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Die Erfindung betrifft ein Modul zur Umwandlung von Solarenergie in Elektrizität, das ein Panel mit einer ersten und zweiten Hauptseite umfasst, wobei Mittel zur Umwandlung von Solarenergie auf oder in der ersten Hauptseite des Panels angeordnet sind und das ferner ein Mittel zur Befestigung des Moduls an einem Objekt umfasst.
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In solchen Modulen sind die Mittel zur Umwandlung der Solarenergie eingekapselt, um die Mittel zur Umwandlung der Solarenergie, wie zum Beispiel in Form von kristallinen Solarzellen oder Substraten mit dünnen Licht absorbierenden Schichten, gegen schädliche Umwelteinflüssen zu schützen und die nötigen statischen Anforderungen zur Befestigung des Moduls an einem Objekt, wie an einem Dach oder einer Wand eines Gebäudes oder direkt auf Freiflächen, zu erfüllen.
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Eine erste Art von Solarmodulen, welche im Handel erhältlich sind, umfasst eine Frontschicht, eine Schicht zum Umwandeln von Solarenergie (auch aktive Schicht genannt), eine Klebeschicht und eine rückseitige Kunststofffolie. Diese Art der Schichtstruktur erfüllt noch nicht die statischen Anforderungen und ist so mit einem Metallrahmen ausgestattet, typischerweise aus Aluminium, um die nötige mechanische Stabilität zu schaffen. Aufgrund dieses Metallrahmens wird diese Art von Modul kostspielig.
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Eine zweite Art von Modulen, welche besonders bei Dünnschichtsolarmodulen angewandt wird, umfasst eine vordere Glasschicht, eine dünne Schicht zum Umwandeln von Solarenergie (auch aktive Schicht genannt), eine Klebeschicht und eine rückseitige Glasschicht. Im Gegensatz zur ersten Art der Module ist kein Metallrahmen nötig, da durch die rückseitige Glasplatte die nötige mechanische Stabilität vorgesehen wird. Als Folge davon können kostengünstigere Module angefertigt werden.
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Dennoch zeigt auch diese Art der Module Nachteile. Um das Modul an einem Objekt zu befestigen, werden vier Metallklammern durch Einlegen des Moduls zwischen die zwei Schenkel jeder Klammer in der Kantenregion des Solarmoduls (zwei auf jeder Seite) befestigt. Die Klammern schaffen ferner die Möglichkeit das Modul an einem geeigneten Befestigungsrahmen mit Hilfe von Schrauben zu befestigen.
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Die Benutzung von Klammern in der Technologie ohne Metallrahmen weist jedoch die folgenden Probleme auf. Erstens ist es zur Unterbindung von Korrosionseffekten zwingend erforderlich, dass die Metallklammern elektrisch von dem Modul isoliert sind, was das Design der Klammern schwieriger und somit teuerer macht.
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Zweitens führt die Befestigung des Moduls an vier Punkten zu hohen lokalen mechanischen Spannungen unter statischer Belastung, die zum Beispiel unter windigen Verhältnissen auftreten. Diese lokal beträchtlichen Spannungsspitzen führen zu einer Beschädigung des Moduls. Um diesem negativen Effekt entgegen zu wirken, müssen die Glassplatten, insbesondere die rückseitige Glasschicht eine beträchtliche Dicke haben und gehärtet sein, wie ein so genanntes TVG-Glas mit 6 bis 8 mm Dicke. Dies führt zu einer Erhöhung des Gewichts, was wiederum nicht nur zu höheren Fertigungskosten sondern auch zu einer erschwerten Montage der Module führt.
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Außerdem sind in dem Bereich, in dem die Klammern befestigt werden sollen, keine Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung angeordnet, wodurch sich die Effizienz pro m2 verringert, weil nicht die gesamte Fläche des Panels zur Erzeugung von Elektrizität genutzt werden kann.
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Schließlich hat die Ansammlung von Schmutz, der im Allgemeinen zusammen mit Feuchtigkeit in der Nähe der Klammern, welche geringfügig über die Oberfläche des Solarmoduls herausragen, auftritt, einen negativen Einfluss auf die Nutzungsdauer der Module. Tatsächlich stellt die Kantenregion der Schichtanordnung den schwächsten Bereich der Schichtanordnung dar, da Feuchtigkeit durch die Zwischenschicht eindringen kann und die aktive Schicht durch Korrosion beschädigen kann.
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Es wurde vorgeschlagen einen Klammermechanismus bereitzustellen, bei dem Klammern benutzt werden, die an den Rändern des Panels und auf die Rückseite davon geschraubt werden. Diese Klammern ragen seitlich über den Rand des Panels, so dass das Panel befestigt werden kann. Auch mit dieser Lösung tritt das Problem der Ansammlung von Schmutz und ferner auch eine lokal hohe mechanische Belastung auf. Außerdem machen die herausragenden Teile die Gesamtfläche des Panels größer, was die Transportkosten erhöht. Schließlich erschwert die vorgegebene Position der Klammern die Befestigung der Module an einem Befestigungsrahmen.
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Um diese Anforderungen zu bewältigen, sehen die bekannten Produkte entweder kostspielige Aluminiumrahmen oder dicke Glasschichten mit komplizierten Klammern vor. Schließlich bleibt die Ansammlung von Schmutz ein ungelöstes Problem.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Modul zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität zu schaffen, welches die oben erwähnten Probleme beseitigt, günstiger zu fertigen ist, leichter zu befestigen ist und eine längere Nutzungsdauer hat.
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Dieses Ziel wird mit dem Modul zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität gemäß Anspruch 1 erreicht.
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Dementsprechend umfasst das Modul zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität ein Panel mit einer ersten und einer zweiten Hauptseite, wobei ein Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung auf oder in der ersten Hauptseite angeordnet ist, und ein Mittel zur Befestigung des Moduls an einem Objekt.
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Gemäß den Merkmalen der Erfindung ist das Mittel zur Befestigung des Moduls über der hinteren Hauptseite des Panels und mit Abstand zu den Kanten angeordnet.
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Durch das Vorsehen des Mittels zur Befestigung des Moduls über, insbesondere auf der hinteren Hauptseite des Panels und weg von den Kanten, brauchen keine speziellen Isolationsmittel vorgesehen zu sein, um die Mittel zur Befestigung von den Kantenseitenwänden des Panels zu isolieren, da jeder elektrische Kontakt zwischen den Mitteln zur Befestigung und dem Mittel zur Umwandlung der aktiven Strahlung aufgrund der speziellen geometrischen Anordnung verhindert werden kann, was die Fertigungskosten gering hält. Ferner kann durch das Vorsehen eines Abstands zwischen der Kantenregion des Panels und dem Mittel zur Befestigung Schmutz, welcher sich letztendlich an oder nahe des Mittels zur Befestigung des Moduls ansammeln könnte, nicht die Schwachstelle des Panels, nämlich die Kantenregion erreichen, so dass eine Korrosion der Mittel zur Umwandlung der Solarstrahlung verhindert werden kann, mindestens zu einem großen Teil. Also kann mit dem erfinderischen Modul die Nutzungsdauer des Moduls verbessert werden.
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In diesem Zusammenhang bedeutet ”über”, dass das Mittel zur Befestigung entweder direkt auf der Rückseite des Panels oder auf der Rückseite jeder zusätzlichen Schicht vorgesehen ist, z. B. auf Abstandshaltern oder auf Verstärkungselementen, welche auf der Rückseite des Panels vorgesehen sein können. Ferner bedeutet der Ausdruck ”Abstand”, dass die Mittel zur Befestigung mit einem Abstand zu den Kanten des Panels versehen sind. Außerdem bezieht sich das Vorsehen des Mittels zur Umwandlung der Solarstrahlung auf oder in der vorderen Hauptseite auf eine Anordnung, in der das Mittel zur Umwandlung der Solarstrahlung derart angerodnet ist, dass es von der Solarstrahlung erreicht werden kann.
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Vorzugsweise kann der Abstand zwischen den Kanten und den Mitteln zur Befestigung mindestens 1 cm, vornehmlich mehr als 5 cm, sein. Ansammlung von Schmutz in der Nähe der Kantenregion kann für einen Abstandswert in diesem Wertebereich verhindert werden.
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Gemäß einer Variante kann das Mittel zur Befestigung so aufgebaut seinn, dass wenn von oben betrachtet, sie völlig im Innern der äußeren Abgrenzung des Panels positioniert ist. Daher ist das Mittel zur Befestigung unsichtbar, wenn das Modul befestigt ist.
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Vorzugsweise kann das Mittel zur Befestigung länglich sein und sich vornehmlich über ungefähr 20–95% des Bereichs, insbesondere über 50–90% der größten Abmessung des Panels des Moduls erstrecken. Durch Vorsehen eines Mittels zur Befestigung, das sich über eine große Fläche erstreckt, kann eine hohe Belastungsspannung, die unter windigen Wetterbedingungen auftreten kann, über einen großen Teil des Panels verteilt werden und dadurch eine Beschädigung des Panels verhindert werden.
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Gemäß einer Variante kann das Mittel zur Befestigung länglich sein und sich vornehmlich über einen Bereich von ungefähr 20–95%, insbesondere über 50–90% der kleinsten Abmessung des Panels des Moduls erstrecken. Durch Vorsehen eines Mittels zur Befestigung, das sich über eine große Fläche erstreckt, kann eine hohe Belastungsspannung, die unter windigen Wetterbedingungen auftreten kann, über einen großen Teil des Panels verteilt werden und dadurch eine Beschädigung des Panels verhindert werden.
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Zweckmäßigerweise kann das Mittel zur Befestigung des Moduls an der hinteren Hauptseite des Panels durch Kleben befestigt werden. Kleben hat den Vorteil, dass das Panel selbst nicht beschädigen muss, um die Befestigung auszuführen. Ferner kann der Arbeitsvorgang vollautomatisch durchgeführt werden. Schließlich schafft Kleben eine betriebssichere dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Teilen. Noch mehr bevorzugt wird eine Befestigung durch Kleben, für welche eine elastische Verbindung zwischen den beiden Teilen – Panel und Mittel zur Befestigung – erreicht wird, die Deformationen abschwächen kann.
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Vorzugsweise kann das Mittel zur Befestigung des Moduls mindestens ein Profil umfassen, insbesondere ein U-förmiges Metallprofil oder ein Z-förmiges Metallprofil. Im Falle eines U oder Z-förmigen Profils kann die Fläche eines Schenkels benutzt werden, um die Mittel zur Befestigung des Moduls an dem Panel zu befestigen, und der andere Schenkel kann benutzt werden, um das Modul an dem Objekt zu befestigen, durch z. B. die Benutzung von Klammern, Schrauben usw.
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Das Ziel der Erfindung wird auch mit dem Modul gemäß Anspruch 14 erreicht. Dieses Modul für die Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität umfasst ein Panel mit einer vorderen und hinteren Hauptseite, wobei Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung auf oder in der vorderen Hauptseite angeordnet sind, und ein Mittel zur Befestigung des Moduls an einem Objekt auf der Rückseite des Panels. Das Mittel zur Befestigung des Moduls ist ferner so gestaltet, dass es durch eine Klemmverbindung mit einem Befestigungsbauteil des Objekts eingreift. Dieses Modul kann mit jedem einzelnen der bereits oben beschriebenen Merkmale des Moduls einzeln oder zusammen kombiniert werden.
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Eine Klemmverbindung hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauelemente oder Teile zur Ausführung der Befestigung des Moduls mit dem Befestigungsbauteil erforderlich sind und somit die Befestigung des Moduls erleichtert wird. Die Reibungskräfte zwischen den Mitteln zur Befestigung und den Befestigungsbauteilen reichen aus, um das Modul an Ort und Stelle zu halten.
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Vorzugsweise kann das Mittel zur Befestigung des Moduls so gestaltet werden, dass dieses durch Einrasten in das Befestigungsbauteil eingreift. Ein solches Einrasten verhindert weiter einen unerwünschten Versatz des Moduls bezüglich des Befestigungsbauteils, da zusätzlich zu Reibungskräften auch eine Fromschluß eine Verschiebung verhindern. Das Modul kann so gestaltet sein, dass durch Einrasten in eine oder mehrere Richtungen eine Verschiebung verhindert wird. Vorzugsweise wird die Einrastverbindung so ausgeführt, dass ein Lösen der Verbindung erreicht werden kann.
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Vorzugsweise kann das Mittel zur Befestigung eine Zunge mit einer Nase zum Einrasten in eine dazugehörige Aussparung in dem Befestigungsbauteil umfassen Dies dient ferner der Stabilisierung der Verbindung zwischen dem Modul und dem Befestigungsbauteil. Gemäß einer Variante können die Nase und die Aussparung so gestaltet sein, dass z. B. durch Benutzung einer Kerbe in der Aussparung und einer entsprechenden hakenähnlichen Nase eine unerwünschte Entriegelung verhindert werden kann. Dieses Merkmal kann somit als eine Maßnahme zur Verhinderung von Diebstahl benutzt werden.
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Zweckmäßigerweise kann die Zunge flexibel sein. Dieses Merkmal erleichtert eine Relativbewegung zwischen dem Befestigungsmittel und dem Befestigungsbauteil und ermöglicht eine Entriegelung der Verbindung falls nötig, z. B. zum Ersetzen eines defekten Moduls.
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Die Mittel zur Befestigung können zweckmäßigerweise ein erstes Mittel mit einer ersten Nut aufweisen, insbesondere ein U-förmiges Profil, und ein zweites Mittel mit einer zweiten Nut, insbesondere ein U-förmiges Profil, wobei die erste und zweite Nut in entgegengesetzter Richtung einander gegenüberliegen. In diesem Zusammenhang entspricht die einer Nut zugeschriebene Richtung der Oberflächennormalen der Öffnung der Nuten, die nach außen von der Nut weg von dem entsprechenden Mittel zeigt.
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Vorzugsweise kann mindestens ein Mittel außerdem eine Zunge mit einer Nase umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Panel eine Vorderschicht, eine aktive Schicht und eine rückseitige Schicht, an welcher das Mittel zur Befestigung des Moduls angeordnet ist, umfassen. In diesem Zusammenhang umfasst die aktive Schicht das Mittel zur Umwandlung der Solarenergie, welche beispielsweise in Form dünner Schichten auf die Frontschicht aufgebracht ist. Normalerweise ist eine Klebeschicht zur Befestigung der rückseitigen Schicht an den anderen Schichten vorgesehen. Dennoch könnte die aktive Schicht auch auf der rückseitigen Schicht vorgesehen sein und diese Anordnung wird dann an einer Frontschicht befestigt. Somit kann auch ein Solarmodul, welches einen geschichteten Aufbau ohne einen Metallrahmen aufweist, einfach und ohne die oben beschriebenen negativen Effekte an einem Objekt befestigt werden. Ferner kann das Modul, bei der gleichen Dicke des Aufbaus unter härteren Bedingungen verglichen mit dem oben beschriebenen Verbundmodul benutzt werden, da das Modul gemäß der Erfindung mindestens die doppelte statische Belastung aushalten kann.
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Zweckmäßigerweise kann die vorder- und/oder rückseitige Schicht aus Glas sein, insbesondere ungehärtetes Floatglas und kann eine Dicke von weniger als 5 mm haben, insbesondere weniger als 3,5 mm, im Speziellen weniger als 3 mm oder 3,2 mm. Im Gegensatz zu den auf dem Markt erhältlichen Solarmodulen kann eine dünnere Glasschicht bei gleichen statischen Belastungsbedingungen benutzt werden, weil das Befestigungsmittel auf der Rückseite die mechanischen Anforderungen an das Moduls im Vergleich zu den bei bekannten Bauteilen benutzten Befestigungsklammern mindestens um den Faktor zwei verringert. Mit den geringeren mechanischen Anforderungen wird es sogar möglich Kunststoffplatten oder Folien anstelle der Glasschicht zu benutzen. Dieser Vorteil ist besonders bedeutend für Standardmodule mit einer Größe von 1100 mm·1300 mm, da die Gewichtsreduzierung beträchtlich ist.
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Das Ziel der Erfindung wird auch mit dem Befestigungsbauteil zur Aufnahme eines Moduls zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität, wie oben beschrieben, erreicht. Dieses Befestigungsbauteil umfasst ein Profil mit einer Nut zur Aufnahme des Mittels zur Befestigung des Moduls von dem Modul zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität. In der Ausführungsform, in der eine Klemmrverbindung zwischen dem Befestigungsbauteil und dem Solarmodul realisiert wird, erlaubt das speziell angepasste Profil des Befestigungsbauteils eine sicherere und einfache Befestigung des Moduls auf dem Befestigungsbauteil des Objekts ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Mitteln, wie Bolzen usw.
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Zweckmäßigerweise weist das Profil eine Nut auf, welche so gestaltet ist, dass sie mindestens teilweise die Nase der Zunge des Mittels zur Befestigung des Moduls aufnimmt. In dieser Bauform ist eine Schnappverbindung (click-in) ausgeführt, welche einen relativen Abstand des Moduls bezüglich des Befestigungsbauteils mindestens entlang einer Richtung vermeidet.
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Vorzugsweise kann das Befestigungsbauteil ein erstes Befestigungsmittel mit einer ersten Befestigungsnut und ein zweites Befestigungsmittel mit einer zweiten Befestigungsnut beinhalten, insbesondere U-förmige Profile, wobei die erste und die zweite Befestigungsnut in Gegenrichtung gegenüberliegen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Kombination, welche mindestens ein Modul, wie oben beschrieben, sowie mindestens ein Befestigungsbauteil, wie oben beschrieben, umfasst, wobei sich das Mittel zur Befestigung mindestens eines Moduls in Klemmverbindung mit dem Befestigungsbauteil befindet. Die Klemmverbindung ermöglicht eine betriebssichere und einfache Verbindung zwischen dem Modul und dem Befestigungsbauteil ohne zusätzliche Befestigungsmittel und kann gleichzeitig so gestaltet sein, dass die Verbindung lösbar ist, falls zum Beispiel ein beschädigtes Modul ausgetauscht werden muss.
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Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Klemmverbindung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Mittels zur Befestigung. Somit sind Kräfte, welche durch die Verbindung übertragen werden, über eine große Fläche verteilt und hohe Spannungsniveaus auf dem Panel können so verhindert werden.
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Beschrieben wird ein Verfahren zur Befestigung eines wie oben beschriebenen Moduls auf einem wie oben beschriebenen Befestigungsbauteil, welches folgende Schritte umfasst: Vorsehen des Befestigungsbauteils, Vorsehen des Moduls und mechanisches Einrasten der Mittel zur Befestigung des Moduls mit dem Befestigungsbauteil unter Benutzung einer Klemmverbindung. Dieses Verfahren ist leicht auszuführen, weil keine weiteren Werkzeuge zwingend erforderlich sind.
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Vorzugsweise kann das Mittel zur Befestigung ein erstes Mittel mit einer ersten Nut, insbesondere ein u-förmiges Profil und ein zweites Mittel mit einer zweiten Nut, insbesondere ein u-förmiges Profil umfassen, wobei die erste und zweite Nut in Gegenrichtung gegenüberliegen und das Befestigungsbauteil ein erstes Befestigungsmittel mit einer ersten Befestigungsnut und ein zweites Befestigungsmittel mit einer zweiten Befestigungsnut, insbesondere u-förmige Profile, umfasst wobei die erste und zweite Befestigungsnut in Gegenrichtung gegenüberliegen, wobei der letzte Schritt umfasst: Einführen eines unteren Schenkels des zweiten Befestigungsmittels in die erste Befestigungsnut, dann Einführen eines unteren Schenkels des ersten Befestigungsmittels in die zweite Befestigungsnut, insbesondere durch Schieben, während der untere Schenkel des zweiten Befestigungsmittels in der ersten Befestigungsnut bleibt.
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Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiter einen Schritt des Einrastens einer Nase am unteren Schenkel des ersten Befestigungsmittels in eine entsprechende Aussparung des ersten Befestigungsmittels umfassen.
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Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung werden detailliert in Kombination mit den beigefügten Figuren beschrieben.
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1 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht eines Moduls zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2a veranschaulicht das Modul zur Umwandlung von Solarstrahlung gemäß der ersten Ausführungsform, befestigt an einem Befestigungsbauteil, dabei eine zweite Ausführungsform bildend,
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2b ist ein teilweises seitliches Schnittbild des an dem Befestigungsbauteil befestigten Moduls,
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3a veranschaulicht ein teilweises seitliches Schnittbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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3b veranschaulicht die dritte Ausführungsform in einem montierten Zustand,
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4a veranschaulicht ein teilweises seitliches Schnittbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung bei einem ersten Befestigungsschritt,
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4b veranschaulicht die vierte Ausführungsform während eines zweiten Befestigungsschrittes, und
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4c veranschaulicht die vierte Ausführungsform in einem befestigten Zustand, und
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5 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform der Erfindung.
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6a–6d veranschaulichen eine achte Ausführungsform der Erfindung.
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1 veranschaulicht ein Modul 1 zur Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität gemäß der Erfindung. Das Modul 1 umfasst ein Panel 3 mit einer vorderen Hauptseite 5 und einer hinteren Hauptseite 7. Das Panel 3 selbst umfasst mehrere Schichten mit einer Frontschicht 9, einer aktiven Schicht 11, einem Mittel zur Umwandlung von Solarenergie, und einer rückseitigen Schicht 13. In dieser Ausführungsform sind sowohl die Frontschicht 9 als auch die rückseitige Schicht 13 aus Glas. Die aktive Schicht ist in dieser Ausführungsform eine dünne auf der vorderen Glasschicht 9 abgeschiedene Schicht. Die rückseitige Schicht 13 ist an der aktiven Schicht 11 durch eine Klebeschicht befestigt. Die Erfindung ist dennoch nicht auf Dünnschichtsolarmodule beschränkt. Außerdem ist ein Mittel 15 zur Befestigung des Moduls 1 an einem Objekt (nicht gezeigt) an der Rückseite 7 des Panels 3 befestigt.
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Das Panel 3 ist in dieser Ausführungsform rechteckig, dennoch sind andere Formen oder gar gekrümmte Flächen möglich. Panel 3 bildet ein Standard-Panel mit einer Fläche von 1100 mm·1300 mm.
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In dieser Ausführungsform ist das Mittel 15 zur Befestigung des Moduls 1 an die hintere Hauptseite 7 des Panels 3 geklebt. Kleben garantiert eine einfache aber betriebssichere Verbindung mit der Rückseite des Panels 3 und seine Umsetzung in einen Fertigungsprozess ist einfach zu realisieren.
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Das Mittel 15 zur Befestigung des Moduls dieser Ausführungsform ist ein längliches Metallprofil in U-Form. Anstatt der U-Form können andere geeignete Profilformen verwendet werden, wie beispielsweise eine Z-Form usw. Die Schenkel des U-förmigen Profils haben hier die gleiche Länge, was aber nicht zwingend notwendig ist. 1 veranschaulicht das Vorhandensein nur eines aus einem Stück hergestellten Metallprofils. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die Verwendung nur eines Profils 15 auf der hinteren Hauptseite des Panels 3 beschränkt, sondern es können abhängig von den Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität zwei oder mehrere Profile parallel oder nicht parallel angeordnet auf der Rückseite 7 des Panels 3 vorgesehen sein. Ferner zeigt 1 ein aus einem Stück hergestelltes Profil, stattdessen kann das Mittel 15 zur Befestigung auch aus einer Vielzahl in einer Reihe angeordneter kürzerer Profile hergestellt sein, um beispielsweise Luft oder Wasser Durchlass zu gewähren. Alternativ können Aussparungen in dem Profil vorgesehen werden, um den gleichen Effekt zu erreichen.
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Das Metallprofil 15 ist vorzugsweise hauptsächlich parallel zu einer der Kanten 17a–17d des Panels 3 angeordnet, hier entlang der längeren Seite A (Kante 17b, 17d). Es könnte natürlich auch parallel bezüglich der kurzen Seite B (Kante, 17a, 17c) des Panels 3 angeordnet sein. Andere Geometrien sind auch ohne Einschränkung der Anwendung möglich, wie beispielsweise schräg bezüglich der Kanten 17a–17d liegend.
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Gemäß der Erfindung ist das Mittel zur Befestigung des Moduls 15 an der Rückseite 7 des Panels 3 befestigt, so dass sie mit einem Anstand d von den Kanten 17a–17d entfernt angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Abstand „d” bezüglich jeder der Kanten 17a–17d des Panels 3 mindestens 1 cm.
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Vorzugsweise erstreckt sich das Mittel 15 zur Befestigung des Moduls über mindestens 20% bis etwa 95% entweder der Länge ”A” oder Breite ”B” des Panels 3 abhängig davon, ob das Profil parallel zu der Länge ”A” oder parallel zu der Länge ”B” angeordnet ist.
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2A zeigt Modul 1 auf einem Befestigungsbauteil 21 montiert, welches wiederum an einem Dach oder einer Wand eines Objekts befestigt sein kann, beispielsweise an einem Haus oder Bauwerk oder unmittelbar an einem freistehenden Rahmen, welcher nicht in 2A gezeigt ist. Das Befestigungsbauteil umfasst einen Satz von Profilen 21a und 21b, welche im Wesentlichen parallel angeordnet sind und eine Auflagefläche für Modul 1 bilden.
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2B ist ein teilweises seitliches Schnittbild von 2A, welches die Ausführung der Befestigung mit einem Mittel zur Befestigung 15 gemäß der Erfindung an dem Befestigungsbauteil 21 zeigt. Das Modul 1 wird tatsächlich durch das mindestens teilweise Einbringen des Profils 21a des Befestigungsbauteils 21 in die Aussparung 23 des U-förmigen Profils des Mittels zur Befestigung 15, welche eine Nut ausbildet, an Ort und Stelle gehalten.
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Gemäß einer Variante der Ausführungsform, kann der Querschnitt des Profils 21a so gewählt werden, dass die Reibungskräfte zwischen dem Profil 21a und dem Mittel zur Befestigung 15 ausreichend sind, um eine ungewollte relative Verschiebung des Panels 3 zu verhindern, um dadurch eine Klemmverbindung zu erreichen. Gemäß einer anderen Variante kann die Kontaktfläche zwischen dem Profil 21a und dem Mittel zur Befestigung 15 so gewählt werden, dass eine Verschiebung senkrecht zur Zeichenebene dennoch möglich ist, welche die Ausrichtung des Panels 3 bezüglich zusätzlicher bereits vorhandener Panels vereinfachen würde.
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Die Kombination von Modul 1 und Befestigungsbauteil 21 bildet eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Um eine relative Verschiebung zwischen Modul 1 und dem Befestigungsbauteil 21 zu verhindern können weitere Sicherungsmittel, wie Bolzen oder irgendwelche anderen Arretierungsmittel zusätzlich vorgesehen werden.
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Mit einem Modul 1 gemäß der Erfindung können die folgenden Vorteile bezüglich Modulen nach dem bisherigen Stand der Technik, wie oben beschrieben, erreicht werden.
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Aufgrund der Tatsache, dass das Mittel 15 zur Befestigung des Moduls nur auf der Rückseite 7 von Panel 3 angebracht ist und ferner räumlich von den Kanten 17a–17d des Panels 3 entfernt ist, kann kein Schmutz, Schnee, usw., welcher sich in der Übergangsregion zwischen dem Panel und dem Mittel zur Befestigung ansammeln kann, die Kantenregion 17a–17d des Panels erreichen, welche die Schwachstellen eines solchen Laminats ausmachen. So wird das Eindringen von Wasser oder anderen schädigenden Stoffen, welche an den Übergangsstellen der Panels 3 eindringen und das Mittel zur Umwandlung von Solarstrahlung durch Korrosion verschlechtern oder zerstören können, in das Laminat verhindert.
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Zusätzlich kann durch das Vorsehen eines länglichen Profils 15 eine Verbindung mit einem Objekt über eine große Fläche erreicht werden, so dass Belastungen, welche beispielsweise während schlechten Wetterbedingungen mit starkem Wind auftreten können, nicht zu übermäßigen Belastungsspitzen an begrenzten Stellen des Panels führen, wie beispielsweise bei Modulen nach dem bisherigen Stand der Technik, bei denen zum Befestigen Klammern an den Kanten benutzt wurden. So können die statischen Anforderungen verringert werden, so dass dünnere vordere und/oder rückseitige Schichten in den Modulen verwendet werden können, welche die Module billiger machen und ihr Gewicht reduzieren. So werden gemäß einer Variante der Ausführungsform der Erfindung Glasschichten mit weniger als 5 mm, insbesondere mit weniger als 3,5 mm und im Speziellen aus 3,2 mm oder 3 mm dickem gewöhnlichem Floatglas benutzt.
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Schließlich sind durch die Anordnung des Mittels zur Befestigung 15 nur auf der Rückseite keine besonderen Maßnahmen zur elektrischen Isolierung des Mittels zur Befestigung 15 von der Kantenregion 17a bis 17d erforderlich, die bei den bekannten Befestigungsverfahren unter Benutzung von Klammern, welche an den Kanten eines Moduls angeordnet werden müssen, zwingend erforderlich sind.
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3a und 3b zeigen eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung. Merkmale mit bereits für die Beschreibung der ersten Ausführungsform benutzten Bezugszeichen werden nicht nochmals ausführlich erklärt, aber ihre Beschreibung ist hiermit durch Verweis mit aufgenommen.
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Die linke Seite von 3a zeigt ein teilweises Schnittbild von Panel 31 mit einer zweiten Art eines Mittels zur Befestigung 33 des Moduls, welches z. B. durch Kleben an einem Panel 3 befestigt ist, vergleichbar mit der Darstellung in 2a. Der Unterschied zwischen dem Mittel zur Befestigung 33 und dem Mittel zur Befestigung 15 der ersten Ausführungsform, ist, dass der untere Schenkel 35 des U-förmigen Profils flexibel ist, wie durch die Pfeile angedeutet wird und eine Zunge mit einer Nase 37 in Richtung des freien Endes 41 des unteren Schenkels 35 bildet. Die Nase 37 ist in dieser Ausführungsform in Richtung des ersten Schenkels 39 des Profils gerichtet.
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Die Nase 37 kann sich über die gesamte Länge des unteren Schenkels 35 in senkrechter Richtung zur Zeichenebene erstrecken oder kann nur in einer oder mehreren Positionen entlang des unteren Schenkels 37 vorhanden sein. Ferner zeigt 3a die Nase 37 an dem Endpunkt 41, jedoch kann die Nase 37 auch in einem bestimmten Abstand bezüglich des Endpunkts 41 angeordnet sein. Außerdem kann der untere Schenkel 35 länger oder kürzer verglichen mit dem oberen Schenkel 39 sein. Die Nase 37 und das Profil des Mittels zur Befestigung 33 sind hier aus dem gleichen Werkstück gefertigt. Dennoch kann die Nase 37 auch ein separates Teil aus einem anderen Material und an dem unteren Schenkel 35 befestigt sein.
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Die rechte Seite von 3a zeigt den Querschnitt eines Profis 43 eines Befestigungsbauteils, wie in 2a gezeigt, welches die gleichen Eigenschaften wie Profil 21a, 21b aufweist mit dem Unterschied, dass das Profil 43 einen ausgesparten Teil 45 der Form aufweist, welche geeignet ist, wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, die Nase 37 des Befestigungsmittels 33 aufzunehmen. Der ausgesparte Teil 45 kann über der gesamten Länge des Profils angeordnet sein und somit eine Nut bilden.
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Ferner weist das Profil 43 abgeschrägte Teilbereiche 47 und 49 auf der Seite des Profils auf, welches in die Aussparung 51 des U-förmigen Profils 33 eindringt.
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Die Nase 37 und der ausgesparte Teil 45 sind so angeordnet, dass wenn das Modul 1 auf dem Befestigungsbauteil angebaut wird, eine Einrastverbindung zwischen dem Mittel zur Befestigung 33 und dem Profil 43 des Befestigungsbauteils erreicht werden kann. Diese Situation ist in 3b gezeigt.
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Die abgeschrägten Teilbereiche 47 und 49 dienen der Vereinfachung des Biegens des unteren Schenkels 35, so dass wenn sich das Modul 1 und das Befestigungsbauteil annähern, die Nase 37 aus dem Weg des Profils 43 bewegt werden kann, so dass die gewünschte Klemm- und Schnappverbindung zwischen den beiden erreicht wird.
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Auf diese Weise wird eine Verbindung zwischen den zwei Elementen erreicht, welche das Modul 1 sicher an der Stelle arretiert, aber welche falls nötig durch Herunterbiegen des unteren Schenkels 35 gelöst werden kann. Um ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung zu verhindern, können zusätzliche Befestigungs- oder Sicherungsmittel, wie bei der ersten Ausführungsform erwähnt, verwendet werden. Um Diebstahl vorzubeugen, kann die Aussparung 45 gemäß einer Variante dieser Ausführungsform einen vertieften Bereich und die Nase 37 eine hakenähnliche Form haben. In diesem Fall ist es schwieriger die Verbindung zu lösen.
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Mit dem Modul gemäß der dritten Ausführungsform und dem Befestigungsbauteil und ihrer Kombination können die gleichen vorteilhaften Effekte wie für die erste und zweite Ausführungsform erreicht werden.
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4a bis 4c zeigt ein Schnittbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Merkmale mit bereits für die Beschreibung der ersten bis dritten Ausführungsform benutzten Bezugszeichen werden nicht nochmals ausführlich erklärt, aber ihre Beschreibung ist hiermit durch Verweis mit aufgenommen. Das Solarmodul 51 umfasst ein Panel 3 und zwei an ihrer Rückseite 7 befestigte parallel angeordnete U-förmige Profile 53 und 55, welche die Funktion des Mittels zur Befestigung haben. Das linke Profil 53 hat die Form des Mittels zur Befestigung 33 der zweiten Ausführungsform mit einer Nase 57 an dem unteren Schenkel und in Richtung des oberen Schenkels gerichtet. Das rechte Profil 55 hat die Form des Mittels zur Befestigung 15 der ersten Ausführungsform. Ferner stehen sich der Boden 59 und der Boden 61 der U-förmigen Profile 53 und 55 gegenüber, so dass die Aussparungen 63 und 65 in Gegenrichtung zueinander stehen und nicht gegenüber stehen – die Aussparungen zeigen also nach außen.
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Mit dieser Anordnung ist ein einfacher aber sicherer Anbau an einen Rahmen des Befestigungsbauteils 71 möglich, das ein erstes und zweites Befestigungsprofil 73 und 75 umfasst. Wie die Profile 53 und 55 sind auch die Befestigungsprofile 73 und 75 U-förmig, und Profil 73 umfasst ferner einen ausgesparten Teil 77 an dem oberen Schenkel 79, welcher zu der Nase 57 des Profils 53 passt. Im Gegensatz zu den Profilen 53 und 55, stehen bei den Befestigungsprofilen 73 und 75 des Befestigungsbauteils 71 die Aussparungen 81 und 83 gegenüber – die Öffnungen zeigen also nach innen.
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Um das Modul 51 an den Befestigungsprofilen 73 und 75 des Befestigungsbauteils 71 zu befestigen, wird als erstes der untere Schenkel 85 des rechten U-Profils 55 in die Aussparung 83 des Befestigungsprofils 75 eingeführt. Um die Einführung des unteren Schenkels 85 zu vereinfachen, sind die Breiten a, a' der Basis 61 und der Basis 87 des Befestigungsprofils 75 im Innern der Aussparungen 65 und 83 größer als die der unteren Schenkel 75 und 85, so dass die Einführung unter einem Winkel α erreicht werden kann (siehe 4a).
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Dann wird Modul 51 unten gewinkelt und der untere Schenkel 87 des Profils 53 kommt auf dem unteren Schenkel 89 des linken Befestigungsprofils 73 zum Liegen. Dies wird erreicht, da in dieser Ausführungsform der untere Schenkel 89 des Befestigungsprofils 73 länger ist als der obere Schenkel 91. Ferner ist der Abstand zwischen den Profilen 53 und 55 einerseits und den Befestigungsprofilen 73 und 75 so, dass der untere Schenkel 85 des rechten Profils 55 noch in der Aussparung 83 des Befestigungsprofils 75 positioniert ist, wie in 4b gezeigt. Nun ist ein Gleiten des Moduls 51 auf den oberen Flächen der unteren Schenkel 89 und 75 noch möglich. Eine Verschiebung senkrecht zur Zeichnungsebene würde ein Ausrichten des Moduls 51 bezüglich der bereits montierten Module erlauben (siehe 2a) und eine Verschiebung in der Ebene, unterstützt durch die Gravitationskraft, erlaubt eine Befestigung des Moduls 51 durch Einklinken der Nase 57 in die Aussparung 77, um eine weitere Verschiebung in dieser Richtung zu verhindern. Diese Situation ist in 4c gezeigt. Die Verbindung zwischen dem linken Befestigungsprofil 73 und dem linken Profil 53 basiert vorzugsweise auf Reibungskräften zwischen den Schenkeln der U-förmigen Profile und eines Formschlusses aufgrund des Einrastens. Auf der rechten Seite ist der untere Schenkel 85 des Profils 55 noch in der Aussparung 83 des rechten Befestigungsprofils 75 positioniert. Das verhindert ein Kippen des Panels 3.
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Natürlich kann die Position der Profile 53 und 55, sowie die Position der Befestigungsprofile 73 und 75 ausgetauscht werden. In diesem Fall würde man das Panel 51 gegen die Gravitationskräfte bewegen müssen, um es in die Aussparung 77 einrasten zu lassen.
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Modul 51 und das Befestigungsbauteil 71 bilden die fünfte Ausführungsform der Erfindung. Die vierte und fünfte Ausführungsform haben all die vorher beschriebenen Vorteile bezüglich der Ausführungsformen 1 bis 3 gemeinsam. Es ist ferner wichtig zu erwähnen, dass die Vorteile der Klemmverbindung und oder der Klickverbindung (snap-in) auch mit Modulen erreicht werden können, bei denen das Mittel zur Befestigung sich ohne Abstand zu den Kanten über die Rückseite erstreckt. Dennoch bleibt in diesem Fall das Problem der Schmutzansammlung.
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5 zeigt ein Modul 101 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Der einzige Unterschied bezüglich des Moduls 51 der vierten Ausführungsform ist, dass die Position der Profile 51 und 53 umgekehrt ist. Nun stehen sich die Aussparungen (Nuten) 65 und 63 gegenüber, sind aber noch in Gegenrichtung (wie durch Pfeile angedeutet). Dementsprechend umfasst das Befestigungsbauteil 103 auch die Befestigungsprofile 73 und 75, wie in 4a und 4c gezeigt, jedoch auch mit umgekehrten Positionen. Der Abstand zwischen den beiden Befestigungsprofilen 73 und 75 ist auch verkleinert, um die Änderung der Richtung der Öffnungen der Aussparungen 65 und 63 zu berücksichtigen.
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Die Kombination des Moduls 101 und des Befestigungsbauteils 103 bilden eine siebte Ausführungsform.
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6a zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht der Rückseite eines Solarmoduls 201 gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung. Wiederum werden Merkmale mit bereits für die Beschreibung der ersten bis siebten Ausführungsform benutzten Kennziffern nicht nochmals ausführlich erklärt, aber ihre Beschreibung ist hiermit durch Verweis mit aufgenommen.
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Das Solarmodul 201 umfasst ein Panel 3 und zwei an ihrer Rückseite 7 befestigte stabförmige Elemente 203, 205, welche die Funktion des Mittels zur Befestigung gemäß der Erfindung haben. Die zwei stabförmigen Elemente 203, 205 sind vorzugsweise parallel angeordnet. In der oberen linken und rechten Kantenregion des Panels 3 sind ferner elektrische Anschlüsse 207, 209 vorgesehen. Die zwei Endbereiche 203a, 203b und 205a, 205b von jedem der stabförmigen Elemente 203, 205 haben jeweils einen überstehenden Teil, so dass eine Aussparung 203c, 203d und 205c, 205d bezüglich der Kanten 17d, 17b des Panels 3 zwischen den Zungen und der Rückseite 7 des Panels 3 gebildet wird. Vorzugsweise sind die Endbereiche 203a, 203b, 205a, 205b der Zungen bündig mit den Kanten 17d, 17b des Panels 3 ausgerichtet.
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Die Erfindung ist nicht auf das Vorhandensein von zwei stabförmigen Elementen 203, 205 als Mittel zur Befestigung beschränkt. Mehr als zwei stabförmige Elemente können ebenso vorgesehen sein, oder nur ein vorzugsweise zentral angeordnetes stabförmiges Element kann ausreichen, um eine ordnungsgemäße Befestigung des Moduls 201 an einem Befestigungsbauteil zu gewährleisten. Im Fall eines einzelnen stabförmigen Elements ist die Querausdehnung des Stabs vorzugsweise größer verglichen mit der Ausführungsform, welche in 6a gezeigt ist.
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So wie in der vierten Ausführungsform liegen die Aussparungen 203c, 203d des stabförmigen Elements 203, genau wie die Aussparungen 205a, 205b des stabförmigen Elements 205 in Gegenrichtung, nämlich nach außen in Richtung der Kanten 17b und 17d des Panels 3 zeigend. Der Unterschied bezüglich der vierten Ausführungsform ist, dass sich die stabförmigen Elemente 203, 205 von einer Seite 17b bis zur anderen Seite 17d erstrecken, wo die Befestigung bezüglich eines Befestigungsbauteils (siehe weiter unten) erfolgen wird.
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Also sind sie verglichen mit der Anordnung von U-förmigen Profilen 53, 55 der vierten Ausführungsform (siehe 4a) um 90° gedreht.
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Gemäß einer Variante kann mindestens eine Zunge an den Endpunkten 203a, 203b und 205a, 205b der stabförmigen Elemente 203, 205 mit einer Nase, ähnlich zur in 4a–4c gezeigten Nase 57 ausgestattet sein.
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Mit der in 6 gezeigten Anordnung kann wie in Ausführungsform 4 eine einfache aber betriebssichere Befestigung an einem Rahmen eines Befestigungsbauteils 211, das erste und zweite Befestigungsprofile 213, 215 umfasst, erreicht werden.
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Während für die achte Ausführungsform das gleiche Befestigungsprofil 73, 75, wie in der vierten Ausführungsform (4a–4c) gezeigt, zur Befestigung des Moduls 201 verwendet werden könnten, ist das in 6b gezeigte Befestigungsbauteil 211 nicht nur zur Aufnahme eines Moduls 201 ausgebildet, welches in eine erste Aussparung 217 des Befestigungsprofils 215 eingeführt werden kann, sondern umfasst auch einen zweiten ausgesparten Teil 219 zur Aufnahme eines zweiten Moduls 220 neben dem Modul 201. Das zweite Befestigungsprofil 213 hat den gleichen Aufbau, mit einer ersten Aussparung 221 (zur Aufnahme eines dritten Moduls), die der Aussparung 217 entspricht, und einer zweiten Aussparung 223 (zur Aufnahme von Modul 201), vergleichbar mit Aussparung 219. Wie in 6b gezeigt, haben die unteren Schenkel 225, 227 des Befestigungsprofils 213 in dieser Schnittzeichnung vorzugsweise die gleiche Länge (L1) und dienen als eine Auflagefläche, während die Länge (L2) des oberen Schenkels 229 der zweiten Aussparung 223 kürzer ist, als die des oberen Schenkels 231 (L3) der ersten Aussparung 221. In dieser Ausführungsform erfüllen L1, L2 und L3 das Folgende: L2 < L3 < L1.
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Gemäß einer Variante und wie in der Ausführungsform in 4a–4c gezeigt, kann das Befestigungsprofil 213, 215 ausgesparte Teile vergleichbar mit den ausgesparten Teil 77 an dem oberen Schenkel 79 des in der vierten Ausführungsform gezeigten Befestigungsprofils umfassen.
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Um das Modul 201 an den Befestigungsprofilen 213, 215 des Befestigungsbauteils 211 zu befestigen, wird zuerst die obere Zunge 203b des stabförmigen Elements 203 in die Aussparung 217 des Befestigungsprofils 215 eingeführt. Aufgrund der Tatsache, dass der untere Schenkel 225 länger als der obere Schenkel 231 ist (siehe auch Beschreibung des Befestigungsprofils 213 oben), ist die Ausrichtung und die Einführung der Zunge 203b bezüglich der Aussparung 217 vereinfacht. Die Einführung der Zunge 203b in die Aussparung 217 könnte gemäß einer Variante weiter durch eine flexible Anordnung des oberen Schenkels 231 bezüglich der den unteren Schenkel 225 bildenden Auflagefläche vereinfacht werden. Zusätzlich ist wie in der vierten Ausführungsform die Breite w1 der Aussparung größer als die Breite w2 der Aussparung 217 in dem Befestigungsprofil 215.
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Wie in 6c gezeigt, wird das Modul 201 dann nach unten gewinkelt und die linke Zunge 203a des stabförmigen Elements 203 kommt auf dem tragenden unteren Schenkel 227 des unteren Befestigungsprofils 213 zum Liegen. Dies wird durch die Tatsache ermöglicht, dass der tragende untere Schenkel 227 länger als der obere Schenkel 229 ist. Die obere Zunge 203b ist jetzt, vorzugsweise vollständig, in die Aussparung 217 des oberen Befestigungsprofils 215 eingeführt.
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Ein Gleiten des Moduls 201 auf den oberen Flächen der tragenden Schenkel 227 der ersten und zweiten Befestigungsprofile 213, 215 führt zu der Einführung der unteren Zunge 203a in die Aussparung 223 des unteren Befestigungsprofils 213, wie in 6d gezeigt. Gleichzeitig ist die obere Zunge 203b nach wie vor innerhalb der Aussparung 217 des oberen Profils 215 positioniert, wie in der in 4a–4c gezeigten Ausführungsform. Modul 201 ist jetzt in dem Befestigungsbauteil 211 befestigt.
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Gemäß bereits oben beschriebenen Varianten kann die Klemmverbindung zwischen dem Modul 201 und dem Befestigungsbauteil 211 durch das Einrasten von Nasen in dazugehörige Aussparungen und/oder eine Befestigung durch z. B. Schrauben und Muttern verbessert werden. Wie in 6d gezeigt, kann nach der Positionierung von Modul 201 ein ähnliches Modul 301 auf der Auflagefläche des unteren Schenkels 225 des unteren Befestigungsprofils 213 platziert werden, was den Vorteil dieser Ausführungsform zeigt, nämlich dass zwei Module auf einem Befestigungsbauteil aufliegen können.
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Die Kombination von Modul 201 und Befestigungsbauteil 211 bilden eine neunte Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen 1 bis 9 können frei kombiniert werden, um weitere vorteilhafte Varianten gemäß der Erfindung zu erhalten.
