-
Die
Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion zur Aufständerung
von Fotovoltaik-Modulen auf einem Flachdach.
-
Anlagen
zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie, im Folgenden
als Fotovoltaik-Anlagen bezeichnet, umfassen eine größere oder kleinere
Anzahl von Fotovoltaik-Modulen, die häufig auf Dächern von Gebäuden montiert
werden. Voraussetzung für
die Eignung eines Gebäudedachs
zur Montage einer Fotovoltaik-Anlage ist eine ausreichende Tragfähigkeit
des Dachs. Während
diese bei Wohngebäuden
zumeist gegeben ist, kann es bei industriellen oder landwirtschaftlichen
Gebäuden
in Leichtbauweise, die aufgrund ihrer größeren Dachflächen meist
gut für
Fotovoltaik-Anlagen geeignet sind, Schwierigkeiten mit der Tragfähigkeit
geben.
-
Dies
gilt besonders für
Flachdächer,
weil dort zum Gewicht der Fotovoltaik-Module noch das Gewicht der
Tragkonstruktion hinzukommt, mit deren Hilfe die Module zur Verbesserung
ihres Wirkungsgrades unter einem geeigneten Neigungswinkel zur Horizontalen
ausgerichtet werden können,
und weil außerdem
auch noch eventuelle Schneelasten berücksichtigt werden müssen, weil
der Schnee wegen der geringen Dachneigung von Flachdächern nicht von
selbst herunterrutscht.
-
Da
im Falle einer Aufständerung
der Fotovoltaik-Anlagen auch größere Windlasten
auf die Fotovoltaik-Module einwirken, müssen diese bzw. ihre Tragkonstruktionen
zudem so auf dem Flachdach fixiert werden, dass sie durch die Windlasten
nicht verschoben werden können.
Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, die Tragkonstruktionen in
Wannen zu stellen, die dann mit Steinen oder Schotter gefüllt werden,
um den Fuß der
Tragkonstruktionen zu beschweren. Jedoch führt dies wegen des hohen Gewichts
der beschwerten Wannen zu weiter steigenden Anforderungen an die
Tragfähigkeit
des Dachs. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Tragkonstruktion durch die Dachhaut des Flachdachs
hindurch mit dessen darunter liegenden Dachkonstruktion zu verschrauben,
was jedoch nicht selten zu Dichtigkeitsproblemen führt.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Montage
auf Flachdächern
mit geringer Tragfähigkeit,
insbesondere auf Industrieflachdächern
und Hallendächern
in Leichtbauweise geeignete Tragkonstruktion zur Aufständerung
von Fotovoltaik-Modulen von Fotovoltaik-Anlagen zu schaffen, die
sich universell einsetzen lässt, ein
sehr geringes Eigengewicht besitzt, ohne spezielle Werkzeuge leicht
zu montieren ist und nach ihrer Montage Windlasten gut in das Flachdach
ableiten kann, ohne dass es zu Undichtigkeiten der Dachhaut kommt.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Tragkonstruktion mindestens
zwei Tragprofile zum Auflegen auf die Dachhaut des Flachdachs, zwei
quer zu den Tragprofilen verlaufende und die Tragprofile verbindende Montageprofile
zum Auflegen und Befestigen der Fotovoltaik-Module, sowie eine Anzahl von Halteschlaufen
aus einem zugfesten flexiblen Material umfassen, die sich jeweils
quer über
eines der Tragprofile legen und dann beiderseits des Tragprofils
fest mit der Dachhaut verschweißen
lassen, um auf die Fotovoltaik-Module und die Tragkonstruktion einwirkende
Windkräfte
in die Dachhaut und damit in das Flachdach einzuleiten. Die Anzahl
der Halteschlaufen wird zweckmäßig von
der Größe der Tragkonstruktion
und dem zu erwartenden Windsog abhängen.
-
Durch
die erfindungsgemäße Merkmalskombination
lässt sich
eine sehr leichte Tragkonstruktion realisieren, die trotz ihres geringen
Gewichts eine hohe Stabilität
besitzt, auf beliebigen Flachdächern aufgestellt
werden kann und durch das Verschweißen der über die Tragprofile verlaufenden
Halteschlaufen mit der Dachhaut hohe Windlasten ungeachtet der jeweiligen
Windrichtung aufnehmen kann, ohne die Dichtigkeit der Dachhaut zu
gefährden.
-
Der
Begriff Flachdach soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verstanden
werden, dass er nicht nur Dächer
mit horizontalen Dachoberflächen
sondern auch Dächer
mit schwach geneigten Dachoberflächen
umfasst.
-
Die
Tragprofile sind vorzugsweise Hohlprofile aus Leichtmetall mit einem
Rechteckquerschnitt, die in allgemein paralleler Ausrichtung auf
der Dachhaut abgelegt werden, während
es sich bei den Montageprofilen zweckmäßig um extrudierte oder gebogene
Winkelprofile aus Leichtmetall oder um gebogene Winkelprofile aus
verzinktem Stahlblech handelt, die jeweils einen auf den Tragprofilen
aufliegenden Basisschenkel, einen in Bezug zum Basisschenkel geneigten
Auflageschenkel mit einer Auflagefläche für die Fotovoltaik-Module, sowie
einen senkrecht zum Basisschenkel ausgerichteten, den Auflageschenkel
mit dem Basisschenkel verbindenden Stützschenkel umfassen.
-
Um
die Fotovoltaik-Module unter einem bestimmten Neigungswinkel auszurichten,
werden die beiden Montageprofile zweckmäßig so bemessen, dass die Stützschenkel
an ihren horizontalen Abstand auf den Tragprofilen angepasste unterschiedliche
Längen
haben, während
die Auflageschenkel unter demselben Neigungswinkel geneigt sind
und infolge der unterschiedliche Längen der beiden Stützschenkel
miteinander fluchten.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
eines der beiden Montageprofile ein Z- oder S-Profil ist, bei dem
der Auflageschenkel und der Basisschenkel über entgegengesetzte Seiten
des Stützschenkels überstehen,
während
das andere der beiden Montageprofile ein C-Profil ist, bei dem der
Auflageschenkel und der Basisschenkel über dieselbe Seite des Stützschenkels überstehen
und zweckmäßig zusammen
mit dem Stützschenkel
einen Kabelkanal für
Anschlusskabel der auf der Tragkonstruktion aufgeständerten
Fotovoltaik-Module begrenzen.
-
Um
die Stabilität
der beiden Montageprofile zu erhöhen,
ist ihr Basisschenkel bevorzugt an der vom Stützschenkel abgewandten Seite
mit einem nach oben umgebogenen Randstreifen und ihr Auflageschenkel
an der vom Stützschenkel
abgewandten Seite mit einem nach unten umgebogenen Randstreifen
versehen, wobei die Randstreifen zweckmäßig parallel zum Stützschenkel
ausgerichtet sind.
-
Die
Halteschlaufen bestehen vorzugsweise aus einem biegsamen Schichtmaterial,
dessen Oberflächenschichten
aus einem durch Wärmezufuhr schweißbaren thermoplastischen
Material, wie PVC, EPDM, ECB, APP oder einer Mischung von EPDM und
APP bestehen. Bevorzugt bestehen die Oberflächenschichten aus demselben
Material wie die Dachhaut, so dass sie sich beim Verschweißen entlang
einer homogenen Schweißschicht
fest mit der Dachhaut verbinden. Die Wärmezufuhr kann in Abhängigkeit
vom Material der Dachhaut und/oder der Halteschlaufen entweder durch
eine offene Flamme oder durch Zufuhr von Heißluft erfolgen. Um die Zugfestigkeit
der Halteschlaufen zu erhöhen,
enthält
das Schichtmaterial der Halteschlaufen zweckmäßig mindestens eine verstärkende Gewebe-
oder Faserschicht.
-
Die
quer über
ein Tragprofil verlaufende Halteschlaufe liegt vorteilhaft eng gegen
die Oberseite und gegen die beiden entgegengesetztes Schmalseiten
des Tragprofils an, während
ihre über
das Tragprofil überstehenden
Ränder
beiderseits des Tragprofils mit der Dachhaut verschweißt sind.
-
Neben
der Verankerung der Tragprofile durch die Halteschlaufen kann bei
Bedarf, zum Beispiel bei sehr hohen Windlasten, eine zusätzliche
Befestigung der Tragkonstruktion an der unter der Dachhaut gelegenen
Dachkonstruktion des Flachdachs vorgesehen werden, gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe von selbst-schneidenden
Befestigungsschrauben aus nicht-rostendem
Stahl, die zum Befestigen der Halteschlaufen und/oder der Tragprofile
an der Dachkonstruktion des Flachdachs durch die Halteschlaufen und/oder
die Tragprofile sowie die Dachhaut hindurch in die Dachkonstruktion
eingeschraubt werden. Nach dem Festziehen können die Befestigungsschrauben
zweckmäßig mit
Schraubenkopfabdeckungen aus einer Dachabdeckungsfolie oder dergleichen
abgedichtet werden, die über
die Köpfe
der Befestigungsschrauben gelegt und um diese herum durch Verschweißen fest
mit der Dachhaut bzw. den Halteschlaufen verbunden wird.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer Tragkonstruktion zur Aufständerung
von Fotovoltaik-Modulen auf einer allgemein horizontalen Dachoberfläche eines
Flachdachs;
-
2 eine
Stirnseitenansicht der Tragkonstruktion und eines auf der Tragkonstruktion
befestigten Fotovoltaik-Moduls;
-
3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Tragprofils der Tragkonstruktion entlang der Linie III-III der 2.
-
Die
in der Zeichnung dargestellte Tragkonstruktion 10 dient
zur Aufständerung
von Fotovoltaik-Modulen 12 einer Fotovoltaik-Anlage auf einer
allgemein horizontalen Dachoberfläche 14 eines Flachdachs 16,
das mit einer wasserdichten Dachabdeckfolie 18 aus PVC
abgedeckt ist.
-
Wie
in 1 dargestellt, umfasst die Tragkonstruktion 10 vier
allgemein parallele Tragprofile 20, die in definierten
Abständen
voneinander auf die Dachoberfläche 14 aufgelegt
und zur Einleitung von Windlasten in das Flachdach 16 mindestens
teilweise mittels Halteschlaufen 22 auf der Dachabdeckfolie 18 befestigt
werden, wie in 1 für zwei der Tragprofile 20 beispielhaft
dargestellt. Die Tragkonstruktion 10 umfasst weiter zwei
parallele Montageprofile 24, 26, die in einer
zu den Längsachsen
der Tragprofile 20 senkrechten Ausrichtung auf die ebenen
Oberseiten 28 aufgelegt und mittels selbst-bohrender und selbst-schneidender
Schrauben (nicht dargestellt) aus nicht-rostendem Stahl an den Tragprofilen 20 befestigt
werden.
-
Die
beiden Montageprofile 24, 26 dienen als Auflage
für die
im Umriss rechteckigen Fotovoltaik-Module 12, von denen
in 2 nur eines dargestellt ist. Die Fotovoltaik-Module 12,
deren Anzahl von der Länge
der Montageprofile 24, 26 abhängt, werden auf der Tragkonstruktion 10 montiert,
wobei sie nebeneinander derart auf die Montageprofile 24, 26 aufgelegt
werden, dass zwischen benachbarten Fotovoltaik-Module 12 ein
kleiner Abstand bleibt. Bedingt durch eine unterschiedliche Höhe der beiden Montageprofile 24, 26 sind
die Fotovoltaik-Module 12 in Bezug zur Dachoberfläche 14 unter
einem flachen Neigungswinkel α (2)
ausgerichtet, der zwischen 0 Grad und 30 Grad betragen kann. Zur
Befestigung von jedem der Fotovoltaik-Module 12 an den
beiden Montageprofilen 24, 26 dienen spezielle
Schraub- oder Modulklemmen
(nicht dargestellt), die gewöhnlich
vom Hersteller der Fotovoltaik-Module 12 vorgeschrieben
werden.
-
Die
Tragprofile 20 bestehen jeweils aus einem Leichtmetall-Hohlprofil mit Rechteckquerschnitt, das
eine Länge
von 600 bis 750 mm, eine Höhe
von 40 mm, eine Breite von 80 oder 100 mm und eine Wandstärke von
2 mm besitzt. Die Tragprofile 20 liegen mit der unteren
Breitseite des Hohlprofils auf der Dachabdeckfolie 18 oder
einer darauf abgelegten Schutzdecke (nicht dargestellt) auf.
-
Die
zur Befestigung der Tragprofile 20 auf der Dachabdeckfolie 18 dienenden
Halteschlaufen 22 bestehen aus einem biegsamen, durch Fasern oder
Gewebelagen verstärkten
PVC-Schichtmaterial 30 mit hoher Zugfestigkeit. An den
beiden entgegengesetzten Breitseiten des Schichtmaterials 30 befindet
sich jeweils eine Schicht aus PVC, die sich durch Zufuhr von Wärme homogen
mit der aus PVC bestehenden Dachabdeckfolie 18 verschweißen lässt. Die Halteschlaufen 22 können gegebenenfalls
aus dem Material der Dachabdeckfolie 18 selbst bestehen,
sofern diese ebenfalls durch Fasern oder Gewebelagen verstärkt ist.
-
Wie
am besten in 1 dargestellt, werden die allgemein
rechteckigen Halteschlaufen 22 jeweils zwischen den beiden
Montageprofilen 24, 26 so über ein Tragprofil 20 gelegt,
dass sie sich eng gegen das Tragprofil 20 anliegend entlang
von dessen Oberseite 28 und dessen entgegengesetzten Schmalseiten nach
unten bis zur Dachoberfläche 14 erstrecken,
wo die beiden seitlich über
das Tragprofil 20 überstehenden
Ränder 32 der
Halteschlaufen 22 beiderseits des Tragprofils 20 auf
einer Breite von mindestens 200 mm flächig auf die Oberseite der
Dachabdeckfolie 18 aufgelegt und dann durch Wärmezufuhr
kraftschlüssig
mit der Dachabdeckfolie 18 verschweißt werden.
-
Bei
Bedarf können
die Halteschlaufen 22 und/oder Tragprofile 20 zusätzlich mittels selbst-schneidenden
Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) aus nicht-rostendem Stahl
an einer unter der Dachabdeckfolie 18 angeordneten Dachkonstruktion 34 des
Flachdachs 16 befestigt werden.
-
In
diesem Fall werden die nach oben über die Halteschlaufen 22 und/oder
Tragprofile 20 überstehenden
Köpfe der
von oben her durch die Halteschlaufen 22 und/oder Tragprofile 20 hindurch
in die Dachkonstruktion 34 geschraubten Befestigungsschrauben
nach ihrem Festziehen mit flachen Schraubenabdeckungen (nicht dargestellt)
versehen, die vorteilhafterweise aus einem Stück Dachabdeckfolie 18 oder
einem Stück
Halteschlaufe 22 bestehen und rings um die Köpfe der
Befestigungsschrauben herum mit der Dachabdeckfolie 18 verschweißt werden,
so dass ein Eindringen von Feuchtigkeit entlang der Befestigungsschrauben
in die Dachkonstruktion 34 und durch diese hindurch ins
Innere des Gebäudes
sicher verhindert wird.
-
Bei
den beiden Montageprofilen 24, 26 handelt es sich
um gebogene einteilige Winkelprofile aus Leichtmetall oder verzinktem
Stahl, die jeweils einen senkrecht zur Dachoberfläche 14 ausgerichteten Stützschenkel 36, 38,
einen senkrecht zum Stützschenkel 36, 38 über dessen
unteres Ende überstehenden,
auf der Oberseite 28 der Tragprofile 20 aufliegenden
unteren Basisschenkel 40, 42 und einen seitlich über das
obere Ende des Stützschenkels 36, 38 überstehenden
oberen Auflageschenkel 44, 46 umfasst, dessen
Neigungswinkel in Bezug zur Dachoberfläche 14 dem Neigungswinkel
der Fotovoltaik-Module 12 entspricht.
-
Die
Stützschenkel 36, 38 der
beiden Montageprofile 24, 26 sind unterschiedlich
lang, wobei das Montageprofil 24 mit dem längeren Stützschenkel 36 als
C-Profil ausgebildet ist, bei dem sowohl der Basisschenkel 40 und
der Auflageschenkel 44 über
eine vom anderen Winkelprofil 26 abgewandte Außenseite
des Stützschenkels 36 überstehen,
während
das Montageprofil 26 mit dem kürzeren Stützschenkel 38 als
Z- oder S-Profil ausgebildet ist, bei dem der Basisschenkel 42 über eine
dem anderen Montageprofil 24 zugewandte Innenseite des
Stützschenkels 38 und
der Auflageschenkel 46 über
eine vom anderen Montageprofil 24 abgewandte Außenseite
des Stützschenkels 38 übersteht.
-
Um
die Biegesteifigkeit der Montageprofile 24, 26 ohne
wesentliche Gewichtszunahme zu vergrößern, weisen die Basisschenkel 40, 42 und
die Auflageschenkel 44, 46 beider Montageprofile 24, 26 an
ihrer vom Stützschenkel 36 bzw. 38 abgewandten Seite
einen parallel zum Stützschenkel 36 bzw. 38 abgebogenen
Randstreifen 50 bzw. 48 auf. Die Randstreifen 50 stehen
nach oben zu über
die Basisschenkel 40, 42 der beiden Montageprofile 24, 26 über, während die
Randstreifen 48 nach unten zu über die Auflageschenkel 44, 46 der
beiden Montageprofile überstehen.
-
Das
als C-Profil ausgebildete Montageprofil 24 mit dem höheren Stützschenkel 36 dient
zugleich als Kabelkanal für
Kabel (nicht dargestellt), die von den auf der Tragkonstruktion 10 montierten
Fotovoltaik-Modulen 12 zu einem Energiespeicher und/oder einem
Stromwandler (nicht dargestellt) der Fotovoltaik-Anlage führen, wo
der in den Modulen 12 erzeugte Gleichstrom zur Einspeisung
ins öffentliche
Stromnetz in Wechselstrom umgewandelt wird.
-
Die
Kabel werden zweckmäßig unmittelbar unterhalb
des Auflageschenkels 44 verlegt, wo sie durch den Auflageschenkel 44,
den nach unten umgebogenen Randstreifen 48 des Auflageschenkels 48 und
die nach außen über den
Auflageschenkel 48 überstehenden
Fotovoltaik-Module 12 (2) am besten
vor Regen geschützt
sind.
-
Bei
dem zur Herstellung der Tragprofile 20 und ggf. der Montageprofile 24, 26 verwendeten Leichtmetall
handelt es sich entweder um Aluminium oder um eine Aluminium-Legierung.
-
Der
gewünschte
Neigungswinkel α der
auf der Tragkonstruktion 10 montierten Fotovoltaik-Module 12 wird
bei der Auslegung der Tragkonstruktion 10 durch eine geeignete
Wahl der Längen
der Stützschenkel 36, 38 der
beiden Montageprofile 24, 26 festgelegt. Dieser
Neigungswinkel α entspricht
auch dem Neigungswinkel der miteinander fluchtenden Oberseiten der
Auflageschenkel 44, 46 der beiden Montageprofile 24, 26,
die als Auflageflächen
für die Fotovoltaik-Module 12 dienen.
Die Wandstärke
der Montageprofile 24, 26 wird in Abhängigkeit
vom verwendeten Material unter Statik-Gesichtspunkten, vor allem
unter Berücksichtigung
des Gewicht der Fotovoltaik-Module 12 berechnet.
-
Aufgrund
der einfachen Bauweise und des geringen Gewichts der Tragkonstruktion 10 lässt sich diese
einfach und ohne spezielle Werkzeuge aufbauen und kann bei Bedarf,
wie zum Beispiel bei Reparaturarbeiten am Flachdach 16 ohne
größeren Aufwand
und ohne Probleme mit der Dachabdichtung versetzt werden.
-
Durch
die leichte und flache Bauweise der Tragkonstruktion 10 wird
das Flachdach 16 nur mit minimalen Zusatzlasten belastet.
Da die Tragkonstruktion 10 an den entgegengesetzten Stirnenden offen
ist und dadurch in Längsrichtung
von Luft durchströmt
werden kann, kann es unterhalb der Fotovoltaik-Module 12 nicht
zu einem Hitzestau kommen. Auch der Wasserabfluss von der Dachoberfläche 14 des
Flachdachs wird selbst dann durch die Tragkonstruktion 10 nicht
behindert, wenn die Tragprofile 20 zur Optimierung des
Wirkungsgrades der Fotovoltaik-Anlage quer zu einer eventuellen
geringen Dachneigung ausgerichtet werden müssen, weil die Tragprofile
eine verhältnismäßig geringe
Länge aufweisen,
so dass das Wasser durch die Lücken zwischen
den Tragprofilen benachbarter Tragkonstruktionen ablaufen kann.