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Die
Erfindung betrifft ein modulares Tragsystem für Solarkollektoren, insbesondere
ein freistehendes Tragsystem für
rahmenlose Flachkollektoren, gemäß dem Oberbegriff
des Schutzanspruchs 1.
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Die
thermische Solartechnik erobert zunehmend auch das gewaltige Potential
an Mehrfamilienhäusern,
Industrie- und Gewerbegebäuden,
Alten- und Pflegeheimen, Krankenhäusern, Wohnheimen und Hotels.
Ein großer
Teil dieser Gebäude
ist jedoch mit waagerechten oder nur gering geneigten Dächern sowie
mit Fassaden mit einem überwiegenden Glasanteil
ausgestattet. Dies führt
dazu, dass die auf dem Flachdach platzierten Solarkollektorfelder
in der Regel eine Aufständerung
erfordern, die jedoch auf Grund des relativ hohen Kostenanteils
der Unterkonstruktion eine industrielle Verbreitung derartiger Solaranlagen
bislang behinderte. Die in den letzten Jahren entstandenen Unterkonstruktionen
stellen in den meisten Fällen
nur Einzellösungen
dar.
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Die
vorgenannten Unterkonstruktionen bestehen dabei in der Regel aus
einem Primärträger, einem
Sekundärträger sowie
einem Tertiärträger, die einzeln
oder in mehreren Trägerlagen
auf dem Flachdach montiert werden. Bei der Befestigung des Primärträgers auf
dem Flachdach ist neben der statischen Berechnung der Krafteinleitungspunkte
auch die regensichere Ausführung
der Dacheindichtung an den Durchdringungspunkten der Unterkonstruktion
durch die Dachhaut erforderlich, was die Kosten von Solaranlagen
mit einer Aufständerung
zusätzlich erhöht.
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Als
Alternative zur Flachdachmontage werden Kollektoren bzw. Kollektorfelder
auch ebenerdig unter Verwendung von konstruktiv aufwändigen Tragsystemen
eingesetzt. Diese freistehenden Tragsysteme bieten zwar eine gute
Aufnahme- und Befestigungsmöglichkeit
für die
Kollektoren, erfordern jedoch zur Arretierung mit der Aufstellfläche, respektive
dem Erdboden, in der Regel ein Fundament oder zumindest einen Fundamentstreifen.
Dies führt
zu weiteren Kosten und damit zu einer verschlechterten Energie-, Ökologie
und Kostenbilanz dieser Tragsysteme.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein modulates Tragsystem
für Solarkollektoren,
insbesondere ein freistehendes Tragsystem für rahmenlose Flachkollektoren,
vorzuschlagen, welches unter Verzicht auf ein Fundament kostengünstiger
und Ressourcen schonend zu fertigen und zu montieren ist und welches
unabhängig
von der Kollektorfeldgröße und -form
variabel einsetzbar ist.
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Nach
der Konzeption der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein modulares
Tragsystem für
Solarkollektoren, insbesondere ein freistehendes Tragsystem für rahmenlose
Flachkollektoren, gelöst,
welches zumindest einen mit der im Wesentlichen horizontalen Aufstellfläche verbundenen
Primärträger sowie
zumindest einen mit dem Primärträger verbundenen
Sekundärträger zur
Aufnahme des Flachkollektors aufweist. Erfindungsgemäß besteht
der horizontal sich erstreckende Primärträger aus zumindest einem Basisrahmen,
welcher unter Verwendung von Erdankern mittelbar oder unmittelbar
mit der Aufstellfläche
verbunden ist. Der am Basisrahmen befestigte Sekundärträger ist
aus zumindest einem Ständermodul
aufgebaut, das den rahmenlosen Flachkollektor zumindest teilweise
in seinem Kantenbereichen einfassend ausgebildet ist.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Basisrahmen
als Kasten ausgebildet und weist eine durch mehrere Begrenzungswände gebildete
geschlossene Mantelfläche,
eine zur Aufstellfläche
weisende offene Stirnseite sowie eine der Aufstellfläche abgewandte
offene Stirnseite auf. Die Begrenzungswände können dabei unprofiliert oder
profiliert, beispielweise einfach oder mehrfach abgekantet, ausgebildet
sein.
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Bei
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Basisrahmen
aus mehreren, in einer gemeinsamen horizontalen Ebene sich erstreckenden
und profilartig ausgebildeten Basiselementen, die sich im zusammengefügten Zustand
zu einer geschlossenen geometrischen Form ergänzen.
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Es
hat sich aus statischen Gründen
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn bei den beiden vorgenannten
Ausgestaltungen der Basisrahmen im Querschnitt dreieckig oder mehreckig
ausgebildet ist.
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Bei
einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird der Basisrahmen durch
zumindest einen profilierten Querträger und einen profilierten
Längsträger gebildet,
die sich im zusammengefügten
Zustand zu einer offenen T-Form ergänzen. Der Querträger und/oder
der Längsträger weisen
hierbei bevorzugt nivellierbare, d. h. höhenverstellbare, Standfüße auf. Dadurch
kann das erfindungsgemäße Tragsystem noch
effizienter an Unebenheiten der Aufstellfläche angepasst werden, um eine
gewünschte
Ausrichtung der Flachkollektoren zu erreichen.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht ferner
darin, bei der dritten Ausgestaltung einen zusätzlichen Haltearm und einen
Stützarm
vorzusehen, die zum einen zur horizontalen Beabstandung des Basisrahmens
gegenüber dem
Ständermodul
und zum anderen zur verbesserten Abstützung des Ständermoduls
auf dem Basisrahmen dienen.
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Einer
Kernidee der Erfindung folgend kann ein mehrere Flachkollektoren
aufweisendes Kollektorfeld durch mehrere miteinander verbundene
Basisrahmen und daran befestigte Ständermodule installiert werden.
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Die
Ständermodule
sind bevorzugt aus modulartig zusammensetzbaren oder werkseitig
zusammengesetzten Ständerelementen
und Ständerverbindungselementen
aufgebaut, und können
damit der äußeren Kontur
der von diesen eingefassten rahmenlosen Flachkollektoren, beispielsweise
aus Hohlkammerprofilen herstellbare Flachkollektoren, präzise angepasst
werden. Mehrere Ständerelemente und
Verbindungselemente lassen sich damit in einfacher Weise zu einem
horizontalen linearen oder horizontalen abgewinkelten Kollektorfeld
verknüpfen.
Zur Aufnahme von gewölbten
rahmenlosen Flachkollektoren werden zumindest partiell gewölbte Hilfsrahmen
eingesetzt, die im Bereich der oberen Stirnseiten der Ständermodule
platziert sind. Durch die variable Formgestaltung der Basisrahmen
und der zugehörigen
Ständermodule
können
darüber
hinaus auch trapezförmige
oder anderweitig sich von einer rechteckigen Form unterscheidende
Flachkollektoren aufgeständert
werden.
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Zum
Zwecke einer an die Neigung der Aufstellfläche bzw. des Geländeprofils
angepassten horizontalen Aufstellung der Solarkollektoren weisen der
Basisrahmen und das Ständermodul
bevorzugt jeweils zumindest eine Rasterung auf, die eine Verbindung
untereinander mit einem vertikalen Versatz sicherstellt. Das Versatzraster
kann beliebig gewählt werden;
es beträgt
aus Gründen
einer Standardisierung bevorzugt jedoch 50 mm oder 100 mm. Somit kann
das erfindungsgemäße Tragsystem
für Solarkollektoren
auch bei vermeintlich ungünstigen
Montagebedingungen, z. B. eine Hanglage mit einer Geländeneigung
bis zu 10%, eingesetzt werden.
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Die
form- und kraftschlüssige
Verbindung des Basisrahmens und der Ständermodule miteinander erfolgt
durch eine Schweißverbindung
oder bevorzugt unter Verwendung von Flansche und Schrauben. Die
Ständermodule
sind dabei starr mit dem Basisrahmen verbunden und mit einem Winkel
in einem Winkelbereich zwischen 30° und 75° gegenüber der im Wesentlichen horizontalen
Aufstellfläche
geneigt ausgerichtet. Die geometrische Bemessung, d. h. die Höhe, Dicke,
Länge und
Profilierung, des Basisrahmens und die der Ständermodule erfolgt nach statischen
Erfordernissen hinsichtlich der ermittelbaren Eigenlast sowie der
anzunehmenden Schnee- und Windlasten oder Lastkombinationen daraus.
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Die
Erdanker sind vorzugsweise als Erdankerschrauben, Erdankerdübel oder
Erdankernägel ausgebildet.
Eine Sonderform der Erdankerschrauben sind solche, die auch im Campingbereich
zur Bodenverankerung von Hauszelten Verwendung finden und aus Kunststoff
oder korrosionsbeständigem
Metall gefertigt sind. Der Basisrahmen weist im Bereich der zur
Aufstellfläche
des erfindungsgemäßen Tragsystems
weisenden offenen Stirnseite abgekantete Laschen mit Befestigungsbohrungen
auf, durch welche die Erdanker geführt und in der Aufstellfläche, respektive
im Erdboden, fest verankert werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Tragsystems weist
der, vorzugsweise kastenartige, Basisrahmen ein Netzgitter auf,
welches sich im Wesentlichen horizontal zwischen seinen Begrenzungswänden erstreckt.
Das Netzgitter umfasst ausreichend große Maschen, um ein Durchdringen von
Pflanzenwurzeln und Myzelium zu ermöglichen bzw. zu fördern.
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Zur
Erzielung einer verbesserten dauerhaften Standfestigung des erfindungsgemäßen Tragsystems
sowie zur Vermeidung optischer Unzulänglichkeiten sind der Basisrahmen
und/oder die Standfüße der Quer- und/oder der Längsträger zumindest
teilweise von einer als dickflüssig
angemischtes Erdmaterial ausgebildeten Erdbodenschicht abgedeckt. Diese
Erdbodenschicht kann zu einem späteren
Zeitpunkt bepflanzt bzw. eingesät
werden, wobei die das Netzgitter durchdringenden Wurzeln der Pflanzen
sowie die bereits erwähnten
Erdanker den Basisrahmen mit der Aufstellfläche fest verankern. Üblicherweise überdeckt
die Erdbodenschicht auch die Oberkante des Basisrahmens, so dass
z. B. die Rasenpflege vereinfacht wird.
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Der
Basisrahmen und die Ständermodule bestehen
vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise
aus Edelstahl. In Abhängigkeit
der Bodenbeschaffenheit kann auch verzinktes Stahlblech oder Aluminium
hierfür
verwendet werden. Die vollständige
Recycelbarkeit des Basisrahmens und der Ständermodule trägt zur verbesserten Ökologiebilanz
des erfindungsgemäßen Tragsystems
bei.
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Die
signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik sind im Wesentlichen:
- • sehr kostengünstig durch
fundamentfreie Bodenverankerung,
- • einfache
Installation und Wartung des Tragsystems ohne Spezialwerkzeuge,
- • variable
Aufstellung des Tragsystems durch einen modularen Aufbau,
- • durch
den modularen Aufbau können Änderungen,
z. B. Erweiterungen oder Rückbau,
nahezu problemlos erfolgen,
- • ökologisch
unbedenklich durch Verwendung eines vollständig recyclebaren Basisrahmens
und Ständermoduls,
- • geringe
Höhenunterschiede
der Aufstellfläche können durch
vertikalen Versatz der Ständermodule
in einem Raster ausgeglichen werden und
- • Möglichkeit
der zusätzlichen
Verwendung des Tragsystems als Zaun und Sichtschutz.
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Die
Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltung
der Erfindung mit den zugehörigen
Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
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1:
Isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems für ebene
rahmenlose Flachkollektoren in einer ersten Ausgestaltung,
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2:
Schnittdarstellung des in der 1 dargestellten
Tragsystems,
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3:
Isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems für gewölbte rahmenlose
Flachkollektoren in der ersten Ausgestaltung,
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4:
Isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems für ebene
rahmenlose Flachkollektoren in einer zweiten Ausgestaltung,
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5:
Isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems für ebene
rahmenlose Flachkollektoren mit Haltearm und Stützarm in der zweiten Ausgestaltung,
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6:
Isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems für ebene
rahmenlose Flachkollektoren in einer dritten Ausgestaltung und
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7:
Schnittdarstellung des in der 6 dargestellten
Tragsystems.
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Die 1 illustriert
eine isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems 1 für ebene
rahmenlose Flachkollektoren 2 in einer ersten Ausgestaltung.
Das zur Aufnahme eines durch drei Flachkollektoren 2 gebildeten
abgewinkelten Kollektorfelds vorgesehene modular aufgebaute Tragsystem 1 besteht
aus einem sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden kastenartigen
Basisrahmen 4 sowie mehreren am Basisrahmen 4 befestigten
Ständermodulen 6,
die gegenüber
der Horizontalen geneigt ausgerichtet sind. Während der Basisrahmen 4 mit
den als Erdankerschrauben ausgebildeten Erdankern 5 mit
der in 2 dargestellten Aufstellfläche 3 verbunden ist,
fassen die Ständermodule 6 die rahmenlosen
Flachkollektoren 2 zumindest teilweise in ihren Kantenbereichen 7 ein
und tragen diese. In der 1 sind beispielhaft drei miteinander
verbundene Basisrahmen 4 dargestellt, von denen zwei im Querschnitt
rechteckig und einer im Querschnitt dreieckig ausgebildet sind.
Jeder dieser Basisrahmen 4 weist eine durch mehrere Begrenzungswände 8 gebildete
geschlossene Mantelfläche
mit jeweils eine zur Aufstellfläche 3 weisenden
offenen Stirnseite 9 sowie eine der Aufstellfläche 3 abgewandten
offenen Stirnseite 10 auf. Der Basisrahmen 4 und
die Ständermodule 6 sind
unter Verwendung von nicht dargestellten Flanschen und Schrauben 12 form-
und kraftschlüssig
starr miteinander verbunden. Der Anstellwinkel der Ständermodule 6 und
damit der Flachkollektoren 2 gegenüber der Horizontalen beträgt vorzugsweise
60°. Der
kastenartige Basisrahmen 4 weist ferner an seiner zur Aufstellfläche 3 weisenden offenen
Stirnseite 9 ein Netzgitter 13 auf, welches sich
im Wesentlichen horizontal zwischen den Begrenzungswänden 8 des
Basisrahmens 4 erstreckt. Das Netzgitter 13 ist
mit ausreichend großen
Maschen mit einer Maschenweite von 50 mm ausgebildet.
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Die
zugehörige
Schnittdarstellung des in der 1 dargestellten
Tragsystems 1 ist in der 2 unter
Verwendung identischer Bezugszeichen gezeigt. Wie ersichtlich, sind
die Ständermodule 6 gegenüber der
Horizontalen um 60° geneigt
auf dem Basisrahmen 4 ausgerichtet und an diesem befestigt. Der
Basisrahmen 4 sowie der Fußbereich der Ständermodule 6 sind
vollständig
von einer als dickflüssig angemischtes
Erdmaterial 14 ausgebildeten Erdbodenschicht abgedeckt.
Die als Erdankerschrauben ausgebildeten Erdanker 5 gewährleisten
zusätzlich eine
gute Arretierung des Tragsystems 1 mit der Aufstellfläche 3.
Der Basisrahmen 4 und die Ständermodule 6 bestehen
hierbei aus Edelstahl.
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Die 3 zeigt
eine isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems 1 für gewölbte rahmenlose
Flachkollektoren 2 in der ersten Ausgestaltung. Der grundsätzliche
Aufbau des Tragsystems 1 entspricht dem der 1.
Der Unterschied der 3 gegenüber der 1 besteht
darin, dass die, beispielsweise aus einem Hohlkammerprofil hergestellten,
rahmenlosen Flachkollektoren 2 in ihrem Kopfbereich gewölbt ausgebildet
sind. Um diese zumindest teilweise gewölbten Flachkollektoren 2 in
ihrem Kantenbereich 7 umfassend zu haltern, werden zusätzlich zu
den Ständermodulen 6 sogenannte Hilfsrahmen 20 eingesetzt.
Diese zumindest partiell gewölbten Hilfsrahmen 20 sind
im Bereich der oberen Stirnseite der Ständermodule 6 platziert
und mittels Schrauben 12 und Flansche dort befestigt.
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Die 4 zeigt
eine isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Tragsystems 1 für ebene
rahmenlose Flachkollektoren 2 in einer zweiten Ausgestaltung.
Der grundsätzliche
Aufbau des Tragsystems 1 entspricht dem der 1.
Der wesentlich Unterschied der 4 gegenüber der 1 besteht jedoch
darin, dass der Basisrahmen 4 aus mehreren, sich in einer
horizontalen Ebene erstreckenden, profilartig ausgebildeten Basiselementen 23 besteht,
die sich im zusammengefügten
Zustand zu einer geschlossenen geometrischen Form ergänzen. Die Profilierung
der Basiselemente 23 erfolgt werkseitig durch Falzen oder
Pressen eines Metallstreifens. Zwischen den Basiselementen 23 erstreckt
sich in dem vom Betrachter linken Basisrahmen 4 ein Netzgitter 13.
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In 5 ist
das erfindungsgemäße Tragsystem 1 für ebene
rahmenlose Flachkollektoren 2 mit Haltearm 21 und
Stützarm 22 in
der zweiten Ausgestaltung in einer isometrischen Ansicht gezeigt.
Der Grundaufbau des Tragsystems 1 nach 5 entspricht
dem der 4. Während bei der 4 die Ständermodule 6 unmittelbar
auf ihren Basisrahmen 4 aufsitzen, werden in der 5 zusätzlich Haltearme 21 zur
Abstützung
der Ständermodule 6 auf
dem zugehörigen
Basisrahmen 4 eingesetzt. Die sich vertikal erstreckenden
Haltearme 21 sind vorzugsweise an den Enden bzw. Eckbereichen
der Ständermodule 6 platziert
und sichern damit eine ausreichende vertikale Kraftableitung in
den Basisrahmen 4. Ergänzend zu
den Haltearmen 21 ist jedem Ständermodul 6 auch ein
profilartig ausgebildeter Stützarm 22 zugeordnet,
der sich ausgehend vom Basisrahmen 4 bis in das obere Drittel
des zugehörigen
Ständermoduls 6 erstreckt.
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Eine
dritte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tragsystems 1 für ebene
rahmenlose Flachkollektoren 2 ist in der 6 in
einer isometrischen Darstellung illustriert. Der Basisrahmen 4 wird
hierbei durch mehrere Querträger 15 und
Längsträger 16 gebildet,
die paarweise in einer T-Form formiert sind. Die Längsträger 16 und
die Querträger 15 sind
jeweils orthogonal zueinander ausgerichtet, wobei der längere T-Schenkel
von dem Längsträger 16 gebildet
wird. Der Querträger 15 erstreckt
sich hingegen parallel zum Ständermodul 6 und
damit zum Flachkollektor 2. Jedem Ständermodul 6 ist ein Längsträger 16 und
ein Querträger 15 zugeordnet, die
miteinander verschraubt werden. Im dargestellten Beispiel weisen
sowohl die Längsträger 16 als
auch die Querträger 15 jeweils
Standfüße 17 auf,
die unter Verwendung der zuvor beschriebenen als Erdankerschrauben
ausgebildeten Erdankern 5 mit der Aufstellfläche 3 verbunden
sind. Zum Zwecke eines gegebenenfalls erforderlichen Höhenausgleichs
bei einer geneigten Aufstellfläche 3 sind
die Standfüße 17 der
Querträger 15 und/oder
die der Längsträger 16 nivellierbar,
d. h. höhenverstellbar,
ausgebildet.
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Wie
in der zugehörigen
Schnittdarstellung des in der 6 dargestellten
Tragsystems 1 gemäß 7 gezeigt,
sind die nivellierbaren Standfüße 17 teilweise
von einer als dickflüssig
angemischtes Erdmaterial 14 ausgebildeten Erdbodenschicht
abgedeckt.
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- 1
- Tragsystem
- 2
- Flachkollektor
- 3
- Aufstellfläche
- 4
- Basisrahmen
- 5
- Erdanker
- 6
- Ständermodul
- 7
- Kantenbereich
- 8
- Begrenzungswand
- 9
- Stirnseite
des Basisrahmens
- 10
- Stirnseite
des Basisrahmens
- 11
- Lasche
- 12
- Schraube
- 13
- Netzgitter
- 14
- Erdmaterial
- 15
- Querträger
- 16
- Längsträger
- 17
- Standfuß
- 18
- Ständerelement
- 19
- Ständerverbindungselement
- 20
- Hilfsrahmen
- 21
- Haltearm
- 22
- Stützarm
- 23
- Basiselement