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Die
Erfindung betrifft eine Aufständerung
für Solarmodule,
insbesondere von in Rahmen gefassten Solarmodulen, wobei die unterschiedliche
Höhe aufweisenden
Längsträger und
die mit diesen verbundenen Querrippen aus gekanteten Blechelementen
bestehen.
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Derartige
Aufständerungen
für Solarmodule sind
bekannt. Bei der bekannten Aufständerung
sind die Längsträger teilweise
als Wannen ausgebildet, die an ihrer Innenseite senkrecht stehenden
Trägerteile
für die
Auflage der Solarmodule aufweisen, die miteinander durch Nieten
verbunden sind. Die unterschiedliche Höhe aufweisenden Längsträger (der vordere
Längsträger ist
niedriger als der hintere Längsträger, durch
die unterschiedlichen Höhen
der Längsträger wird
der Neigungswinkel der Solarmodule bestimmt) sind über Querrippen
miteinander verbunden. Für
die Verbindung sind an der unteren Seite der Querrippen Pratzen
angeordnet, die in Aussparungen der als Wannen ausgebildeten Längsträger eingreifen.
Die Querrippen werden dadurch in einer senkrechten Lage gehalten
und anschließend
mit den Trägerteilen
und den Wannenrändern
mittels Nieten verbunden. Die Querrippen weisen auf der zu den Solarmodulen
zeigenden Seite ebenfalls eine Auflagefläche für die Solarmodule wie die Trägerteile auf.
Das Solarmodul mit evtl. Rahmen wird über Verbindungsmittel an diesen
Auflageflächen
gehalten. Die bekannte Aufständerung
hat sich bewährt
gleichwohl ist die Montage und Fertigung zeit- und materialaufwändig. Da
der Materialaufwand relativ groß ist kann
es zu Belastungsproblemen bei Flachdächern kommen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine gewichtsparende Aufständerung zu schaffen die insbesondere
für in
Aluminiumrahmen gefasste Solarmodule geeignet ist. Sie soll einfach
und schnell montierbar sein. Die beiden Längsträger sollen in einem Abstand
zueinander angeordnet sein, dass auch bei einer zusätzlichen
Belastung, z. B. bei einer Schneelast, sichergestellt bleibt, dass
auf das Solarmodul keine Belastungsmomente ausgeübt werden die zu zusätzlichen
Belastungen der Solarmodule führen. Weiterhin
muss die Aufständerung
je nach Bedarf, die Anordnung von zusätzlichen Sogsicherungen ermöglichen.
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Die
Lösung
der Aufgabe besteht darin, dass die Längsträger mit den als Soghalter ausgebildeten Querrippen
ausschließlich über Nietverbindungen miteinander
verbunden sind und der vordere und hintere, einteilig ausgebildete
Längsträger zur
Abstützung
der gefassten Solarmodule in einem Abstand zueinander angeordnet
sind, so dass für
die Flächenbelastung
des Solarmoduls gilt, das Feldmoment ist etwa gleich groß wie das
Kragmoment.
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Durch
die nach innen verschobenen Längsträger ergibt
sich eine Reduzierung des Materialaufwandes und damit eine Gewichtseinsparung;
zum anderen heben sich die beiden auf das Solarmodul wirkenden Momente
(Feldmoment und Kragmoment) bei richtiger Wahl des Abstandes zwischen
den beiden Längsträgern auf,
so dass auf das biegeempfindliche Solarmodul nahezu keine Kräfte einwirken; auch
dann nicht wenn das Solarmodul durch zusätzliche gleiche Belastungen
(z. B. Schneelast) weiter belastet wird.
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Die
Ausbildung der Unterkanten von auf dem Dach aufliegenden Längsträgern und
der Querrippen als Wannenkörper
dient dem Schutz der Dachhaut und der Reduzierung der punktuellen
Last auf das Dach.
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Die
Durchbrechungen im Wannenkörperboden
dienen der Befestigung der Längsträger und Querträger auf
der Dachfläche
mittels zusätzlichen Befestigungselementen.
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Je
nach Ausbildung der Halterung der Befestigungselemente können die
Halterungen an der Querrippe auch als waagrecht herausstehende Winkel
herausgebogen sein in die das Befestigungselement eingefügt wird
(s. 4). Diese Ausbildung ist dann von Vorteil wenn
größere Sog-
und Druckkräfte auftreten.
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Das
mittels eines Aluminiumrahmens eingefasste Solarmodul liegt nur
an den hierfür
vorgesehenen Längskanten
der Längsträger auf
an denen das Solarmodul befestigt ist. Diese Art genügt für die spannungsfreie
Halterung der Solarmodule bei ausgeglichener Momentenbilanz. Dadurch
kann auch der Abstand (B) der Querrippen zueinander variabel gestaltet
werden und ist nicht von der Größe der Solarmodule
anhängig.
Die Querrippen stützen
die Solarmodule nicht ab.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 Einen
Teil einer Solaraufständerung (perspektivisch)
ohne Solarmodul.
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2 Ein
Querschnitt durch die Solaraufständerung
mit Solarmodul.
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3 Modell
für die
theoretische Berechnung des Abstandes (A) zwischen den beiden Längsträgern.
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4 Querschnitt
wie 2, jedoch mit einer Alternative zur Befestigung
der Querrippe auf dem Dach.
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In 1 ist
ein Beispiel eines Teils einer montierten Solaraufständerung
ohne Solarmodule dargestellt. Diese besteht aus einem hinteren Längsträger 2 und
einem niederen vorderen Längsträger 3 die über Querrippen 4 miteinander
verbunden sind. Durch die Wahl der Höhe der beiden Längsträger wird
der Neigungswinkel für
die Solarmodule bestimmt. Sowohl der hintere als auch der vordere Längsträger 2, 3 einschließlich der
Wannenkörper 6 ist
aus abgekantetem Blech einteilig hergestellt. Die einteilig mit
der Bodenwanne verbundenen, senkrecht stehenden Solarmodulträger 5 der
Längsträger weisen
auf ihrer oberen Kante einen Flansch 7 für die Auflage
des Solarmoduls auf. In den Wannenböden können Aussparungen, Durchbrechungen 9 vorgesehen
sein in die Befestigungselemente 14 eingesetzt werden können um
z. B. Sogkräfte
auf das Dach zu übertragen.
Je nach Belastung sind die Böden
der Wannenkörper 6 breiter
oder schmäler
ausgebildet. An dem nach oben zeigenden Ende weisen die Solarmodulträger einen
nach außen
abgebogenen Flansch 7 auf, auf dem die Solarmodule 1 mit
dem Aluminiumrahmen aufliegen. Der für die Solarmodule 1 erforderliche
Neigungswinkel wird durch die Höhe des
vorderen und hinteren Längsträgers vorgegeben;
der abgebogene Flanschwinkel entspricht dieser Vorgabe um eine satte
Auflage zu erhalten. Der hintere, höhere Solarmo dulträger ist
oberhalb der mit ihm verbundenen Querrippen 4 nach innen
gekröpft, so
dass eine nach innen zeigende Nische entsteht, in die der Kabelkanal 16 eingesetzt
werden kann.
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Die
Querrippen weisen ebenfalls auf der Unterseite, d. h. auf der auf
der Dachhaut aufsetzenden Unterkante 12, einen Wannenkörper 6 auf.
Der Boden des Wannenkörpers 6 kann
Durchbrechungen für
zusätzliche
Befestigungselemente wie die Wannenböden der Wannenkörper 6 der
Längsträger 2, 3 aufweisen.
An den seitlichen Kanten der Querrippen sind Flansche 10 angefügt die mittels
Nieten mit den Solarmodulträgern 5 der
Längsträger 2, 3 verbunden sind.
Die Flansche 10 zeigen in der Regel zu einer Seite mit
Ausnahme der letzten Querrippe. Der Abstand B der Querrippen zueinander
ergibt sich aus der Statik für
die Solaraufständerung;
der Abstand B ist nicht zwingend an die Abmaße der Solarmodule gebunden.
Die Höhe
der Querrippen ist geringer als die Höhe der Solarmodulträger 5 der
Längsträger 2, 3.
Das Solarmodul liegt nicht mit seinem Rahmen auf den Querrippen 5 auf.
Die Höhe
des dem höheren Solarmodulträger zugeordneten
Teils der Querrippe entspricht etwa der Höhe des Solarmodulträgers abzüglich der
Höhe des
Kabelkanals 16 (s. 2). Durch
die Verminderung der Höhe
der Querrippe am höheren
Längsträger 2,
kann der Solarmodulträger 5 nach
innen geknöpft
werden, so dass ein Absatz entsteht in dem von außen der
Kabelkanal 16 eingesetzt werden kann. Zur Gewichtsreduktion
können
die Querrippen Aussparungen 11 aufweisen.
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Am
Beispiel des in 3 dargestellten Modells wird
nachfolgend ermittelt wo der Träger
der Länge
L zu unterstützen
ist, damit das Kragmoment gleich dem Feldmoment ist.
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Der
Abstand der beiden Längsträger zueinander
lässt sich
mit den nachfolgenden Gleichungen berechnen: lK = L2 (√2 – 1) = 0,207L
und lF = L(2 – √2) = 0,582L
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lK ist hierbei die Länge des Kragarmes und lF der Abstand der Längsträger. L ist die Länge des
Solarmoduls. Damit das Kragmoment MA gleich
dem Feldmoment MAB ist gilt: MA = –MAB = 0,021446pL2
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Werden
nach dieser Modellrechnung die Abstände bestimmt, so gilt nach
der obigen Momentengleichung, dass das Solarmodul bei einer konstanten Last
p, z. B. einer Schneelast, keine negativen Momente auftreten die
zur Beschädigung
des Solarmoduls führen
können.
Da darüber
hinaus alle Bauteile zur Dachhaut hin als Wannenkörper ausgebildet
und entsprechend dimensioniert sind wird das Gewicht der Solaraufständerung
auf das Dach verteilt und es entstehen keine Beschädigungen
an der Dachhaut und dem Solarmodul. 3 zeigt
einen Schnitt durch eine Aufständerung
für Solarmodule.
Die einzelnen Solarzellen sind in einem Aluminiumrahmen angeordnet
und zu einer Tafel, dem Solarmodul, zusammengefasst. Mittels der
Längsrahmenteile
des Aluminiumrahmens liegt das Solarmodul auf den dafür vorgesehenen
Flanschen 7 der Längsträger auf.
Sofern durch die Windströmung
ein Sog entsteht der groß ist,
sind zusätzliche
Befestigungselemente 14 nötig, die in die Böden der
Wannenkörper
vorgesehene Aussparungen (Durchbrechungen) 9 eingesetzt
werden und die Aufständerung
halten. Zusätzlich
können in
die Böden
der Wannenkörper
der Querrippen 4 weitere Befestigungselemente eingesetzt
werden.
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Im
Bedarfsfall kann der durchgehende Wannenkörper der Querrippen gemäß 4 ausgebildet sein.
In der in 4 gezeigten Ausbildungsform
sind z. B. am Ende und Anfang der Querrippe ein über dem Wannenkörper angeordneter
Winkel 8 vorgesehen, der aus dem Material der Querrippe 4 herausgebogen
wurde. Die Anordnung vom Teilstück
Wannenkörper
und Anordnung vom Winkel kann sich beliebig wiederholen. Die Befestigungselemente 14 werden in
diesem Fall an den abstehenden Winkeln befestigt (siehe 4).
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Die
Längsträger sind
endlos miteinander verkettbar, so dass die vorhandene Dachfläche gut
ausnutzbar ist. Der Vorteil ist darüber hinaus, dass das Raster,
d. h. der Abstand B der Querrippen, veränderbar ist. Beide Größen der
Abstand A der Längsträger zueinander
wie auch der Abstand B der Querrippen zueinander werden vor allem
durch die jeweils aufzustellende Statik bestimmt.
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Natürlich werden
durch die Befestigungselemente vor allem Sogkräfte aufgefangen, sie nehmen aber
auch Druckkräfte
im Zusammenwirken mit den Wannenkörpern auf.
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- 1
- Solarmodul
- 2
- Längsträger (hinten)
- 3
- Längsträger (vorne)
- 4
- Querrippen
- 5
- Solarmodulträger
- 6
- Wannenkörper
- 7
- Flansch
- 8
- Winkel
- 9
- Durchbrechungen
(Aussparungen)
- 10
- Flansche
- 11
- Aussparungen
- 12
- Unterkante
der Längsträger
- 14
- Befestigungselement
- 16
- Kabelkanal
- A
- Abstand
der Längsträger
- B
- Abstand
der Querrippen