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Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Aufständerung
von Solarmodulen, mit mehreren, in einer Reihe aufgestellten und
verankerten Pfosten, an denen im Bereich ihrer oberen Enden etwa
quer zu der Pfostenreihe ausgerichtete Träger befestigt sind, und sind
(Querträger),
und mit mehreren, etwa parallel zu der Pfostenreihe verlaufenden Trägern (Längsträgern), welche
an den Querträgern festgelegt
sind.
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Mit
dem Bewußtwerden
der schädlichen
Nebeneffekte der Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern – insbesondere
Raubbau an kostbaren Bodenschätzen,
Umweltbelastung, vor allem steigender Kohlendioxidgehalt in der
Luft mit einer nicht mehr überschaubaren
Anzahl von negativen Sekundäreffekten – steigt
das Interesse an „sauberer" Energie, bei deren
Gewinnung weder begrenzte Ressourcen ausgebeutet werden noch die
Umwelt belastet wird. Aufgrund derzeit verfügbarer Technologien kommen
hierfür
vor allem Wasserkraft, Wind- und Sonnenenergie in Frage. Die Sonnenenergie
kann in Form von Biomasse gewonnen werden als auch direkt mittels
Solarmodulen, insbesondere Heißwasserkollektoren
und Photovoltaikmodulen. Von all diesen sind die Photovoltaikmodule
von den Gestehungskosten am aufwendigsten. Daher wurde diese Form
der Energiegewinnung bislang vor allem bei einzelnen Anwendungen
auf Hausdächern
eingesetzt. Nachdem in letzter Zeit jedoch preiswerte Montagesysteme
für derartige
Anlagen vorgeschlagen wurden, geht man vermehrt dazu über, immer
größere Solaranlagen,
insbesondere Photovoltaikanlagen, zu installieren, bis hin zu Spitzenleistungen
von einigen Megawatt pro Anlage. Eine solche Maßnahme ist, auf eine Nachführung der
Solarmodule zu verzichten und dieselben stattdessen auf einen mittleren Sonnenstand
auszurichten. Solche statische Montagesysteme wurden auf einfachste
Mittel reduziert – eine
oder mehrere, etwa in Ost-West-Richtung verlaufende Reihen von in
den Boden gerammten Pfosten, entlang dieser Pfostenreihen festgelegte
Längsträger sowie
quer dazu verlaufende Querträger
zum Abstützen
der flächig
daraufgelegten und befestigten Solarmodule. Bei immer größer werdenden
Anlagen stößt eine
solche Montageweise jedoch an ihre Grenzen: In Mitteleuropa stehen
häufig
nicht entsprechend große,
landwirtschaftliche Flächen
von mehreren ha Grundfläche
zur Verfügung,
welche derart flach bzw. eben wären,
dass die in Längsrichtung
der Pfostenreihen verlaufenden Längsträger von
einem Ende der Pfostenreihe bis zum anderen in einer exakten Geraden
verlaufen könnten,
ohne dass ihr Abstand zum Erdboden dabei zumindest bereichsweise zu
groß oder
zu klein würde.
Bspw. müßten in
einer Mulde die Pfosten viel zu hoch werden, so dass selbst bei
mäßiger Windlast
leicht instabil werden; hinter Kuppen gar würden die an einem Hang zunächst bergan
laufenden Längsträger schnell schwindelerregende
Höhen erreichen,
welche von bekannten Konstruktionen nicht mehr beherrscht werden.
Dabei ist es im Hinblick auf derartige konstruktive Nachteile unerheblich,
ob die Längsträger unterhalb
oder oberhalb der Querträger
verlaufen.
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Aus
diesen Nachteilen des bekannten Standes der Technik resultiert das
die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Aufständerung
von Solarmodulen derart weiterzubilden, dass damit auch in hügeligem
Gelände
leistungsstarke Solaranlagen installiert werden können.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt dadurch, dass an wenigstens einem Pfosten
zwei Querträger
befestigt sind, derart, dass die Neigung der Oberseiten ihrer Profile
gegenüber
der Horizontalen unabhängig
voneinander ist.
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Da
die Querträger
wiederum die Längsträger tragen
und jene an nur zwei Querträgern
benachbarter Pfosten ausreichend festlegbar sind, lassen sich an
jedem Pfosten die Längsträger unterbrechen – die pfostenparallele
Reihe von Solarmodulen kann in regelmäßigen Abständen unterteilt werden, so
dass die einzelnen Abschnitte zumindest in ihrer Ost-West-Steigung
dem Gelände
angepaßt
werden können,
während
natürlich
die Nord-Süd-Neigung der
Solarmodule möglichst überall dem
gewünschten Mittelwert
entsprechend gewählt
werden kann. Die Einhaltung der gewünschten Nord-Süd-Neigung
ist jedoch kein Hindernis, da die Querträger ohnehin stets nur an einem
einzigen Pfosten befestigt sind – selbst wenn in Einzelfällen ein
zweiter Stützpfosten pro
Querträger
verwendet werden sollte, so wären diese
jedoch sehr nah beieinander und die Querträger viel zu kurz, um mit einer
Geländeunebenheit
in Konflikt zu geraten.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen, dass die Neigung der Längsachse
des Profils eines Querträgers
gegenüber
der Horizontalen 15° beträgt oder mehr,
vorzugsweise 20° oder
mehr, insbesondere 25° oder
mehr. Andererseits empfiehlt die Erfindung, für die Neigung der Längsachse
des Profils eines Querträgers
gegenüber
der Horizontalen einen Winkel von 40° oder weniger zu wählen, vorzugsweise 35° oder weniger,
insbesondere 30° oder
weniger. Bei dem bevorzugten Winkelbereich ergibt sich in unseren
Breitengraden über
das Jahr hinweg ein optimaler Ertragswert.
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Weitere
Vorteile ergeben sich dadurch, dass die an dem selben Pfosten befestigten
Querträger nur über den
gemeinsamen Pfosten, jedoch nicht über dazwischen oder darüber hinweg
laufende Längsträger miteinander
verbunden sind. Da – wie die
Erfindung weiterhin vorsieht – ein
Querträger etwa
in der Mitte zwischen seinen beiden Stirnseiten mit dem betreffenden
Pfosten verbunden ist, könnten die
freien Enden der beiden Querträger
eines gemeinsamen Pfostens in weiten Grenzen gegeneinander verstellt
werden. Außerdem
können
die von benachbarten Enden der an einem gemeinsamen Pfosten festgelegten
Querträger
ausgehenden, in etwa entgegengesetzte Richtungen weisenden Längsträger unterschiedlichen
Neigungswinkeln folgen und somit eine Art Knick miteinander einschließen und/oder
einen Versatz aufweisen, was die Anpassung an unebenes Gelände erlaubt.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass die an dem selben Pfosten befestigten
Querträger
in zueinander etwa parallelen Vertikalebenen verlaufen. Dadurch
schneiden sich ihre Längsrichtungen
nicht, und selbst große
benachbarte Querträger
kommen daher nicht miteinander in Konflikt.
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Indem
die an dem selben Pfosten befestigten Querträger oder deren Vertikalebenen
einen Abstand voneinander aufweisen, besteht überdies ein Längenausdehnungsspielraum,
so dass bei größeren Temperaturschwankungen – bspw. –25° im Winter
gegenüber
+45° im
Sommer – keine übermäßigen Temperaturspannungen
auftreten. Werden die Längsträger ausschließlich im
Bereich der freien Enden von Querträgern benachbarter Pfosten festgelegt, können sich die
Querträger
entsprechend verbiegen, derart, dass ihre Enden sich bei Bedarf
einander annähern
oder voneinander entfernen.
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Aus
Sicherheitsgründen
sollte daher der Abstand zwischen den am selben Pfosten befestigten Querträgern oder
zwischen deren Vertikalebenen gleich 2 cm sein oder größer, vorzugsweise
3 cm oder größer, insbesondere
4 cm oder größer. Ein
solcher Abstand bietet ausreichende Reserven für starke Relativbewegungen
innerhalb der Solaranlage.
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Andererseits
braucht der Abstand zwischen den am selben Pfosten befestigten Querträgern oder zwischen
deren Vertikalebenen nicht größer zu sein als
8 cm, vorzugsweise nur 7 cm oder kleiner, insbesondere nur 6 cm
oder kleiner.
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Wenn
der Abstand zwischen den am selben Pfosten befestigten Querträgern oder
zwischen deren Vertikalebenen etwa der dazu parallelen Breite des
betreffenden Pfostens entspricht, so lassen sich die Querträger an einander
gegenüber
liegenden Längsseiten
eines an einem Pfosten festgelegten Abstandskörpers befestigen, was zu einer
besonders einfachen Konstruktion führt.
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Zur
Befestigung kann ein solcher Abstandskörper wenigstens eine, vorzugsweise
zwei oder mehr Bohrungen aufweisen, welche von einer Längsseite
zur anderen durchgehend ausgebildet sind. Über damit fluchtende Bohrungen
in den angeschlossenen Querträgern
durchgreifende Schrauben kann dadurch eine reib- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Querträgern und
Abstandskörper
bewirkt werden.
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Bevorzugt
ist ein solcher Abstandskörper
als Profil mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet. Dabei verläuft die
Längsachse
eines solchen Abstandskörpers
bevorzugt etwa mittig zwischen den beiden angeschlossenen Querträgern, so
dass der konstante Querschnitt des Abstandskörpers die Ausrichtung der betreffenden
Querträger
in zueinander parallelen Ebenen sicherstellt.
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Aus
Gewichtsgründen
sowie zur Materialersparnis kann der Abstandskörper als Hohlprofil ausgebildet
sein.
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Bewährt haben
sich besonders Abstandskörper
mit einem rechteckigen oder quadratischen Außenquerschnitt, weil hier die
obere und untere Längsseite
etwa lotrecht zu den beiden vertikal verlaufenden Längsseiten
orientiert sind und relativ unbedenklich auf Druck belastet werden
können.
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Eine
weitere Konstruktionsvorschrift sieht vor, dass eine oder vorzugsweise
beide Stirnseiten des Abstandskörpers
entlang je einer Ebene verlaufen, die von der Längsachse des Abstandskörper-Profils
nicht lotrecht durchsetzt wird, sondern unter einem Winkel von 75° oder weniger,
vorzugsweise unter einem Winkel von 70° oder weniger, insbesondere
unter einem Winkel von 65° oder
weniger. Damit korrespondiert eine Dimensionierung dahingehend, dass
eine oder vorzugsweise beide Stirnseiten des Abstandskörpers entlang
je einer Ebene verlaufen, die von der Längsachse des Abstandskörper-Profils unter
einem Winkel von 50° oder
mehr durchsetzt wird, vorzugsweise unter einem Winkel von 55° oder mehr,
insbesondere unter einem Winkel von 60° oder mehr. Dabei sollten die
Zwischenwinkel der beiden Stirnseiten derart aufeinander abgestimmt
sein, dass beiden Stirnseiten des Abstandskörpers entlang zueinander paralleler
Ebenen verlaufen.
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Wird
ein solcher Abstandskörper
parallel zu den angrenzenden Querträgern ausgerichtet, so verlaufen
seine Stirnseiten entlang von vertikalen Ebenen und erleichtern
daher die Montage an den vertikalen Pfosten. Zwecks eben dieser
Montage ist ein Abstandskörper
im Bereich seiner Stirnseiten an je einer Befestigungsplatte festgelegt
ist, bspw. mit denselben verschweißt.
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Aufgrund
der obigen Dimensionierungsvorschrift sind dann auch diese beiden
Befestigungsplatten parallel zueinander und erlauben es, den Abstandskörper zusammen
mit seinen Befestigungsplatten im Bereich des oberen Endes eines
Pfostens festzulegen, insbesondere als diesen zwischen zwei einander
gegenüberliegenden
Längsseiten übergreifendes
Pfostenkopfelement.
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Da
die Längsachse
des Abstandskörpers
geneigt verläuft,
liegen die unteren Enden der Befestigungsplatten etwa auf gleichem
Niveau, wenn eine der beiden Befestigungsplatten länger ist
als die andere, bspw. um 20 mm länger
oder mehr, vorzugsweise um 30 mm oder mehr, insbesondere um 40 mm
oder mehr,
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Vorzugsweise
wird ein Pfostenkopfelement an dem betreffenden Pfosten festgeschraubt.
Diese Verbindungstechnik erlaubt eine Montage mit einfachen Mitteln
vor Ort, so dass die Pfosten und Pfostenkopfelemente gesondert angeliefert
werden können.
Vor der Montage der Pfostenkopfelemente werden die Pfosten an der
jeweils gewünschten
Stelle in den Boden gerammt, wobei auf deren obere Stirnseite hohe
Kräfte
einwirken können.
Erst im Anschluß daran
werden die sensiblen Pfostenkopfelemente aufgeschraubt sowie die
Quer- und Längsträger montiert.
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Zur
Verschraubung mit den Pfosten weisen die Befestigungsplatten im
Bereich ihres jeweils unteren Endes je eine horizontal durchgehende
Bohrung auf.
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Eine
statisch ausgewogene Konstruktion ergibt sich, wenn jeweils eine
Durchgangsbohrung in den beiden Befestigungsplatten im Bereich von
deren unteren Enden gleiche Abstände
zu dem betreffenden unteren Plattenende aufweisen, insbesondere
miteinander fluchten.
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Da
die Verankerung der Pfosten im Erdreich sich oftmals nicht auf den
Millimeter genau bewerkstelligen läßt – das Einrammen erfolgt schlagweise und
kann leicht dazu führen,
dass ein Pfosten um einige Millimeter zu tief sitzt – sieht
die Erfindung zur Kompensation dergestalt vor, dass mindestens je
eine, vorzugsweise jede Durchgangsbohrung der Befestigungsplatten
im Bereich ihres unteren Endes als Langloch ausgebildet ist und
eine Höhenverstellung des
Pfostenkopfelements gegenüber
dem betreffenden Pfosten erlaubt. Diese Langlöcher erlauben auch eine Einstellung
des Neigungswinkels der Pfostenkopfelemente und Querträger.
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Besondere
Vorteile erhält
man dadurch, dass die Querprofile einen Winkel-, U- oder C-förmigen Querschnitt
aufweisen mit zwei Schenkeln, welche entweder in einem Winkel zueinander
verlaufen oder etwa parallel zueinander und solchenfalls durch einen
Mittelsteg untereinander verbunden sind. Ein solches Profil ist
begrenzt biegsam und kann daher ebenfalls für Ausgleichszwecke herangezogen
werden.
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Vorzugsweise
liegen die Querträger
jeweils mit den Außenseiten
eines Schenkels (bei Profilen mit winkelförmigem Querschnitt) oder mit
den Außenseiten
ihrer Mittelstege (bei U- oder C-förmigem Profil) flächig an
dem betreffenden Abstandskörper und/oder
Pfostenkopfelement an. Durch die große Anlagefläche ergibt sich ein guter Reibschluß zwischen
den aneinander grenzenden Elementen. Während die jeweils oben liegenden
Schenkel der Montage der Längsträger und/oder
Solarmodule dienen, können
ggf. vorhandene untere, dazu parallele Schenkel (bei U- oder C-förmigem Querschnitt)
in das Profil eingelegte Stromkabel führen bzw. stützen.
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Die
dem betreffenden Abstandskörper nächstgelegenen
Kanten der Oberseiten beider Querträger eines gemeinsamen Pfostens
sollten etwa parallel zueinander verlaufen, entsprechend der für die gesamte
Solaranlage üblicherweise
genormten Nord-Süd-Neigung
der Solarmodule. Diese Parallelausrichtung wird daher in fast allen
Fällen
angestrebt werden.
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Je
nach den örtlichen
Geländeverhältnissen ergeben
sich allerdings für
die Ebenen der Oberseiten beider Querträger eines gemeinsamen Pfostens mehrere
Möglichkeiten:
Diese können
entweder zusammenfallen (nämlich
in flachem und ebenen Gelände,
wo aneinander anschließende
Längsträger miteinander
fluchten) oder parallel zueinander verlaufen (wenn das Gelände in Ost-West-Richtung geneigt
verläuft
und daher die Längsträger nicht
rechtwinklig zu den vertikalen Pfosten verlaufen, also einen Versatz
in vertikaler Richtung aufweisen) oder sich im Bereich des Pfostenkopfes
schneiden (in Gelände
mit einer Wölbung
in Ost-West-Richtung, bspw. Kuppen oder Mulden, so dass die aneinander
anschließenden
Längsträger einen
Knick bilden).
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Zu
ihrer Stabilisierung sollten ein oder mehrere Längsträger an den Oberseiten von einander
benachbarten Querträgern
unterschiedlicher Pfosten festgelegt sein.
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Durch
eine solche Verbindung mit wenigstens jeweils zwei etwa um den Abstand
zweier benachbarter Pfosten voneinander entfernten Querträgern ergibt
sich eine äußerst belastbare
Konstruktion, die auch erheblichen Windlasten widerstehen kann.
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Die
Erfindung empfiehlt, dass ein oder mehrere Längsträger einen U- oder C-förmigen Querschnitt aufweisen
mit zwei Seitenschenkeln und einem dieselben miteinander verbindenden
Mittelsteg. Eine derartiges, doppelt abgewinkeltes U- oder C-Profil hat
eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit und kann daher auch Pfostenabstände von
etwa zwei bis vier Metern ohne merkliche Durchbiegung überbrücken.
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Vorzugsweise
liegen solche Längsträger mit jeweils
einem ihrer beiden Seitenschenkel – welches dann die Unterseite
bildet – flächig auf
der Oberseite eines Querträgers
auf, während
an ihren jeweils oberen Seitenschenkeln die Montage der Solarmodule erfolgen
kann.
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Weitere
Vorzüge
ergeben sich dadurch, dass wenigstens ein Längsträger derart befestigt ist, dass die
Mittellinie seiner offenen Längsseite
auf einem höheren
Niveau liegt als die Mittellinie seines Mittelstegs. Sodann lassen
sich Stromführungskabel
in den einseitig offenen Hohlraum des Profils einlegen und werden
von demselben geführt – bspw.
zu einem angrenzenden Querträger
und von dort über
einen Pfosten zum Boden – ohne
selbsttätig
aus dem betreffenden Hohlraum herausrutschen zu können.
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Zur
Montage der Solarmodule lassen sich an den Oberseiten zweier Längsträger, welche
an den selben Querträgern
festgelegt sind, ein oder mehrere Montageprofile festlegen. Solche
Montageprofile sind insbesondere dann erforderlich, wenn die Abstände zwischen
jeweils zwei zueinander parallelen, benachbarten Quer- und/oder
Längsträgern größer sind
als die Abmessungen eines Solarmoduls, so dass es durch diese Träger allein
nicht ausreichend abgestützt
würde.
Dies wird meistens der Fall sein, da die Pfosten aus Gründen der
Arbeitserleichterung im Allgemeinen relativ weit auseinander gesetzt
werden, sowohl in Ost-West-Richtung als auch in Nord-Süd-Richtung,
so dass die Quer- und
Längsträger entsprechend
lang zu bemessen sind, bspw. jeweils zwei bis drei Meter lang, während übliche Solarmodule
meistens nur eine Länge
von etwa ein bis zwei Metern aufweisen.
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Wenigstens
ein derartiges Montageprofil kann als Hohlprofil ausgebildet sein.
Hohlprofile haben ein äußerst günstiges
Gewicht im Verhältnis
zu ihrer Stabilität.
Wenn – wie
die Erfindung weiterhin vorsieht – ein solches Hohlprofil an
seinen Längsseiten
rundum geschlossen ist, also bspw. nach Art eines Vierkantprofils,
so ergibt sich eine maximale Steifigkeit auch bei einem reduzierten
Querschnitt, so dass die Länge
der Kanten des Profilquerschnitts bei einem solchen Montageprofil
kleiner sein kann als bei den Quer- und/oder Längsträgern.
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Zur
Vereinfachung der Befestigung sollte wenigstens ein Montageprofil
an seiner Ober- und/oder Unterseite einen hinterschnittenen Bereich
aufweisen. Dieser kann bei Bedarf von einem Schraubenkopf hintergriffen
werden, um das Montageprofil mit einem Längs- oder Querträger einerseits
und/oder mit Elementen zum Befestigen eines Solarmoduls andererseits
zu verbinden.
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Ein
solcher, hinterschnittener Bereich kann Bestandteil (je) einer entlang
der Ober- und/oder Unterseite des Montageprofils verlaufenden Nut
sein. Solchenfalls kann der Kopf einer Befestigungsschraube, eine
Mutter oder ein sonstiges Innengewindeelement im Bereich einer Profilstirnseite
in diese Nut eingeführt
und sodann innerhalb der Nut an die gewünschte Stelle verschoben werden.
Der Schaft dieser oder einer in ein solches Innengewindeelement
eingedrehten Schraube ragt aus der Nut heraus, durchgreift eine
Bohrung des anzuschließenden
Bauteils und ist an dessen gegenüberliegender Seite
gekontert, entweder durch eine aufgeschraubte Mutter od. dgl. oder
eben durch den Kopf der Schraube selbst, die in das in der Nut verankerte
Bauteil eingeschraubt ist.
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Schließlich entspricht
es der Lehre der Erfindung, dass an der Oberseite wenigstens eines
Montageprofils, insbesondere in einer dortigen Nut, eine ein Solarmodul übergreifende
Klammer festgelegt oder festlegbar ist. Damit kann das Solarmodul
mit einer definierten Kraft festgeklemmt werden. Zu Schonung des Solarmoduls
kann an der Unterseite der Klammer ggf. ein (druck-) elastisches,
bspw. gummiartiges Element vorgesehen sein, welches bei der Montage
auf der Ober- bzw. Vorderseite des Solarmoduls aufliegt.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1 eine
Solaranlage mit einer erfindungsgemäßen Aufständerung in einer perspektivischen Ansicht
aus einer mehr südlichen
Richtung gesehen;
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2 einen
Teil der Vorrichtung zur Aufständerung
der Solarmodule der Solaranlage aus 1 in einer
entsprechenden Darstellung, jedoch vor der Montage der Solarmodule;
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3 einen
Ausschnitt aus der 1 in einer vergrößerten Darstellung;
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4 das
Pfostenkopfelement aus 3 in einer Seitenansicht;
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5 die
Solaranlage aus 1, ebenfalls in einer perspektivischen
Darstellung, allerdings aus einer mehr nördlichen Richtung gesehen.
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6 eine
perspektivische Teilansicht auf die 5 etwa in
einer zur Längsrichtung
eines Längsträgers parallelen
Blickrichtung;
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7 eine
perspektivische Teilansicht auf die 6 etwa in
einer zu der Längsrichtung
eines Querträgers
oder eines Montageprofils parallelen Blickrichtung; sowie
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8 eine
Ansicht auf die 7, schräg von oben.
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In
der Zeichnung erkennt man eine Vielzahl von in einer Matrix 1 spalten-
und zeilenweise über- bzw.
nebeneinander angeordneten Solarmodulen 2. Diese Modulmatrix 1 wird
getragen von einer gemeinsamen Ständerkonstruktion 3 und bildet
eine in Ost-West-Richtung verlaufende Reihe eines größeren Solarfeldes
mit mehreren solcher Reihen, die wiederum in Nord-Süd-Richtung
hintereinander angeordnet sind.
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Die
Ständer-
bzw. Tragkonstruktion 3 für die Modulmatrix 1 umfaßt eine
Reihe von Pfosten 4, die in einer gemeinsamen, vorzugsweise
in Ost-West-Richtung verlaufenden Flucht angeordnet sind.
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Jeder
Pfosten 4 besteht aus einem Profil mit gleichbleibendem
Querschnitt, vorzugsweise einem sog. Sigma-Profil, dessen Querschnitt
etwa dem griechischen Buchstaben Σ entspricht,
wie bspw. der 3 zu entnehmen ist. Ähnlich einem
U-Profil weisen diese Σ-Profile
zwei zueinander etwa parallele Seitenschenkel 5 auf, die
durch einen Mittelsteg 6 miteinander verbunden sind, wobei
allerdings der Mittelsteg 6 nicht eben ist wie bei einem
U-Profil, sondern zwei winklig zueinander verlaufende Flächen aufweist.
Statt Σ-Profilen
lassen sich ggf. auch andere Profile verwenden, bspw. I-Profile
oder U-Profile oder Vierkanthohlprofile.
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Diese Σ-Profile 4 sind
im Boden verankert, insbesondere in mehr oder weniger weiches Erdreich eingerammt
oder einbetoniert, und zwar vorzugsweise derart, dass die Ebenen
der beiden zueinander etwa parallelen Flachseiten bzw. Seitenschenkel 5 aller Σ-Profile 4 einer
gemeinsamen Konstruktion 3 etwa parallel zueinander verlaufen,
und zwar vorzugsweise parallel zu der von eben diesen Pfosten 4 aufgespannten
Flucht, insbesondere also in Ost-West-Richtung. Dies hat den Vorteil,
dass die Pfosten 4 ihre höchste Biegestabilität in Nord-Süd-Richtung aufweisen,
also in der Richtung, wo die Windlast – bedingt durch die Neigung
der Solarmodule 2 in Nord-Süd-Richtung – am größten ist.
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Eben
diese Neigung der Solarmodule 2 in Nord-Süd-Richtung
wird hervorgerufen durch den geneigten Verlauf der Längsachsen
von an den Pfosten 4 festgelegten Profilen, welche quer
zur betreffenden Pfostenreihe verlaufen – bevorzugt also in Nord-Süd-Richtung – und deshalb
als Querträger 7 bezeichnet
werden sollen. Der Verbindung der Querträger 7 mit den Pfosten 4 dient
je ein Pfostenkopfelement 8 pro Pfosten 4.
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Jedes
Pfostenkopfelement 8 hat einen brückenartigen Aufbau, bestehend
aus drei miteinander verbundenen Teilen: Zwei vertikale, zueinander
etwa parallele Seitenschenkel 9, 10, die im Bereich
ihrer Oberkanten durch einen quer verlaufenden Steg 11 miteinander
verbunden sind. Die beiden Seitenschenkel 9, 10 haben
jeweils die Form einer Platte, deren vertikale Grundebenen zueinander
parallel verlaufen, und zwar in einem Abstand, der etwa dem Abstand
zwischen den Außenseiten
der beiden Seitenschenkel 5 eines Σ-Profils 4 entspricht.
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Daher
kann ein derartiges Pfostenkopfelement 8 oben auf einen
Pfosten 4 aufgesteckt werden, derart, dass seine beiden
Seitenschenkel 9, 10 flächig an den Außenseiten
der beiden Flachseiten 5 des Σ-Profils 4 anliegen.
Diese Seitenschenkel 9, 10 dienen als Befestigungsplatten,
welche mittels wenigstens je einer Schraube 12 mit der
angrenzenden Flachseite 5 des Σ-Profils 4 verbunden
werden. Zu diesem Zweck ist für
jede Schraubverbindung 10 in einer der Flachseiten 5 des Σ-Profils 4 sowie
in der betreffenden Befestigungsplatte 9, 10 jeweils
ein Loch 13 oder eine sonstige Ausnehmung zum Durchstecken
der Schraube 12 vorgesehen. Jeweils ein Loch 13 pro
Schraubverbindung, vorzugsweise dasjenige in der betreffenden Befestigungsplatte 9, 10, ist
als vertikales Langloch ausgebildet, um eine begrenzte Verstellung
des Pfostenkopfelements 8 gegenüber dem Pfosten 4 zu
ermöglichen.
Dies ist wichtig, weil das Einrammen der Pfosten 4 manchmal nicht
millimetergenau machbar ist.
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Eine
der beiden Befestigungsplatten 10 ist länger als die andere Befestigungsplatte 9.
Da die Unterkanten der länglichen
Platten mit vertikaler Längsachse
jedoch auf dem selben Niveau liegen, erhebt sich die längere Befestigungsplatte 10 über die
kürzere
Befestigungsplatte 9. Entsprechend der Neigung der Solarmodule
in Nord-Süd-Richtung
ist auf der nördlichen
Erdhalbkugel die jeweils nördliche Befestigungsplatte 10 höher als
die südliche
Befestigungsplatte 9; auf der südlichen Erdhalbkugel wäre dies
genau umgekehrt.
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Der
beide Befestigungsplatten in deren oberen Bereich miteinander verbindende
Steg 11 ist aus einem Hohlprofil gefertigt, vorzugsweise
aus einem Vierkantprofil, insbesondere von etwa quadratischem Querschnitt.
Vorzugsweise ist eine Kantenlänge
dieses Profilquerschnitts etwa gleich der Breite der beiden Befestigungsplatten 9, 10.
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Das
diese Befestigungsplatten 9, 10 verbindende Profil 11 ist
relativ kurz. Allerdings ist es nicht rechtwinklig zu seiner Längsachse
abgelängt,
sondern unter – gleichen – Winkeln α ungleich
90°; vorzugsweise
gilt für
den Winkel α etwa: α =
sin[(l1 – l2)/d],wobei
- l1
- = Länge der
längeren
bzw. nördlichen
Befestigungsplatte;
- l2
- = Länge der
kürzeren
bzw. südlichen
Befestigungsplatte;
- d
- = Abstand zwischen
den beiden Befestigungsplatten.
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Die
beiden Schnitte sind parallel zueinander und in einem Abstand d,
so dass das Profil 11 genau zwischen die beiden Befestigungsplatten 9, 10 eingefügt werden
kann, und zwar derart, dass die beiden Schnittflächen jeweils bündig an
der angrenzenden Befestigungsplatte 9, 10 anliegen
und dabei die Längsachse 14 des
Profils 11 parallel zu der Verbindungslinie zwischen den
Oberkanten 15 der beiden Befestigungsplatten 9, 10 verläuft. In
diesem Zustand ist das Profil 11 mit den beiden Befestigungsplatten 9, 10 verbunden,
vorzugsweise durch je eine entlang der Schnittfläche rundum laufenden Schweißnaht 16.
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Dabei
ergeben sich an jedem Pfostenkopfelement 8 zwei zueinander
parallele, vertikale Längsseiten 17 des
Verbindungsstegs 11, deren Abstand etwa der Breite einer
Befestigungsplatte 9, 10 entspricht. Diese beiden,
einander gegenüber
liegenden Längsseiten 17 dienen
der Verankerung je eines Querträgers 7 und
verfügen
zu diesem Zweck über wenigstens
je eine, vorzugsweise jeweils zwei Bohrungen 18, vorzugsweise
auf Höhe
der Längsachse 14.
Jeweils zwei Bohrungen 18 in unterschiedlichen Längsseiten 17 fluchten
miteinander, so dass eine entsprechend lange Schraube 19 durch
zwei solche Bohrungen 18 gleichzeitig hindurchgesteckt
werden kann.
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Jeder
Querträger 7 hat
ein U- oder C-förmiges
Profil mit zwei Seitenschenkeln 20, 21 und einem dieselben
miteinander verbindenden Steg 22. In dem Verbindungssteg 22 jedes
Querträgers 7 sind
jeweils zwei Bohrungen vorgesehen, etwa im mittleren Bereich des
Längsträgers zwischen
dessen beiden Stirnseiten 23, etwa auf Höhe der Längsachse
des Querträgers 7 und
in einem Abstand, welcher dem Abstand zweier nicht miteinander fluchtender
Durchgangsbohrungen 18 des als Abstandskörper dienenden
Verbindungsstegs 11 eines Pfostenkopfelements 8 entspricht.
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Die
Außenseiten
der Stege 22 zweier Querträger 7 werden an den
beiden Längsseiten 17 des Pfostenkopfelements 8 flächig angelegt,
so dass die Breite des Verbindungsstegs 11 den Abstand
dieser Querträger 7 definiert,
während
je eine etwa mittige Bohrung in dem Querträger 7 mit einer Bohrung 18 in dem
Abstandskörper 11 des
Pfostenkopfelements 8 fluchtet. Durch diese Bohrungen 18 werden
sodann die Schrauben 19 hindurchgesteckt und mit je einer Mutter
oder sonstigem Gewindeelement gekontert, so dass je zwei Querträger 7 über je ein
gemeinsames Pfostenkopfelement 8 an einem einzigen Pfosten 4 festgelegt
sind.
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Dabei
entspricht der Neigungswinkel α,
um welchen die Querträger 7 in
Nord-Süd-Richtung geneigt
sind, dem Steigungswinkel α des
Abstandskörpers 11 eines
Pfostenkopfelements 8, nämlich: α = sin[(l1 – l2)/d].
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Da
dieser Winkel etwa dem gemittelten Sonnenstand während eines Jahres an dem betreffenden Standort
entsprechen sollte, der bspw. anhand der Formel:
wobei θ
Sonne die
Zenitaldistanz der Sonne ist und a ein Jahr beträgt.
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Da
die Sonneneinstrahlung mittags am stärksten ist, wenn die Sonne
jeweils den täglichen, minimalen
Zenitalabstand θ
Sonne,min einnimmt, der zwar von dem jeweiligen
Breitengrad abhängt,
nicht dagegen vom Längengrad
oder der Höhe über NN, läßt sich
diese Formel vereinfachen zu:
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Durch
Gleichsetzen von α = γ ± 10 %
bzw. 0,9·γ ≤ α ≤ 1,1·γ ergibt sich
für das
den Neigungswinkel bestimmende Pfostenkopfelement 8 folgende Konstruktionsvorschrift: aresin(0,9·γ) ≤ (l1 – l2)/d ≤ aresin
(1,1·γ).
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Infolge
der Verschraubung der Querträger 7 über den
jeweiligen Verbindungssteg 22 mit den Längsseiten 17 eines
Abstandskörpers 11 weist
jeder Querträger 7 einen
oberen Seitenschenkel 20 und einen unteren Seitenschenkel 21 auf.
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Der
obere Seitenschenkel 20 dient der Auflage und Verankerung
von wenigstens zwei Längsträgern 24,
welche sich über
den Raum zwischen zwei Pfosten 4 hinweg von einem Querträger 7 zum nächsten erstrecken.
Die Längsträger 24 bestehen ebenfalls
aus je einem U- oder C-Profil mit zwei Seitenschenkeln 25, 26 und
einem dieselben miteinander verbindenden Steg 27.
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Im
Bereich seiner beiden Enden 23 ist daher in seiner Oberseite 20 je
eine Bohrung 28 vorgesehen, welche mit je einer Bohrung
in einem darauf liegenden Seitenschenkel 26 eines aufgelegten
Längsträgers 24 fluchtet
und deren Verbindung mittels einer Schraube 29 und einem
Konterelement erlaubt.
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Die
Längsträger 24 erstrecken
sich jedoch nicht über
den Spalt zwischen zwei benachbarten Querträgern 7 desselben Pfostens 4 hinweg.
Daher ist die Möglichkeit
eröffnet,
dass zwei etwa in einer Linie hintereinander angeordnete Längsträger 24 im Bereich
eines Pfostens 4 einen Knick miteinander einschließen können und/oder
gegeneinander versetzt sind. Dies erlaubt es der Konstruktion 3,
sich dem Verlauf eines unebenen Geländes anschmiegen zu können, so
dass sich der Abstand der Solarmodule 2 über Grund
auch bei sehr großen
Solarfeldern nicht merklich ändert.
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Auf
den Oberseiten 25 der Längsträger 24 werden
sodann Montageprofile 30 befestigt, insbesondere festgeschraubt.
Wie die 6 und 7 zeigen,
sind diese Montageprofile 30 als Hohlprofile ausgebildet
mit einem etwa quadratischen Querschnittsumfang; infolge ihrer geschlossenen
Mantelfläche
ist ihre Stabilität
vergleichbar zu den Längs- und
Querträgern 24, 7,
obwohl die Kantenlänge
ihres Querschnitts kleiner ist.
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Die
Vierkant-Hohlprofile 30 haben an ihrer Ober- und Unterseite 31, 32 je
eine Längsnut 33, 34 mit
je einer Hinterschneidung bzw. Verengung an der Mündung in
die Ober- bzw. Unterseite 31, 32. Diese Längsnuten 33, 34 dienen
der Aufnahme von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben 35 und/oder Muttern 36,
zur Festlegung an den Längsträgern 24 einerseits
sowie zur Verbindung mit Halteklammern 37 andererseits.
Zwischen dem Grund der beiden Längsnuten 33, 34 erstreckt
sich ein Versteifungssteg 38.
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Die
Halteklammern 37 können
einen etwa Z-förmigen
Querschnitt haben mit einem Mittelsteg 39 und zwei davon
in antiparallelen Richtungen auskragenden Seitenschenkeln 40, 41,
wovon der untere Schenkel 41 der Verbindung mit einem Montageprofil 30 dient
und der obere Schenkel 40 die Kante eines Solarmoduls 2 übergreift.
