DE20303257U1 - Support frame for bank of solar cells puts cells at optimal angle to horizontal and has straight row of posts with brackets at top holding tilted channel-section beam - Google Patents
Support frame for bank of solar cells puts cells at optimal angle to horizontal and has straight row of posts with brackets at top holding tilted channel-section beamInfo
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Abstract
Description
Fischer Bad und Heizung GmbH G 803Fischer Bath and Heating GmbH G 803
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Haltevorrichtung für Solarkollektoren und/oder SolarzellenanordnungenHolding device for solar collectors and/or solar cell arrangements
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Flächenmodulen von Solarkollektoren und/oder Solarzellenanordnungen, die in einem bestimmten Neigungswinkel und Abstand zum Boden angeordnet sind.The invention relates to a holding device for a plurality of surface modules of solar collectors and/or solar cell arrangements arranged in series, which are arranged at a certain angle of inclination and distance from the ground.
Solarzellen, auch Sonnenzellen genannt, sind großflächige Ausführungsformen von Fotoelementen. Die Solarzellen setzen die einfallende Strahlungsleistung des Sonnenlichts direkt in elektrische Leistung um. Die Solarzellen selbst können als Halbleiter-Halbleiterkontakt aus dotiertem Silizium, aber auch aus Galiumarsenid und Cadmiumsulfid bestehen. In der Umgebung der Sperrschicht einer solchen Zelle werden Elektronen-Loch-Paare voneinander getrennt, die bei Lichteinstrahlung durch den inneren Fotoeffekt im Halbleiter entstehen. Dadurch wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, aufgrund derer an den Anschlüssen der Solarzelle eine Fotospannung entsteht und entsprechend der Größe des Lastwiderstandes ein Fotostrom fließt (fotovoltaische Umwandlung) , deren Produkt die nutzbare elektrische Leistung bestimmt. Solarzellen können zu Sonnenbatterien, auch Solargeneratoren genannt, zusammengeschaltet werden. Diese bilden Flächenmodule, die auf Rahmen aufmontiert sind und auf Haltevorrichtungen so im Neigungswinkel zum Boden und damit zur Sonne angeordnet sind, dass eine möglichst hohe Lichtnutzung des Sonnenlichtes gegeben ist. Auf der Erdoberfläche können unter idealenSolar cells, also called sun cells, are large-area versions of photo elements. The solar cells convert the incident radiation power of sunlight directly into electrical power. The solar cells themselves can be made of doped silicon as a semiconductor semiconductor contact, but also of gallium arsenide and cadmium sulfide. In the vicinity of the barrier layer of such a cell, electron-hole pairs are separated from each other, which are created by the internal photo effect in the semiconductor when light is irradiated. This generates an electromotive force, due to which a photovoltage is generated at the terminals of the solar cell and a photocurrent flows according to the size of the load resistance (photovoltaic conversion), the product of which determines the usable electrical power. Solar cells can be connected together to form solar batteries, also called solar generators. These form surface modules that are mounted on frames and arranged on holding devices at an angle to the ground and thus to the sun so that the sunlight can be used as efficiently as possible. On the earth's surface, under ideal conditions,
Bedingungen ca. 1 kW je Quadratmeter Fläche an Leistung erzielt werden. Flächenmodule von Solarzellenanordnungen lassen sich zu Sonnenkraftwerken aneinanderreihen. In Großanlagen werden deshalb Flächenmodule dieser Art über einen größeren Wegabschnitt, beispielsweise über mehrere hundert Meter, auf aus Holzgerüsten erstellte Haltevorrichtungen montiert. Parallel zu einer solchen Reihe können dann weitere Reihen von Flächenmodulen angeordnet sein. Die Zusammenschaltung erfolgt in Energieumsetzern, die die gewonnene elektrische Energie in transportable elektrische Energie umwandeln. Nicht nur in Ländern mit vielen Sonnentagen, sondern auch in gemäßigten Zonen, wie in Europa, finden Solarzellen zur Energieerzeugung vermehrt Anwendung.Under these conditions, around 1 kW of power can be achieved per square meter of surface area. Surface modules of solar cell arrangements can be lined up to form solar power plants. In large-scale systems, surface modules of this type are therefore mounted over a longer distance, for example over several hundred meters, on supports made of wooden frames. Further rows of surface modules can then be arranged parallel to such a row. The interconnection takes place in energy converters, which convert the electrical energy generated into transportable electrical energy. Solar cells are increasingly being used to generate energy not only in countries with many sunny days, but also in temperate zones, such as Europe.
Die Erfindung ist aber nicht nur auf Solargeneratoren beschränkt, sondern kann gleichsam auch angewendet werden auf Solarkollektoren, um damit z. B. Warmwasser als Heizungs- und Brauchwasser herzustellen. Solche Solarkollektoren werden ebenfalls in Flächenmodulen zusammengestellt, um einfacher montiert werden zu können. Die auftreffenden Sonnenstrahlen erwärmen eine Flüssigkeit, die gespeichert und/oder Wärmetauschern zur Warmwasseraufbereitung sowie zum Heizen zugeführt werden kann.The invention is not only limited to solar generators, but can also be applied to solar collectors, for example to produce hot water for heating and domestic use. Such solar collectors are also assembled in surface modules to make them easier to install. The sun's rays heat a liquid, which can be stored and/or fed to heat exchangers for hot water preparation and heating.
Bei allen bekannten Lösungen werden aufwendige Rahmenkonstruktionen und Gestelle als Haltevorrichtungen für die im Neigungswinkel zwischen ca. 20° und ca. 40° gegenüber dem Boden und beabstandet hierzu aufgestellten Flächenmodule von Solarzellenanordnungen und Solarkollektoren verwendet . Solche Haltevorrichtungen sind außerordentlich aufwendig und bedingen durch die relativ hohe Last einen Abstandsaufbau von etwa 2 Metern für die einzelnen Rahmenelemente, die zudem auf betonierten Sockeln zur Ausrichtung ruhen. Es versteht sich von selbst, dass eine solche Haltevorrichtung außerordentlich teuer ist und ca. 40 % der Kosten einer Anlage betragen kann. Darüber hinaus ist die Erstellungszeit der Haltevorrichtung sehrIn all known solutions, complex frame structures and racks are used as holding devices for the surface modules of solar cell arrays and solar collectors, which are set up at an angle of inclination between approx. 20° and approx. 40° to the ground and at a distance from it. Such holding devices are extremely complex and, due to the relatively high load, require a distance of around 2 meters for the individual frame elements, which also rest on concrete bases for alignment. It goes without saying that such a holding device is extremely expensive and can amount to around 40% of the cost of a system. In addition, the time required to create the holding device is very
lang, so dass eine schnelle Montage eines Sonnengenerators zur Stromerzeugung nicht möglich ist. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass umfangreiche elektrische Erdungsmaßnahmen zum Verbinden der Rahmenteile der Flächenmodule erforderlich sind. Oftmals müssen insbesondere bei längeren Anlagen auch im montierten Zustand Ausrichtungen noch vorgenommen werden, um Spannungen in den einzelnen Feldern der Flächenmodule zu verhindern.long, so that a quick assembly of a solar generator for generating electricity is not possible. In addition, it has been shown that extensive electrical grounding measures are required to connect the frame parts of the surface modules. Often, especially with longer systems, alignments still have to be carried out after installation in order to prevent tension in the individual fields of the surface modules.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung derart zu konzipieren, dass ein preiswerter Aufbau der Haltevorrichtung ermöglicht wird und ein sicherer Halt der Flächenmodule an der Haltevorrichtung auf einfache Weise herstellbar ist. Ferner sollen Verdrahtungsprobleme durch den Aufbau und durch die Verwendung des Materials vermieden werden. Auch soll eine solche Anordnung gewählt werden, die sich schnell errichten lässt.Based on the state of the art, the invention is based on the object of designing a holding device in such a way that an inexpensive construction of the holding device is possible and a secure hold of the surface modules on the holding device can be produced in a simple manner. Furthermore, wiring problems should be avoided by the construction and the use of the material. An arrangement should also be chosen that can be set up quickly.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. The invention solves the problem by designing the holding device with the features specified in claim 1.
Erfindungsgemäß kommen bekannte Leitplanken für den Straßenbau als Längsträger zur Anwendung, die außerordentlich preiswert, in sich verbiegesteif und in der Regel auch verzinkt und somit wetterbeständig sind. Solche Leitplanken werden üblicherweise in 4-Meter langen Abschnitten oder in einer Länge aus einem Vielfachen von 2 Metern geliefert. Damit ist es möglich, beispielsweise im Abstand von 2 Metern jeweils einen Pfosten in das Erdreich des Aufstellbodens einzutreiben. Auch hierfür werden die an sich bekannten Leitpfosten aus dem Straßenbau verwendet, die ebenfalls preiswert gehandelt werden. Solche Pfosten sind ca. 1,80 m lang. Somit ist es möglich, den Pfosten beispielsweise 80 cm tief in das Erdreich zu treiben und eine Reihe von Pfosten, ausgerichtet im Abstand z. B. von 2 Metern, über die gesamte Länge eines Solarfeldes vorAccording to the invention, known guard rails for road construction are used as longitudinal beams, which are extremely inexpensive, rigid and usually galvanized and thus weatherproof. Such guard rails are usually supplied in 4-meter long sections or in a length of a multiple of 2 meters. This makes it possible, for example, to drive a post into the ground of the installation floor at intervals of 2 meters. The known guide posts from road construction are also used for this, which are also sold inexpensively. Such posts are approx. 1.80 m long. This makes it possible to drive the post 80 cm deep into the ground, for example, and to place a row of posts, aligned at a distance of 2 meters, over the entire length of a solar field.
der Montage des Längsträgers einzuschlagen. An die Pfosten werden Winkeleisen als Träger für den Längsträger montiert, beispielsweise angeschraubt, angeschweißt oder angenietet. Der obere Trägerschenkel erstreckt sich dabei über die obere Pfostenstirnseite, so dass ein im wesentlichen zentrischer Auflagepunkt für den Längsträger gegeben ist. Der Längsträger besteht aus den aneinandergefügten Leitplankenelementen, die an den Trägern an dem Pfosten angeschraubt oder angenietet oder angeschweißt sind.the assembly of the longitudinal beam. Angle irons are mounted on the posts as supports for the longitudinal beam, for example screwed, welded or riveted. The upper beam leg extends over the upper post face, so that an essentially central support point for the longitudinal beam is provided. The longitudinal beam consists of the guard rail elements joined together, which are screwed, riveted or welded to the supports on the post.
Das Leitplankenprofil wird dabei so befestigt, dass der Boden des mittigen Basisteils am Träger sich befindet, so dass praktisch über die gesamte Länge des Längsträgers eine Hohlkehle gegeben ist. In dieser können die notwendigen Kabel, und bei Verwendung von Solarkollektoren die Rohrleitungen, verlegt werden. An den beiden symmetrisch sich erstreckenden oberen Deckwänden des Seitenprofils der des Leitplanke werden sodann die Tragrahmen der einzelnen Flächenmodule der Solarkollektorenanordnung oder der Solarzellenanordnungen - zentrisch ausgerichtet - angeschraubt. The guard rail profile is attached in such a way that the bottom of the central base part is on the support, so that a hollow groove is created practically over the entire length of the longitudinal support. The necessary cables and, if solar collectors are used, the pipes, can be laid in this groove. The support frames of the individual surface modules of the solar collector arrangement or the solar cell arrangement are then screwed - centrally aligned - to the two symmetrically extending upper cover walls of the side profile of the guard rail.
Es ist ersichtlich, dass hierdurch eine schier einfache Montage ermöglicht wird, aber auch eine einfache Errichtung der Haltevorrichtung insgesamt.
25It is clear that this not only makes assembly very easy, but also the installation of the holding device as a whole easy.
25
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im einzelnen in den Unteransprüchen selbsterklärend angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in detail in the subclaims.
Neben dem einfachen Aufbau unter Verwendung bekannter Profile als Längsträger ist ersichtlich, dass ein wesentlicher Preisvorteil gegeben ist. Mit dieser Vorrichtung können die Kosten für eine Anlage im Vergleich mit den Kosten herkömmlicher aufwendiger Rahmenkonstruktionen um über 20 % gesenkt werden.
35In addition to the simple construction using familiar profiles as longitudinal beams, it is clear that there is a significant price advantage. With this device, the costs for a system can be reduced by over 20% compared to the costs of conventional, complex frame constructions.
35
Bei besonders großflächigen Anordnungen können selbstverständlich auch zwei Längsträger parallel an zwei Pfostenreihen angeordnet sein, wobei diese beabstandet zueinan-For particularly large-scale arrangements, two longitudinal beams can of course also be arranged parallel to two rows of posts, with these being spaced apart from each other.
der angeordnet sind. Üblicherweise reicht aber für die bekannten Feldgrößen der Flächenmodule von 1 m &khgr; 2 m eine einzige Anordnung eines Längsträgers, ohne dass statische oder dynamische Überlastungen an der Haltevorrichtung entstehen.However, for the known field sizes of the surface modules of 1 m × 2 m, a single arrangement of a longitudinal beam is usually sufficient without causing static or dynamic overloads on the holding device.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzend erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Sonnenbatterie aus Solarzellen in der Fotoperspektive dargestellt. Die einzelnen Solarzellen weisen eine Größe von ca. 100 cm &khgr; ca. 200 cm oder ca. 100 cm &khgr; ca. 100 cm auf und sind zu Modulf eidern aus ca. 1 m &khgr; ca. 2 m oder ca. 1 m &khgr; ca. Im oder ca. 0,5 m &khgr; ca. Im zusammengesetzt. Die Trägerrahmen 15 dieser Flächenmodule 1 sind stabil ausgelegt, so dass ein Durchbiegen der einzelnen Solarzellenanordnungen vermieden wird. An der Unterseite sind die erforderlichen Verdrahtungen herausgeführt und in dem U-förmigen mittigen Kanal im Basisteil 4 des Längsträgers 3 verlegt. Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass der Längsträger 3 ein an sich bekanntes Leitplankenprofil aufweist und an Leitplankenpfosten 14, die eigens hierzu aneinandergereiht im Abstand von 2 m angeordnet sind, montiert ist.Figure 1 shows a section of a solar battery made of solar cells in a photo perspective. The individual solar cells have a size of approx. 100 cm x approx. 200 cm or approx. 100 cm x approx. 100 cm and are assembled to form module fields of approx. 1 m x approx. 2 m or approx. 1 m x approx. 1 m or approx. 0.5 m x approx. 1 m. The support frames 15 of these surface modules 1 are designed to be stable so that bending of the individual solar cell arrangements is avoided. The necessary wiring is led out on the underside and laid in the U-shaped central channel in the base part 4 of the longitudinal member 3. It can be seen from the illustration that the longitudinal member 3 has a known guard rail profile and is mounted on guard rail posts 14 which are specially arranged next to one another at a distance of 2 m.
Die Montage und die Schräglagenanordnung sind aus Figur 2 deutlich sichtbar. Der Leitplankenpfosten 14 ist in das Erdreich, z. B. mit einem unteren, 80 cm langen Abschnitt des Bodens 2 eingerammt. Er endet beispielsweise 1.000 mm über dem Boden. Sämtliche anderen, in Reihe angeordneten Pfosten 14 sind entsprechend ausgerichtet in den Boden getrieben. An der Oberseite ist ein Winkelträger 13 vorgesehen, der aus einem oberen Abschnitt besteht, der sich über die obere Stirnseite des aus Stahl bestehenden Rohrprofils des Leitplankenpfostens 14 erstreckt. Der senkrechte Halteteil ist an das Rohr angeschraubt. Am oberen Trägerarm des Winkelträgers 13 ist der Boden 9 des tra-The assembly and the inclined position arrangement are clearly visible in Figure 2. The guard rail post 14 is driven into the ground, e.g. with a lower, 80 cm long section of the base 2. It ends, for example, 1,000 mm above the ground. All other posts 14 arranged in a row are driven into the ground in a correspondingly aligned manner. An angle support 13 is provided on the top, which consists of an upper section that extends over the upper end face of the steel tubular profile of the guard rail post 14. The vertical holding part is screwed to the tube. The base 9 of the support is attached to the upper support arm of the angle support 13.
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pezförmigen Basisteils 4 des Längsträgers 3, der ein Leitplankenprofil aufweist, angeschraubt. An den sich V-förmig nach oben erstreckenden Seitenwänden 6 und 7 sind seitlich vorstehende Deckwände 11 und 12 angebracht undpez-shaped base part 4 of the longitudinal member 3, which has a guard rail profile. Laterally projecting cover walls 11 and 12 are attached to the V-shaped upwardly extending side walls 6 and 7 and
.5 außenseitig hieran abgewinkelte Seitenwände 8 und 9, die gegenüber den Wänden 6 und 7 kurz ausgebildet sind. Auf den Oberflächen der Deckwände 11 und 12 liegt der Trägerrahmen 15 eines Flächenmoduls 1, z. B. einer Solarzellenoder Solarkollektorenanordnung, auf und ist mittels der eingezeichneten Schrauben 16 festgeschraubt. Da alle Teile aus Stahl bestehen, ist zugleich eine wirksame Erdung der Haltevorrichtung gegeben, so dass die Solarzellen und deren Rahmen auf einfache Weise auf Erdmassepotential gelegt werden können, bzw. automatisch mit dem Anschrauben auf diese gelegt werden..5 on the outside, angled side walls 8 and 9, which are short compared to the walls 6 and 7. The support frame 15 of a surface module 1, e.g. a solar cell or solar collector arrangement, rests on the surfaces of the cover walls 11 and 12 and is screwed in place using the screws 16 shown. Since all parts are made of steel, the holding device is also effectively earthed, so that the solar cells and their frames can be easily connected to earth potential, or are automatically connected to it when screwed on.
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