DE202008006347U1

DE202008006347U1 - Tragsystem für eine Photovoltaikanlage

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Publication number: DE202008006347U1
Application number: DE202008006347U
Authority: DE
Original assignee: NORDHAEUSER STAHL GmbH; Nordhauser Stahl GmbH
Current assignee: NORDHAEUSER STAHL GmbH; Nordhauser Stahl GmbH
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2018-05-09

Abstract

Tragsystem für eine Photovoltaikanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragsystem (1) einen schwimmfähigen Unterbau aufweist, der aus mindestens einem pontonähnlich ausgebildeten Schwimmkörper (2) besteht, auf dem mindestens ein Trägerrahmen (3) zur Befestigung von Photovoltaikmodulen (4) in einem Winkel α festgelegt ist, der gleich dem entsprechenden territorialen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragsystem für eine Photovoltaikanlage.
Der Einsatz von Photovoltaikanlagen zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie ist bekannt und weit verbreitet. Diese Photovoltaikanlagen bestehen aus großflächig zusammengesetzten Photovoltaikmodulen, die in der Regel in Rahmenkonstruktionen befestigt sind, die über entsprechend ausgebildeten Unterkonstruktionen stationär auf Spitz- und Flachdächer von Gebäuden oder anderen Flächen befestigt sind.
Aus der DE 20 2006 009 884 ist beispielsweise eine derartige Unterkonstruktion bekannt, die ein erstes Querträgerelement und ein Stützelement aufweist, wobei ein Photovoltaikmodul auf dem Trägerelement angeordnet ist und das Stützelement das erste Querträgerelement von der Auflagefläche beabstandet, wobei ein zweites Querträgerelement vorgesehen ist, welches in einem Bereich in dem ein Photovoltaikmodul angeordnet ist, die Auflagefläche frei überspannt.
Aus der DE 20 2007 012 020 ist beispielsweise ein Trägersystem für Photovoltaikelemente insbesondere für flache Dächer mit einer Neigung von 0 bis 20° bekannt, das zumindest eine erste Ebene, bestehend aus einer Vielzahl von Aufständerungselementen, zumindest eine zweite Ebene, bestehend aus einer Vielzahl von Unterkonstruktionselementen und zumindest eine dritte Ebene, bestehend aus Sicherungselementen mit Halteelementen, die geeignet sind mit Photovoltaikelementen gekoppelt zu werden, umfasst, wobei die Aufständerungselemente der ersten Ebene verschiebbar auf einer Auflagefläche des Gebäudedaches angeordnet sind, wobei die zweite Ebene mit der ersten Ebene lösbar in Verbindung steht, in dem eine Längsachse der Unterkonstruktionselemente mit der Längsachse der Aufständerungselemente einen Winkel bildet und wobei die Sicherungselemente der dritten Ebene mit den Unterkonstruktionselementen der zweiten Ebene ein Gittermuster bilden.
Beide Unterbaukonstruktionen aber auch andere bekannte Trägersysteme zur Aufnahme von Photovoltaikmodulen sind ausschließlich für Photovoltaikanlagen geeignet, die stationär als Aufdachmontage oder auf anderen festen Oberflächen installiert werden. Folglich kann die Sonnenenergie für die Gewinnung von elektrischer Energie nur auf den Dachflächen oder Flächen optimal genutzt werden, die von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang der Sonneneinstrahlung beschattungsfrei ausgesetzt sind. Diese Voraussetzung ist jedoch vielfach nicht gegeben, da eine Vielzahl der Dachflächen nicht oder nicht immer eindeutig in Südrichtung ausgerichtet sind und auch nicht in jedem Fall während des Umlaufs der Sonne durch benachbarte Gebäude oder Einrichtungen sowie Baumbewuchs eine mindestens teilweise Beschattung der Photovoltaikmodule ausgeschlossen werden kann, so dass in diesen Fällen der Wirkungsgrad der Photovoltaikanlagen wesentlich beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sind bei der Installierung von Photovoltaikanlagen mit derartigen Unterbaukonstruktionen oder Trägersystem umfangreiche statische Bedingungen zu berücksichtigen, wie beispielsweise die Gebäudehöhe, die Schneelastzone, die Windangriffsfläche oder die Modulhöhe, aber auch bei einer Aufdachinstallierung die statischen Bedingungen der Dachkonstruktion selbst.
Aus der DE 20 2006 009 100 ist eine Trägerkonstruktion für Solarmodule für den Einsatz auf Gelände- und Wasseroberflächen bekannt, die transportabel ist und die mindestens aus einem Rahmen mit mindestens einem auf jedem Rahmen befestigten Solarmodul und mindestens vier Stäbe umfasst, wobei alle Rahmen durch Stäbe mit Hilfe von Scharnieren gelenkig mit einander nach der Art eines Scherengitters verbunden sind, dabei kann das Scherengitter mit den befestigten Solarzellen auch auf einem Schwimmkörper einseitig befestigt sein.
Ein als Scherengitter ausgebildeter Rahmen gewährleistet zwar ein portabel ausgelegtes Solarmodulträgerelement, weist aber weder auf dem Land noch auf einem Schwimmkörper eine ausreichende Stabilität auf, die eine zuverlässige Funktionsweise der Solarzellen sichert. Vielmehr, durch die scherenartige Ausbildung des Rahmens ist die Rahmenkonstruktion sehr witterungsabhängig und damit die Gesamtanlage im hohen Grade störanfällig, so dass für beide Einsatzzwecke diese Rahmenkonstruktion ungeeignet erscheint. Des Weiteren beschatten sich die Solarzellen auf Grund der scherenartigen Anordnung mindestens teilweise gegenseitig, so dass der Wirkungsgrad sehr gering erscheint.
Ausgehend von diesem Stand der Technik und der Erkenntnis, dass ein sehr großes schattenfreies Flächenpotential zur Ver fügung steht, wie u. a. Wasserflächen und andere Flächen, die auf Grund ihrer Beschaffenheit einer nur begrenzten gewerblichen Nutzung zugängig sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Tragsystem für Photovoltaikanlagen bereitzustellen, dass in solchen Gebieten einsetzbar ist und eine stabile, zuverlässige und beschattungsfreie Funktion der Photovoltaikanlage mit einem möglichst geringen technischen Aufwand gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Tragsystem gelöst, das einen schwimmfähigen Unterbau aufweist, der aus mindestens einem pontonähnlich ausgebildeten Schwimmkörper besteht, auf dem mindestens ein Trägerrahmen zur Befestigung von Photovoltaikmodulen in einem Winkel α festgelegt ist, der gleich dem entsprechenden territorialen Einfallswinkel der Sonne angepasst ist. Durch den pontonartig ausgebildeten Unterbau kann ein Tragsystem mit einer Photovoltaikanlage universell sowohl auf allen Wasserflächen in beschattungsfreien Bereichen als auch auf anderen ebenen Flächen, deren Bodenbeschaffenheit für keine weitere gewerbliche Nutzung geeignet ist, wie beispielsweise auf Böden mit einem unbefestigten Untergrund, stabil verankert und zuverlässig betrieben werden. Folglich kann mit dem erfindungsgemäßen Tragsystem das Flächenangebot für Photovoltaikanlagen ohne Verbau von Nutzflächen wesentlich erweitert werden, in dem die vielfach nur für die Fischaufzucht, für die Freizeitgestaltung oder als Trinkwasserreservoir genutzten Wasserflächen aber auch grundwassergespeisten Wasserflächen oder stark grundwasserbelasteten Geländeabschnitte, die teilweise oder häufig für keine weitere Nutzung geeignet sind, wirtschaftlich in die Gewinnung von elektrischer Energie mittels Photovoltaikanlagen einbezogen werden.
Durch die schwimmfähige Ausbildung des Unterbaus, auf dem mindestens ein Trägerrahmen zur Befestigung von Photovoltaikmodulen in einem Winkel α festgelegt ist, der gleich dem entsprechenden territorialen Einfallswinkel der Sonne angepasst ist, ist auch die Voraussetzung gegeben, dass das Tragsystem mit den Photovoltaikmodulen so auf der Wasserfläche positioniert und verankert werden kann, dass die Photovoltaikmodule stets beschattungsfrei während des Sonnenumlaufs und maximal zur territorialen Sonneneinstrahlung ausgerichtet sind. Darüber hinaus werden die Photovoltaikmodule durch die Wasseroberfläche und den darauf vorherrschenden Luftverhältnissen ohne weiteren technischen Aufwand ständig gekühlt, so dass das an sich bekannte technische Problem, dass mit zunehmender Erwärmung der Photovoltaikmodule sich der Wirkungsgrad verringert, auf eine sehr wirtschaftliche Art und Weise gelöst wird.
Bevorzugt weist das Tragsystem zwei oder mehrere in der Länge zueinander parallel versetzte Trägerrahmen auf, die in einem Abstand festgelegt sind, bei dem in Abhängigkeit der Höhe der aufgesetzten Photovoltaikmodule eine Beschattung der Photovoltaikmodule untereinander ausgeschlossen ist. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird gewährleistet, dass unabhängig vom Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung eine gegenseitige Beschattung der Photovoltaikmodule verhindert wird. Folglich können die Photovoltaikmodule stets mit einem annähernd optimalen Wirkungsgrad betrieben werden.
Vorzugsweise besteht der Schwimmkörper aus mindestens zwei Schwimmkörpern, die über die Länge zueinander parallel versetzt auf mindestens zwei Trägerprofilen festgelegt sind. Auf diese Weise kann das Tragsystem sehr stabil und witterungsun abhängig wirtschaftlich auch als großflächiges Tragsystem ausgelegt werden und die natürliche einwirkende Kühlung auf die Photovoltaikmodule über die Wasseroberfläche und den darauf vorherrschenden Luftverhältnissen wird durch die offene konstruktive Auslegung des Unterbaus zusätzlich unterstützt.
Selbstverständlich kann der Unterbau des Tragsystems aus einem Schwimmkörper aus mindestens zwei Schwimmkörpern bestehen, auf die eine Plattform zur Aufnahme des Trägerrahmens unlösbar festgelegt ist oder aus einem einflächig rechteckig geschlossenen Glattdeckschwimmkörper. Die Ausführungsart des Schwimmkörpers als Unterbau ist abhängig von der Größe einer Photovoltaikanlage und der Beschaffenheit des Einsatzortes.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Photovoltaikmodule über einen Befestigungsrahmen lösbar oder unlösbar befestigt sind, der mit dem Trägerrahmen lösbar oder unlösbar verbunden ist. Mit der bevorzugten lösbaren Befestigung der Photovoltaikmodule und des Befestigungsrahmens auf dem Trägerrahmen kann der Winkel α zur Anpassung der Photovoltaikmodule an den territorialen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung über die Auslegung des Befestigungsrahmens ohne einen größeren technischen Aufwand problemlos verändert werden. Aber auch die Installierung der Photovoltaikanlage und notwendige Servicearbeiten können vor Ort ohne größeren Aufwand erfolgen. Allerdings kann es insbesondere bei Photovoltaikanlagen, die auf Wasserflächen installiert werden, die starken wechselnden Windverhältnissen ausgesetzt oder die nicht dauerhaft einer Kontrolle unterzogen werden sollen, von Vorteil sein, wenn sowohl die Befestigung der Befestigungsrahmen und der Photovoltaikmodule sowie die Befestigung der Befestigungsrahmen zu den Trägerrahmen zueinander unlösbar ausgeführt sind.
Bevorzugt bestehen die Schwimmkörper und die weiteren Teile des Tragsystems, die von Wasser bespült werden, aus einem feuerverzinkten oder oberflächenbeschichteten Blechmaterial.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Schwimmkörper aus einem Kunststoff oder schwimmfähigen Beton bestehen und die weiteren Teile des Tragsystems, die von Wasser bespült sind, aus einem feuerverzinkten oder oberflächenbeschichteten oder anderem nicht rostenden Metall bestehen. Die Auswahl der Materialien für die Schwimmkörper und die wasserberührten Teile sowie der weiteren Teile des Tragsystems werden im wesentlichen nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt, die u. a. von der Größe der zu installierenden Photovoltaikanlage und deren Einsatzgebiet abhängig sind.
Bevorzugt sind dabei der Trägerrahmen und der Befestigungsrahmen der Photovoltaikmodule aus Aluminium, um eine elektrolytische Dissoziation zwischen den Metallen des Befestigungsrahmens und des Trägerrahmens auszuschließen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht ein pontonähnlicher Schwimmkörper aus einer geschweißten Blechkonstruktion, der einen Flächenabschnitt zur flächigen Auflage des Trägerrahmens aufweist, der gleich im vorbestimmten Winkel α zur Aufnahme der Photovoltaikmodule verläuft. Mit der geschweißten Blechkonstruktion kann sehr wirtschaftlich der Schwimmkörper mit einer geometrischen Form ausgelegt werden, die eine Eintauchtiefe gewährleistet, bei dem der schwimmende Unterbau unabhängig von Windeinflüssen eine hohe Stabilität des schwimmenden Tragsystems aufweist und gleichzeitig sichergestellt ist, dass bei der maximalen Eintauchtiefe die im Winkel α auf den Schwimmkörpern befestigten Photovoltaikmodule einer verankert installierten und schwimmenden Photovoltaikanlage ohne weitere zusätzliche Maßnahmen stets ausreichend wassergeschützt über der Wasseroberfläche liegen. Darüber hinaus sind derartig ausgebildete Schwimmkörper z. B. mit einem vollautomatisierten Schweißverfahren wirtschaftlich mit wasserdichten Nähten herzustellen. Aber auch der Transport von vorgefertigten und bereits mit Trägerrahmen montierten Schwimmkörpern sowie die Vorortmontage der Photovoltaikanlage wird durch derartig ausgebildete Schwimmkörper wesentlich begünstigt.
Ein Schwimmkörper kann aber auch aus einem geschlossenen Rohrkörper bestehen, der mit Aufnahmeelementen zur lösbaren oder unlösbaren Befestigung der Trägerplatte in einem Winkel α versehen ist, der gleich dem vorbestimmten Winkel α für die Photovoltaikmodule entspricht. Schwimmkörper aus geschlossenen Rohrkörpern werden bevorzugt dann empfohlen, wenn das Tragsystem mit einer begehbaren Plattform zur Aufnahme der Trägerrahmen für die Photovoltaikmodule ausgebildet werden soll, um insbesondere große stationär schwimmend installierte Photovoltaikanlagen für Kontroll- und Servicearbeiten zugänglicher zu machen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.
Die Zeichnung zeigt beispielhaft ein Tragsystem der Photovoltaikanlage, das aus zwei geschweißten pontonähnlichen Schwimmkörpern besteht.
Die Photovoltaikanlage besteht im Wesentlichen aus einem schwimmenden Tragsystem 1, auf dem über Trägerrahmen 3 und Befestigungsrahmen 5 die Photovoltaikmodule 4 befestigt sind.
Das Tragsystem 1 besteht bei der gezeigten Ausführungsform aus einem Schwimmkörper 2, der aus zwei pontonähnlichen Schwimmkörpern 2a, 2x gebildet wird, die in einem Abstand 8 auf den Trägerprofilen 10, 10x festgelegt sind.
Jeder der pontonähnlichen Schwimmkörper 2a, 2x besteht aus einer geschweißten Blechkonstruktion, die bei der bevorzugt gezeigten Ausführungsform beispielsweise einen frei gewählten sechseckigen Querschnitt aufweist. Diese frei gewählte Querschnittsform, die nicht zwingend ist, sich aber für die Stabilität und Eintauchtiefe eines Schwimmkörpers 2–2x als vorteilhaft erwiesen hat, zeigt einen waagerechten Abschnitt 12, der auf den beabstandeten Trägerprofilen 10, 10x festgelegt ist. An diesem waagerechten Abschnitt 12 sind beiderseits leicht nach oben öffnende Abschnitte 13, 14 wasserdicht verschweißt. An dem Abschnitt 13 schließt sich der im Winkel α verlaufende und wasserdicht verschweißte Flächenabschnitt 11 zur Aufnahme des Trägerrahmens 3 an, wobei der Flächenabschnitt 11 mit den Abschnitt 14 über einen winklig verlaufenden und zur Versteifung des Flächenabschnitts 11 dreieckförmig ausgebildeten Abschnitt 15 wiederum wasserdicht verschweißt ist, so dass ein geschlossener pontonähnlicher Schwimmkörper 2a; 2x entsteht.
Der Flächenabschnitt 11 des pontonähnlichen Schwimmkörpers 2a; 2x ist dabei sonnenseitig auf den pontonartigen Schwimmkörper 2a; 2x ausgerichtet und zum waagerechten Abschnitt 12 und damit zur Wasseroberfläche 9 in einen Winkel α gelegt, der gleich den territorialen Einfallswinkel entspricht.
Auf dem Flächenabschnitt 11 ist der Trägerrahmen 3 lösbar oder unlösbar befestigt, auf dem der Befestigungsrahmen 5 befestigt ist. Auf dem Befestigungsrahmen 5 sind die Photovoltaikmodule 4 in bekannter Weise festgelegt und stehen damit über dem Flächenabschnitt 11 zwangsläufig im Winkel α, der dem territorialen Einfallswinkel der Sonne entspricht.
Der Abstand 8 zwischen den Schwimmkörpern 2, 2x bestimmt sich in Abhängigkeit der Höhe 7 der aufzusetzenden Photovoltaikmodule 4 im gewählten Winkel α und dem sich daraus ergebenen Abstand 6 zwischen dem oberen Ende des aufgesetzten Photovoltaikmoduls 4 auf dem pontonähnlichen Schwimmkörper 2a und dem unteren Ende des aufgesetzten Photovoltaikmoduls 4 auf dem pontonähnlichen Schwimmkörpers 2x in der Weise, dass sich die aufgesetzten Photovoltaikmodule 4 der Schwimmkörper 2a und 2x sich nicht gegenseitig beschatten.
Eine auf dem Tragsystem 1 installierte Photovoltaikanlage kann sehr wirtschaftlich hergestellt und vor Ort mit geringem technischen Aufwand montiert werden und kann sowohl auf kommerziell genutzten als auch ungenutzten Wasserflächen oder anderen nicht tragstabilen Untergründen eingesetzt werden.

1: Tragsystem
2, 2x: Schwimmkörper
3: Trägerrahmen
4: Photovoltaikmodule
5: Befestigungsrahmen
6: Abstand Photovoltaikmodule
7: Höhe Photovoltaikmodule
8: Abstand Schwimmkörper
9: Wasseroberfläche
10, 10x: Trägerprofil
11: Flächenabschnitt
12: Abschnitt
13: Abschnitt
14: Abschnitt
15: dreieckförmiger Abschnitt
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006009884 [0003]
- DE 202007012020 [0004]
- DE 202006009100 [0006]

Claims

Tragsystem für eine Photovoltaikanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragsystem (1) einen schwimmfähigen Unterbau aufweist, der aus mindestens einem pontonähnlich ausgebildeten Schwimmkörper (2) besteht, auf dem mindestens ein Trägerrahmen (3) zur Befestigung von Photovoltaikmodulen (4) in einem Winkel α festgelegt ist, der gleich dem entsprechenden territorialen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung angepasst ist.
Tragsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schwimmkörper (2) zwei oder mehrere in der Länge zueinander parallel versetzte Trägerrahmen (3) in einem Abstand (8) festgelegt sind, bei dem in Abhängigkeit der Höhe (7) der aufgesetzten Photovoltaikmodule (4) eine Beschattung der Photovoltaikmodule (4) untereinander ausgeschlossen ist.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (2) aus mindestens zwei Schwimmkörpern (2a–2x) besteht, die über die Länge zueinander parallel versetzt auf mindestens zwei Trägerprofilen (10–10a) festgelegt sind.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (2) aus mindestens zwei Schwimmkörpern (2a–2x) besteht, auf die eine Plattform zur Aufnahme des Trägerahmens (3) unlösbar festgelegt ist.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (2) ein flacher rechteckig geschlossener Glattdeckschwimmkörper ist.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodule (4) über einen Befestigungsrahmen (5) lösbar oder unlösbar befestigt sind, der mit dem Trägerrahmen (3) lösbar oder unlösbar verbunden ist.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Schwimmkörper (2–2x) und die weiteren Teile des Tragsystems (1), die von Wasser bespült sind, aus einem feuerverzinkten oder oberflächenbeschichteten Blechmaterial bestehen.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (2–2x) aus einem Kunststoff oder schwimmfähigem Beton bestehen und die weiteren Teile des Tragsystems (1), die von Wasser bespült sind, aus einem feuerverzinkten oder oberflächenbeschichteten oder anderem nicht rostenden Metall bestehen.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (3) und der Befestigungsrahmen (5) der Photovoltaikmodule (4) aus Aluminium bestehen.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein pontonähnlicher Schwimmkörper (2a–2x) aus einer geschweißten Blechkonstruktion besteht, der einen Flächenabschnitt (11) zur flächigen Auflage des Trägerrahmens (3) aufweist, der gleich im vorbestimmten Winkel α zur Aufnahme der Photovoltaikmodule (4) verläuft.
Tragsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwimmkörper (2a–2x) aus einem geschlossenen Rohrkörper besteht, der mit Aufnahmeelementen zur lösbaren oder unlösbaren Befestigung des Trägerrahmens (3) in einem Winkel α versehen ist, der gleich dem vorbestimmten Winkel α zur Aufnahme der Photovoltaikmodule (4) entspricht.