilhafter Weise nahe dem Zentrum des Profilquerschnitts.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt bei einem Neigungswinkel von 26° bis 32°, vorzugsweise 28°, 29° oder 30°, der Innenwinkel 90° ± 10° minus dem Neigungswin kel. In mitteleuropäischen Breiten lässt sich mit den vorgeschlagenen Neigungswinkel bei ganzjährigem Betrieb ein optimaler Ertrag erzielen. Entsprechend ist der Innenwinkel diesen Neigungswinkel angepasst. Außerdem erlaubt die reduzierte Toleranz noch geringere Wanddicken, insbesondere für den Hauptsteg.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist zusätzlich zum Hauptsteg ein Nebensteg vorgesehen, der ebenfalls den Untergurt mit dem Obergurt oder alternativ den Untergurt mit dem Hauptgurt fest verbindet. Es ist möglich, den Nebensteg bezogen auf die Stützfläche unterhalb oder oberhalb des Hauptstegs anzuordnen. Die letztere Anordnungsweise hat sich bei Tragfähigkeitsversuchen jedoch besonders bewährt.
Besonders vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn der Nebensteg zur Auflagefläche einen Innenwinkel von 35° bis 85°, vorzugsweise 45° bis 65° einnimmt. Auf diese Weise wird eine Art Sprengwerk gebildet, bei dem insbesondere der Nebensteg die Hangabtriebkräfte der aufliegenden Lasten aufnehmen kann. Der Querschnitt gleicht dabei einem Dreieck, an dessen oberem Eck der Obergut parallel zum Untergurt aufsitzt. Eine Zentrierung des Schwerpunkts kann hierbei besonders gut erreicht werden, so dass eine maximale Werkstoffausnutzung möglich ist. Mit einem solchen Tragprofil lässt sich daher bei gleicher Spannweite bzw. Tragfähigkeit eine Materialeinsparung von bis zu 15 % erzielen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Obergurt eine hinterschnittene, zur Montageseite hin offene Montagenut für Nutensteine aufweisen. Der Hauptsteg und/oder der Nebensteg kann hierbei mit seiner oberen Längskante an der Montagenut des Obergurts verbunden sein. Die brachenübliche Befestigungsweise der Solarmodule mittels Modulklemmen kann in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Tragprofil beibehalten werden, wobei die Solarmodule je nach Modulart auf dem Tragprofil direkt aufliegend oder geringfügig beabstandet montiert sein können. Die Nutensteine weisen bevorzugt ein Innengewinde auf, so dass sich insbesondere auch gewöhnliche Vierkantmuttern eignen, die mit Hilfe von Fixierelementen in der Montagenut gehalten werden.
Es kann zudem von besonderem Vorteil sein, den Untergurt des Tragprofils in Längsrichtung ein- oder beidseitig um je einen Randbereich zu ergänzen, der jeweils eine oder mehrere Klemmrippen oder Klemmnuten aufweist für eine mit dieser formschlüssig zusammenwirkenden Klemme mit mindestens einer korrespondierenden Nut bzw. Klaue. Da die Stützschienen an der Auflagefläche häufig selbst mit hinterschnittenen Montagenuten versehen sind, können die Tragprofile auf diese Weise besonders einfach mit den Stützschienen kreuzweise verbunden werden, ohne auf die sonst verwendeten Kreuzverbinder angewiesen zu sein. Die Klemmen weisen vorzugsweise entsprechende Durchgangsbohrungen für eine Schraubverbindung mit entsprechenden Nutensteinen auf.
Schließlich können zur weiteren Erhöhung der Tragfähigkeit des Tragprofils entlang des Untergurts, des Obergurts, des Hauptstegs und/oder des Nebenstegs jeweils ein oder mehrere Versteifungsrippen, beispielsweise auch in Trapezform, vorgesehen sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Tragprofil in Einbaulage,
2 einen Querschnitt durch eine Klemme für das Tragprofil gemäß 1,
3 einen schematischen Querschnitt durch eine Stützkonstruktion, zwei Tragprofile gemäß 1 und einem Solarmodul.
Das aus 1 ersichtliche Tragprofil ist in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage geneigt dargestellt und weist einen Untergurt 1 mit einer planen Auflagefläche 2, einen Obergurt 3 mit einer planen Montageseite 4, einen Hauptsteg 5 sowie einen Nebensteg 6 auf. Es liegt mit der Auflagefläche 2 des Untergurts 1 auf einer angedeuteten Stützfläche 20 einer in 3 dargestellten Stützkonstruktion auf. Die Stützfläche 20 ist, in der Zeichnung von links oben nach rechts unten, mit einem Neigungswinkel α von rund 30° aus einer angedeuteten Waagrechten 21 geneigt. Dementsprechend sind auch der Untergurt 1 und seine Auflagefläche 2 im Neigungswinkel α ausgerichtet. Die Montageseite 4 des Obergurts 3 ist parallel von der Auflagefläche 2 des Untergurts 1 beabstandet und folglich ebenfalls um den Neigungswinkel α gegenüber der Waagrechten 21 geneigt.
Der Untergurt 1 ist mit dem Obergurt 3 sowohl über den Hauptsteg 5 als auch den Nebensteg 6 fest verbunden. Hierzu ist der Hauptsteg 5 bzw. der Nebensteg 6 einerseits an seiner unteren Längskante mit dem Untergurt 1 sowie andererseits an seiner oberen Längskante mit einer Montagenut 7, die ein Bestandteil des Obergurts 3 ist, fest verbunden. Der Hauptsteg 5 und der Nebensteg 6 sind als flache Streifen ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Innenwinkel β zwischen dem Hauptsteg 5 und der Auflagefläche 2 des Untergurts 1 rund 68° und entspricht damit ungefähr 90° minus dem Neigungswinkel α. Wesentlich ist, dass der Hauptsteg 5 damit annähernd in der Lotrichtung steht; die in der Zeichnung erkennbare geringe Abweichung von etwa 7° kann auch in der Praxis vernach lässigt werden. Der Nebensteg 6 ist in der Zeichnung links vom Hauptsteg 5 bzw. oberhalb zu diesem angeordnet und nimmt zur Auflagefläche 2 des Untergurts 1 einen Innenwinkel γ von rund 48° ein. Da der Untergurt 1, der Hauptsteg 5 und der Nebensteg 6 grob vergleichbare Querschnittbreiten aufweisen, entsteht insgesamt eine Querschnittsform, die an ein Dreiecksprofil erinnert, dessen untere Seite durch den Untergurt 1 und dessen beide andere Seiten durch den Hauptsteg 5 und den Nebensteg 6 gebildet sind, und wobei der Obergurt 3 an der oberen Ecke des Dreiecks zentral darüber liegend und parallel zum Untergurt 1 angeordnet ist. Durch diese besondere Profilgestaltung werden die vertikalen Kraftkomponenten der ständig und der temporär aufliegenden Lasten überwiegend durch den ungefähr lotrechten Hauptsteg 5 abgeleitet und die entsprechenden Hangabtriebskräfte vornehmlich vom Nebensteg 6 aufgenommen. Zur weiteren Erhöhung der Tragfähigkeit des Tragprofils ist am Untergurt 1 noch eine zur Montagenut 7 ausgerichtete Versteifungsrippe 10 vorgesehen. Die Montagenut 7 selbst ist hinterschnitten ausgeführt, so dass diese zur einfachen Befestigung der Solarmodule 25 mittels schraubbarer Modulklemmen dienen kann. Zu diesem Zweck können in die Montagenut 7 korrespondierende, in der Zeichnung nicht näher dargestellte Nutensteine mit Innengewinde bzw. Vierkantmuttern eingesetzt werden.
Zur einfachen Montage des Tragprofils auf den Stützschienen 22 steht der Untergurt 1 jeweils zu ungefähr einem 1/10 seiner Querschnittbreite über die Längskanten des Hauptstegs 5 und des Nebenstegs 6 über. Die auf diese Weise gebildeten Randbereiche 8 sind außerdem jeweils mit einer Klemmrippe 9 versehen. Die Klemmrippe 9 dient für eine in 2 dargestellte Klemme 11, welche eine korrespondierende Nut 12 aufweist. Die durch den äußeren Rand der Nut 12 gebildete Nase 13 kann hierbei die Klemmrippe 9 hintergreifen, so dass eine formschlüssige Verbindung ähnlich einer Verzahnung entsteht.
3 veranschaulicht, wie mehrere Tragprofile gemäß 1 in zwei parallel beabstandeten Strängen zwischen der Stützkonstruktion einer Solaranlage und deren Solarmodulen 25 angeordnet sein können. Die Stützkonstruktion besteht in festgelegten Abständen aus jeweils einem Standfuß 23, der im Boden 24 verankert ist, sowie einer Stützschiene 22, die vom Kopf des Standfußes 23 getragen wird. Die Stützschienen 22 sind dabei so angeordnet, dass deren gemeinsame Stützfläche 20 im Neigungswinkel α gemäß 1 geneigt ist. Am oberen und am unteren Endbereich der Stützschienen 22 liegen auf deren Stützfläche 20 zwei der Tragprofile gemäß 1 auf. Die Tragprofile sind am unteren Randbereich mit zwei Klemmen 11 gemäß 2 fixiert; auf eine Darstellung der oberen Klemmen sowie auf Schraubverbindungen mit der Stützschiene 22 wurde verzichtet. Auf den Tragprofilen sind die Solarmodule 25 angeordnet. Die Montage der Solarmodule kann mit Hilfe nicht näher dargestellter Modulklemmen erfolgen, die mittels Nutensteinen in der Montagenut 7 des Obergurts 3 befestigt werden können. Deutlich zu erkennen ist wiederum, dass der Hauptsteg 5 erfindungsgemäß nahezu lotrecht ausgerichtet ist.

Claims

Tragprofil für eine Solarmodulreihe, mit – einem Untergurt (1) mit einer Auflagefläche (2) zur Auflage des Tragprofils auf eine mit einem Neigungswinkel (α) von 18° bis 47° aus der Waagrechten (21) geneigte Stützfläche (20) einer Stützkonstruktion (22, 23), – einem Obergurt (3) mit einer zur Auflagefläche (2) des Untergurts (1) parallel beabstandeten Montageseite (4) für eine Befestigung von Solarmodulen (25) in einer Reihe, – einem Hauptsteg (5), der den Untergurt (1) mit dem Obergurt (3) fest verbindet und der zur Auflagefläche (2) des Untergurts (1) innerhalb von 75° bis 40° einen Innenwinkel (β) von 90° ± 15° minus dem Neigungswinkel (α) einnimmt.
Tragprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Untergurt (1) bezogen auf die Stützfläche (20) überwiegend oberhalb des Hauptstegs (5) und der Obergurt (3) im Wesentlichen mittig zum Hauptsteg (5) angeordnet ist.
Tragprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Neigungswinkel (α) von 26° bis 32°, vorzugsweise 28, 29° oder 30°, der Innenwinkel (β) 90° ± 10° minus dem Neigungswinkel (α) beträgt.
Tragprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebensteg (6) vorgesehen ist, der den Untergurt (1) mit dem Obergurt (3) oder den Untergurt (1) mit dem Hauptsteg (5) fest verbindet.
Tragprofil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebensteg (6) bezogen auf die Stützfläche oberhalb des Hauptstegs (5) angeordnet ist und zur Auflagefläche (2) des Untergurts (1) einen Innenwinkel (γ) von 35° bis 85°, vorzugsweise 45° bis 65°, einnimmt.
Tragprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Obergurt (3) eine hinterschnittene, zur Montageseite (4) offene Montagenut (7) für Nutensteine aufweist.
Tragprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Untergurt (3) in Längsrichtung ein- oder beidseitig einen Randbereich (8) aufweist, an dem eine Klemmrippe (9) oder eine Klemmnut vorgesehen ist für eine Klemme (11) mit einer Nut bzw. Klaue.
Tragprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Untergurt (1), der Obergurt (3), der Hauptsteg (5) und/oder der Nebensteg (6) mindestens eine Versteifungsrippe (10) aufweist.
Klemme für ein Tragprofil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemme (11) eine Nut (12) oder eine Klaue aufweist, die mit der Klemmrippe (9) bzw. der Klemmnut zusammenwirkt.
Stützkonstruktion umfassend mehrere Tragprofile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragprofile in zwei oder mehr parallelen Strängen auf der Stützfläche (20) des Neigungswinkels (α) aufliegen und mit der Stützkonstruktion (22, 23) fest verbunden sind.
Solaranlage umfassend die Stützkonstruktion und die Tragprofile nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (25) mit den Tragprofilen fest verbunden sind.