DE202012000369U1

DE202012000369U1 - Photovoltaik-Modul

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Publication number: DE202012000369U1
Application number: DE202012000369U
Authority: DE
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Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-02-20
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: WO2013107569A1

Abstract

Photovoltaik-Modul für Ost-West Ausrichtung mit zwei winklig zueinander angeordneten Photovoltaik-Elementen (1), wobei die Photovoltaik-Elemente (1) an einer einstückig aus Kunststoff hergestellten Stützeinrichtung (2) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Photovoltaik-Modul für Ost-West Ausrichtung.
Die DE 100 47 400 C2 offenbart eine photovoltaische Solarvorrichtung für Ost-West Ausrichtung. Dabei sind auf einem Traggerüst zwei Solarmodule montiert. Das dachförmig ausgestaltete Traggerüst weist zwei Dreiecksrahmen mit einer horizontalen Grundstrebe und zwei daran und an der Spitze gegeneinander abgestützte gleichschenkelige Tragstreben auf, an denen die Solarmodule festgelegt sind. Die Solarmodule sind jeweils um einen Neigungswinkel zwischen 10° und 45° gegenüber einer Flachmontage geneigt.
Die DE 20 2008 007 549 U1 offenbart eine weitere Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie. Dabei sind herkömmliche Photovoltaik-Elemente über eine dachartige Stützkonstruktion gegen den Untergrund abgestützt. Die Stützkonstruktion umfasst Träger, Stützen und Querträger, welche über Haltemittel miteinander starr verbunden sind.
Die DE 20 2009 012 226 U1 offenbart eine Modulanordnung, bei der zwei Photovoltaik-Module winklig zueinander ausgerichtet sind. Die Photovoltaik-Elemente sind zumindest im Bereich ihrer zueinander weisenden oberen Kanten miteinander gekoppelt. Benachbarte Modulanordnungen sind über eine oder mehrere Koppeleinrichtungen miteinander verbunden, die Gleitsicherungseinrichtungen aufweisen.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erfordern einen relativ hohen Herstellungs- und/oder Montageaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine photovoltaische Einrichtung anzugeben, welche einfach herstellbar ist und ohne großen Montageaufwand auf Flachdächern angebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15.
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Photovoltaik-Modul für Ost-West Ausrichtung mit zwei winklig zueinander angeordneten Photovoltaik-Elementen vorgeschlagen, wobei die Photovoltaik-Elemente an einer einstückig aus Kunststoff hergestellten Stützeinrichtung befestigt sind. – Das vorgeschlagene Photovoltaik-Modul muss lediglich noch auf das Flachdach transportiert und dort mit baugleichen weiteren Photovoltaik-Modulen mechanisch und elektrisch verkettet werden. Schließlich kann es noch erforderlich sein, die verketteten Photovoltaik-Module mit Ballastelementen zu beschweren, um ein Abheben im Falle hoher Windgeschwindigkeiten zu vermeiden. Das vorgeschlagene Photovoltaik-Modul lässt sich besonders einfach montieren. Ferner ist die Herstellung wegen der Verwendung einer einstückig aus Kunststoff hergestellten Stützeinrichtung besonders einfach. Eine solche Stützeinrichtung kann beispielsweise in einem Schuss aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”Photovoltaik-Element” eine Vorrichtung verstanden, welche das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie umwandelt.
Solche Photovoltaik-Elemente können aus mono- oder polykristallinen Siliziumzellen gebildet sein. Ferner können die Photovoltaik-Elemente aus Dünnschichtzellen gebildet sein. In besonderen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer Verwendung des Photovoltaik-Moduls in Nord/Süd-Ausrichtung kann ein Photovoltaik-Element aus Dünnschichtzellen und das andere Photovoltaik-Element aus mono- oder polykristallinen Siliziumzellen gebildet sein. Das aus Dünnschichtzellen gebildete Photovoltaik-Element weist insbesondere bei einer Ausrichtung nach Norden eine besonders hohe Effektivität auf. Ein Photovoltaik-Element umfasst mehrere Solarzellen, welche sonnenseitig mittels einer Glas- oder Kunststoffscheibe abgedeckt sind. zur Herstellung der Kunststoffscheiben können insbesondere Kunststoffe wie PMMA oder PC verwendet werden. Die Solarzellen sind üblicherweise in eine aus Ethylenvinylacetat oder Silikongummi hergestellte transparente Kunststoffschicht eingebettet. Sie können an ihrer Rückseite mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie, die beispielsweise aus Polyvinylfluorid und/oder Polyester hergestellt sein kann, kaschiert sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stützeinrichtung einen Rahmen auf, bei dem zwei einander gegenüberliegende Stützabschnitte mittels zweier gewinkelter Seitenwangen miteinander verbunden sind, und wobei die zwei Seitenwangen mittig mittels eines Firstabschnitts miteinander verbunden sind. Der Rahmen weist damit eine satteldachartige Struktur auf, welche über die Stützabschnitte gegen den Boden abgestützt ist. Der Rahmen ist zweckmäßigerweise bezüglich einer durch den Firstabschnitt verlaufenden Vertikalebene symmetrisch ausgestaltet. Die Vertikalebene bildet bezüglich der gewinkelten Seitenwangen eine Winkelhalbierende. Ein Neigungswinkel der Photovoltaik-Elemente beträgt bezüglich des Untergrunds vorteilhafterweise 10° bis 40°.
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich beidseits des Firstabschnitts jeweils in Richtung des Stützabschnitts eine Stützfläche, auf der jeweils ein Photovoltaik-Element aufgenommen ist. Indem das Photovoltaik-Element auf der Stützfläche abgestützt ist, kann auch bei hohen Temperaturen, Schneelasten oder Windlasten eine unerwünschte Durchbiegung des Photovoltaik-Elements vermieden werden. Zur Erhöhung der Stabilität kann die Stützfläche an einer dem Photovoltaik-Element abgewandten Seite mit Versteifungsrippen versehen sein. Die Stützfläche kann, insbesondere in Abschnitten zwischen den Versteifungsstegen, zur Materialersparnis auch Durchbrüche aufweisen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Photovoltaik-Element mit der Stützfläche verklebt oder klemmend an der Stützfläche gehalten. Es kann beispielsweise nach der Herstellung der Stützeinrichtung auf die Stützfläche geklebt oder dort klemmend befestigt werden. Es ist aber auch denkbar, das Photovoltaik-Element unmittelbar auf der Stützfläche aufzubauen. In diesem Fall bildet die Stützfläche also die Rückwand des Photovoltaik-Elements.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Firstabschnitt Belüftungsdurchbrüche auf. Ferner kann die Stützfläche über Stege auf den jeweiligen Stützabschnitt abgestützt sein. Zwischen den Stegen sind weitere Belüftungsdurchbrüche gebildet. Das ermöglicht eine Hinterlüftung des Photovoltaik-Moduls: Heiße Luft kann durch die Belüftungsdurchbrüche im Firstabschnitt abgeführt werden. Durch die weiteren Belüftungsdurchbrüche im Bereich des Stützabschnitts kann kalte Luft nachströmen. Die vorgeschlagene Hinterlüftung des Photovoltaik-Moduls trägt insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Gesamtdurchbruchsfläche der Belüftungsdurchbrüche größer als eine Gesamtdurchbruchsfläche der weiteren Belüftungsdurchbrüche. Infolgedessen wird insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten ein Raum unterhalb des Photovoltaik-Moduls durch die weiteren Belüftungsdurchbrüche weniger Luft zugeführt als durch die Belüftungsdurchbrüche abgeführt wird. Es entsteht infolgedessen im Raum unterhalb des Photovoltaik-Moduls ein Unterdruck, welcher das Photovoltaik-Modul auch im Falle hoher Windgeschwindigkeiten gegen den Untergrund drückt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist jedes Photovoltaik-Element mit zwei Schnittstellen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem benachbarten weiteren Photovoltaik-Element versehen. Bei der Schnittstelle kann es sich um eine Buchse, einen Stecker oder dgl. handeln. Indem jedes Photovoltaik-Element mit zwei Schnittstellen versehen ist, können in intuitiv leicht erkennbarer Weise die nach Westen und die nach Osten ausgerichteten Photovoltaik-Elemente elektrisch separat miteinander verkettet und jeweils mit einem separaten Umrichter verbunden werden. Damit kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die Photovoltaik-Elemente je nach ihrer Ausrichtung zur Sonne unterschiedlich viel Strom liefern.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schnittstellen im Bereich der Ecken des Rahmens, vorzugsweise in den Eckbereichen der Stützabschnitte, angebracht. Die Ecken der Stützabschnitte sind nach dem Aufstellen eines Photovoltaik-Moduls besonders leicht zugänglich. Infolgedessen ist die Herstellung einer elektrischen Verkettung in diesen Bereichen einfach möglich.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die Stützabschnitte erste Ausnehmungen zum Anbringen von ersten Verkettungselementen und/oder daran angebrachte erste Verkettungselemente auf. Das ermöglicht eine Verkettung nebeneinander angeordneter Photovoltaik-Module an deren Stützabschnitten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die Seitenwangen zweite Ausnehmungen zum Anbringen von zweiten Verkettungselementen und/oder daran angebrachte zweite Verkettungselemente auf. Das ermöglicht eine Verkettung nebeneinander angeordneter Photovoltaik-Module über deren Seitenwangen.
Bei den Verkettungselementen kann es sich um herkömmliche Verkettungselemente handeln, beispielsweise Steckelemente zum Eingriff in die Ausnehmungen, schwalbenschwanzartig ausgebildete Verkettungselemente, Rastelemente oder dgl. – Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist es auch möglich, die vorerwähnten mechanischen Verkettungselemente mit den elektrischen Verkettungselementen zu kombinieren. Beispielsweise können an den mechanischen Verkettungselementen Kontakte vorgesehen sein, die bei einer mechanischen Verkettung gleichzeitig mit Gegenkontakten an einem Gegenverkettungselement verbunden und damit eine elektrische Verkettung hergestellt wird.
Der Kunststoff weist zweckmäßigerweise eine Brandkennziffer nach der VKF-Klassifizierung von zumindest 4 auf. D. h. der zur Herstellung der Stützeinrichtung verwendete Kunststoff ist vorteilhafterweise schwer entflammbar. Er kann weiterhin mit einem Flammschutzmittel beschichtet oder mit mikroverkapseltem Flammschutzmittel versetzt sein. Bei dem Flammschutzmittel kann es sich um herkömmliche intumeszierende Systeme handeln.
Nach einer weiteren Ausgestaltung enthält der Kunststoff Fasern, vorzugsweise Glas- oder Aramidfasern. Die Fasern können Kurzfasern sein. Es kann aber auch sein, dass die Fasern in Form von Geweben oder Gelegen vorliegen. Auch der Zusatz insbesondere von Glasfasern trägt in der Regel zu einer Erhöhung der Brandkennziffer bei. Zweckmäßigerweise ist der Kunststoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt: ABS, ABS PC, PC, PMMA, GF-UP, PS, PP, PUR, PVC, PE, PVDC, PVDF, PET G, PPE, PPO, PTFE, HGW EP. Die vorgenannten Kunststoffe sind schwer entflammbar und eignen sich in Folge dessen besonders gut zur Herstellung der Stützeinrichtung. Im Falle eine Kunststoffscheibe können einige der vorgenannten Kunststoffe vorteilhafterweise mit dem zur Kunststoffscheibe verwendeten Kunststoff verschweißt werden. Damit kann die Haltbarkeit der Photovoltaik-Elemente erhöht werden.
Insbesondere kann die Stützeinrichtung aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt sein. Das ermöglicht bei geringen Kosten die Herstellung großer Stückzahlen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Photovoltaik-Moduls,
2 eine Draufsicht gemäß 1,
3 eine Seitenansicht gemäß 1,
4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in 3 und
5 eine Detailansicht gemäß 4.
Bei dem in den Figuren gezeigten Photovoltaik-Modul sind Photovaltaik-Elemente 1 winklig zueinander in einer allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Stützeinrichtung aufgenommen. Die Stützeinrichtung 2 weist einen Rahmen auf, bei dem zwei einander gegenüberliegende Stützabschnitte 3 endständig mittels zweier gewinkelter Seitenwangen 4 miteinander verbunden sind. Die Seitenwangen 4 weisen einen Firstwinkel im Bereich von 100° bis 170° auf. Die beiden Seitenwangen 4 sind zusätzlich über einen mittig zwischen den beiden Seitenwangen 3 verlaufenden Forstabschnitt 5 miteinander verbunden. Der im Aufriss rechteckige Rahmen bildet eine satteldachähnliche Stützstruktur, welche über die Stützabschnitte 3 auf einem Untergrund, z. B. einem Flachdach, abgestützt ist. Die Stützabschnitte 3 sind zur Erzielung eines gleichmäßigen Lastabtrags in Form langgestreckter flacher Platten ausgebildet. Der Rahmen ist bezüglich einer senkrecht durch den Firstabschnitt 5 mittig verlaufenden Vertikalebene (hier nicht gezeigt) symmetrisch ausgebildet. Die Photovoltaik-Elemente 1 bilden gegenüber einem horizontalen Untergrund einen Anstellwinkel von 5° bis 25°.
Wie insbesondere aus den 4 und 5 ersichtlich ist, erstreckt sich beidseits des Firstabschnitts 5 jeweils eine Stützfläche 6, auf der ein Photovoltaik-Element 1 aufgenommen ist. Die Stützfläche 6 ist über vertikale Stege 7 an den jeweiligen Stützabschnitt 3 angebunden. Die Stützfläche 6 ist zweckmäßigerweise mit Versteifungsrippen 8 versehen.
Der Firstabschnitt 5 weist erste Belüftungsdurchbrüche 9 auf. Zwischen dem Stützabschnitt 3 und der freien Kante der Stützfläche 6 sind zwischen den Stegen 7 zweite Belüftungsdurchbrüche 10 gebildet.
Die Stützabschnitte 3 weisen Durchbrüche 11 zum Einsetzen erster Verkettungselemente 12 und weitere Durchbrüche 13 zum Einsetzen von weiteren Verkettungselementen 14 auf. Die Stützabschnitte 3 können auch quer zu deren Längserstreckung verlaufende Ausnehmungen oder Unterbrechungen aufweisen, welche einer Querentwässerung dienen (hier nicht gezeigt). Die Verkettungselemente 12 und die weiteren Verkettungselemente 14 können als Ballastelemente aus einem schweren Material, beispielsweise Stahl oder Beton, hergestellt sein. Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein Verbindungskabel mit Stecker bezeichnet, welches in eine am Firstabschnitt 5 vorgesehene Buchse 16 eingesteckt ist.
Zur Montage der Photovoltaik-Module ist es lediglich erforderlich, diese nebeneinander auf einem Flachdach anzuordnen und mittels der Verkettungselemente 12 und der weiteren Verkettungselemente 14 miteinander zu verbinden. Ferner sind die Photovoltaik-Module mittels der Verbindungskabel 15 elektrisch miteinander zu verketten. Zu diesem Zweck können pro Photovoltaik-Element auch zwei Buchsen vorgesehen sein, welche jeweils in den Eckbereichen der Stützabschnitte 3 angebracht sind (hier nicht gezeigt).
Bei starker Sonneneinstrahlung tritt die sich unterhalb der Stützeinrichtung 2 bildende heiße Luft durch die ersten Belüftungsdurchbrüche 9 aus. Kalte Luft strömt durch die zweiten Belüftungsdurchbrüche 10 nach. Die dadurch bewirkte Hinterlüftung der Photavoltaik-Elemente 1 trägt zu deren Kühlung und damit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Photovoltaik-Elemente 1 bei.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaik-Modul
2: Stützeinrichtung
3: Stützabschnitt
4: Seitenwange
5: Firstabschnitt
6: Stützfläche
7: Steg
8: Versteifungsrippe
9: erster Belüftungsdurchbruch
10: zweiter Belüftungsdurchbruch
11: Durchbruch
12: Verkettungselement
13: weiterer Durchbruch
14: weiteres Verkettungselement
15: Verbindungskabel
16: Buchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10047400 C2 [0002]
DE 202008007549 U1 [0003]
DE 202009012226 U1 [0004]

Claims

Photovoltaik-Modul für Ost-West Ausrichtung mit zwei winklig zueinander angeordneten Photovoltaik-Elementen (1), wobei die Photovoltaik-Elemente (1) an einer einstückig aus Kunststoff hergestellten Stützeinrichtung (2) befestigt sind.
Photovoltaik-Modul nach Anspruch 1, wobei die Stützeinrichtung (2) einen Rahmen aufweist, bei dem zwei einander gegenüberliegende Stützabschnitte (3) mittels zweier gewinkelter Seitenwangen (4) miteinander verbunden sind, und wobei die beiden Seitenwangen (4) mittig mittels eines Firstabschnitts (5) miteinander verbunden sind.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich beidseits des Firstabschnitts (5) jeweils in Richtung des Stützabschnitts eine Stützfläche (6) erstreckt, auf der jeweils ein Photovoltaik-Element (1) aufgenommen ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Photovoltaik-Element (1) mit der Stützfläche (6) verklebt oder klemmend an der Stützfläche (6) gehalten ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Firstabschnitt (5) Belüftungsdurchbrüche (9) aufweist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützfläche (6) über Stege (7) auf den jeweiligen Stützabschnitt (3) abgestützt ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Photovoltaik-Element (1) mit zwei Schnittstellen (16) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem benachbarten weiteren Photovoltaik-Element versehen ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittstellen (16) im Bereich der Ecken des Rahmens, vorzugsweise in den Eckbereichen der Stützabschnitte (3), angeordnet sind.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützabschnitte (3) erste Ausnehmungen (11) zum Anbringen von ersten Verkettungselementen (12) und/oder daran angebrachte erste Verkettungselemente aufweisen.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seitenwangen (4) zweite Ausnehmungen zum Anbringen von zweiten Verkettungselementen und/oder daran angebrachte zweite Verkettungselemente aufweisen.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff eine Brandkennziffer nach der VKF-Klassifizierung von zumindest 4 aufweist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff mit einem Flammschutzmittel beschichtet oder mit mikroverkapseltem Flammschutzmittel versetzt ist.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff Fasern, vorzugsweise Glas- oder Aramidfasern, enthält.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: ABS, ABS PC, PC, PMMA, GF-UP, PS, PP, PUR, PVC, PE, PVDC, PVDF, PET G, PPE, PPO, PTFE, HGW EP.
Photovoltaik-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützeinrichtung (2) aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt ist.