PL248075B1 - Konstrukcja nośna paneli fotowoltaicznych - Google Patents

Abstract

Konstrukcja nośna paneli fotowoltaicznych zawierająca szyny montażowe, wsporniki, podpory charakterystyczna tym, że wspornik dolny (2) podpiera panel fotowoltaiczny 1A wzdłuż krawędzi dolnej 3A znajdującej się powyżej 30 cm nad konstrukcją budynku, do którego przymocowana jest szyna montażowa (8) a wspornik górny (4) podpiera panel fotowoltaiczny 1B wzdłuż krawędzi górnej 5B, gdzie panel fotowoltaiczny 1A i panel fotowoltaiczny 1B jest pochylony pod kątem od 10 do 30 stopni do poziomu, zaś wspornik dolny (2) jest podparty na dwóch podporach dolnych (6) i połączony z nimi, a wspornik górny (4) jest podparty na dwóch podporach górnych (7) i połączony z nimi, gdzie podpory dolne (6) i podpory górne (7) przymocowane są do szyn montażowych (8) przytwierdzonych do konstrukcji budynku, oraz skierowane na zewnątrz odpowiednio panelu fotowoltaicznego 1A i panelu fotowoltaicznego 1B pochylone pod kątem nie większym niż 80 stopni do szyn montażowych (8).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem rozwiązania jest konstrukcja nośna paneli fotowoltaicznych. Ujawnione rozwiązanie dotyczy konstrukcji nośnych przeznaczonych na dachy płaskie lub z nieznacznymi kątami nachylenia, w szczególności dla paneli fotowoltaicznych dwustronnych.

Instalacje fotowoltaiczne obecnie traktowane są jako wieloletnia inwestycja, której zwrot szacuje się na okres 6 do 10 lat, gdzie żywotność paneli fotowoltaicznych sięga do 30 lat. Panele fotowoltaiczne wciąż wykorzystują tylko znikomą część energii słonecznej. Poszukiwane są najróżniejsze rozwiązania by zwiększyć sprawność paneli. Stosunkowo nowym rozwiązaniem są moduły bifacialne, czyli dwustronne, gdzie obie strony ogniw panelu absorbują światło słoneczne. Druga strona panelu pozyskuje energię z promieni odbitych, w związku z tym niezmiernie istotne staje się miejsce montażu, a także konstrukcja nośna, która przyczynia się do zmniejszania dostępu światła. Liczne badania wykazały, że w warunkach wzorcowych (panel bez ograniczonego dostępu światła) w analogicznej pozycji do panelu fotowoltaicznego zamontowanego na konstrukcjach nośnych, przy współczynniku odbicia światła na poziomie 90% produkcja tylnej strony modułu dochodzi do 40% przedniej strony.

Znane ze stanu techniki są wolnostojące konstrukcje nośne przeznaczone do paneli dwustronnych.

We wzorze użytkowym CN213094111U ujawniono rozwiązanie konstrukcji nośnej, gdzie panel fotowoltaiczny osadzony jest bocznymi krawędziami na wspornikach, a wsporniki połączone są z podporami. Przedstawione w przykładzie wsporniki są dłuższe od długości krawędzi bocznych panelu. Górna podpora jest ustawiona pod kątem prostym do wsporników, a dolna jest pochylona w kierunku górnej. Podpory są zamontowane na dwóch szynach montażowych, równoległych do wsporników, za pomocą ruchomych łączników. W jednym z wariantów szyny są połączone ze sobą. Kąt nachylenia wspornika słonecznego można regulować ręcznie, dzięki ruchomym łącznikom.

Znany jest sposób i zespół do mocowania listew profilowanych do paneli fotowoltaicznych i/lub słonecznych na dachach płaskich opisany w patencie EP2362428B1. Układ posiada listwę laminatową wyposażoną we wzmocnienie włóknami i materiał osnowy, który otacza wzmocnienie włóknami i ma odpowiednią szerokość. Listwa z laminatu jest ułożona na płaskim dachu, a szyny profilowe są zamocowane na listwie z laminatu i sklejone ze sobą przez materiał osnowy listwy z laminatu. Szyny profilowe mają otwory umieszczone w powierzchni nośnej skierowanej w stronę dachu płaskiego. Materiał osnowy wypełnia otwory z lub bez wzmocnienia włóknami, które są wykonane z tkaniny lub siatki poliestrowej.

Celem rozwiązania jest zatem dostarczenie konstrukcji wsporczej modułów fotowoltaicznych, która zapewni najwyższą wydajność pracy dwustronnych modułów fotowoltaicznych możliwą do uzyskania w stałej pozycji panelu, biorąc pod uwagę dostęp światła do obu stron modułu wynikający z ustawienia modułu fotowoltaicznego oraz zacienienia wynikającego z samej konstrukcji wsporczej.

Według rozwiązania konstrukcja nośna modułów fotowoltaicznych zawierająca szyny montażowe, wsporniki, podpory jest charakterystyczna tym, że wspornik dolnym podpiera panel fotowoltaiczny A wzdłuż krawędzi dolnej A znajdującej się powyżej 30 cm nad podłożem, do którego przymocowana jest szyna montażowa, a wspornik górny podpiera panel fotowoltaiczny B wzdłuż krawędzi górnej B. Panel fotowoltaiczny A i panel fotowoltaiczny B jest pochylony pod kątem od 10 do 30 stopni do poziomu. Wspornik dolny jest podparty na dwóch podporach dolnych i połączony z nimi, a wspornik górny jest podparty na dwóch podporach górnych i połączony z nimi. Podpory dolne i podpory górne przymocowane są do szyn montażowych przytwierdzonych do konstrukcji budynku oraz skierowane na zewnątrz odpowiednio panelu fotowoltaicznego A i panelu fotowoltaicznego B, pochylone pod kątem nie większym niż 70 stopni do szyn montażowych. Poza zapewnieniem optymalnej ekspozycji do krawędzi bocznych (nie tworzy zacienienia). Wynika to z faktu, że panele kieruje się na południe, w związku z czym słońce wschodząc i zachodząc rzucając światło właśnie na bocznej krawędzie panelu. Kiedy słońce znajduje się w zenitalnej pozycji oświetla panel centralnie. Szeregowe połączenie elektryczne ogniw sprawia, że wszystkie ogniwa słoneczne w obszarze jednego panelu działają jak najsłabsze z nich. W obszarze dolnej części panelu żadne z ogniw nie jest zacienione jej elementami, wsporniki przylegają do ramy panelu, a podpory odchylone od pionu w kierunku wspieranych paneli są odsunięte od obszaru, w którym promienie oświetlające dolną część panelu ulegają rozproszeniu. Wpływa to na wzrost wydajności pracy każdego ogniwa dolnej powierzchni panelu. W dotychczasowych konstrukcjach efekt ten nie był brany pod uwagę. Konstrukcje wsporcze były tworzone pod panelami, nie zaś jak w przedstawionym rozwiązaniu pomiędzy nimi. Ponad to równomierne doświetlenie wszystkich ogniw wpływa na wzrost żywotności całego panelu, poprzez wykluczenie efektu „gorącego punktu”, który powstaje w mniejszym lub większym stopniu w obszarze ogniw, które są gorzej doświetlone od pozostałych.

Korzystnie wspornik dolny i wspornik górny są nie szersze niż rama panelu fotowoltaicznego, są cienkościennymi kształtownikami o profilu otwartym L-kształtnym przywierającymi do ramy panelu fotowoltaicznego. Doświetlenie zewnętrznych ogniw panelu jest bardzo zbliżone w obszarze całego obwodu panelu - wsporniki pozostają bez wpływu na pracę układu.

Korzystnie długość wspornika dolnego i wspornika górnego jest nie większa niż długość krawędzi dolnej A i krawędzi górnej B.

Korzystnie szyna montażowa ma ścianki boczne i podstawę, zawierającą liczne otwory. Konstrukcja szyny umożliwia montaż do konstrukcji budynku za pomocą kotw oraz też poprzez przyklejenie środkiem adhezyjnym lub uszczelnienie połączeń poprzez zalanie lepikiem, dzięki czemu nie dochodzi do przeciekania konstrukcji budynku w obszarze kotwienia.

Korzystnie szyna montażowa jest połączona z podporą dolną i podporą górną dwóch paneli fotowoltaicznych, znajdujących się w jednej kolumnie sąsiadujących rzędów konstrukcji nośnych. Dzięki temu upraszcza się proces montażu redukując elementy wymagającego mocowania do konstrukcji budynku oraz zapewnia się stały, zoptymalizowany dystans między kolejnymi rzędami.

Korzystnie, podpory dolne i podpory górne są pochylone pod kątem ostrym do szyny montażowej, ku modułowi fotowoltaicznemu. Pochylenie podpór zapewnia konstrukcji większą stabilność oraz w mniejszym stopniu wpływają na zacienienie spodniej części modułu fotowoltaicznego.

Korzystnie szyna montażowa jest połączona elementami dystansowymi z szynami montażowymi ustawionymi w jednej kolumnie.

Korzystnie, szyna montażowa ma ścianki boczne i podstawę, która zawiera liczne otwory. Umożliwia to zalanie szyny lepikiem, który przepływając przez otwory stworzy wiązania pomiędzy szyną a dachem.

Korzystnie, podpory dolne i podpory górne są kształtownikami o profilu otwartym C-kształtnym.

Korzystnie, podpory dolne i podpory górne połączone są odpowiednio z wspornikiem dolnym, wspornikiem górnym oraz szyną montażową połączeniem śrubowym, a w obszarach połączeń C-kształtne podpory dolne i podpory górne wypełniają rdzenie. Rdzenie mają za zadanie zwiększyć wytrzymałość na skręcanie i zgniatanie w obszarze połączeń obu elementów zapewniając stabilne połączenia.

Korzystnie, rdzenie rozciągają się na całej długości podpór dolnych i podpór górnych. Wypełnienie podpór rdzeniami zwiększa ich wytrzymałość na obciążenia gnące i skręcające konstrukcję, umożliwiając zastosowanie węższych podpór, a w związku z tym dopuszczenie większej ilości światła do spodniej części panelu.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany przykładami, które nie ograniczają jego zakresu. Wynalazek został przedstawiony na rysunkach:

• fig. 1 - konstrukcja nośna w rzucie aksonometrycznym • fig. 2 - zastosowanie konstrukcji nośnych w instalacjach fotowoltaicznych wielu panelach • fig. 3 - konstrukcja nośna w rzucie z boku • fig. 4 - rzut aksonometryczny konstrukcji nośnej z długim rdzeniem • fig. 5 - stopień doświetlenia spodniej strony panelu • fig. 6 - stan techniki: stopień doświetlenia spodniej strony panelu

W przykładowym rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 konstrukcja nośna paneli fotowoltaicznych zawierająca dwie szyny montażowe 8, dwa wsporniki 2, 4 i cztery podpory 6 i 7. Wspornik dolnym 2 podpiera panel fotowoltaiczny A 1A wzdłuż krawędzi dolnej A 3A znajdującej się powyżej 30 cm nad podłożem, do którego przymocowana jest szyna montażowa 8. Wspornik górny 4 podpiera panel fotowoltaiczny B 1B wzdłuż krawędzi górnej B 5B, gdzie panel fotowoltaiczny A 1A i panel fotowoltaiczny B 1B jest podchylony pod kątem od 10 do 30 stopni do poziomu. Wspornik dolny 2 jest podparty na dwóch podporach dolnych 6 i połączony z nimi połączeniem śrubowym, a wspornik górny 4 jest podparty na dwóch podporach górnych 7 i połączony z nimi połączeniem śrubowym. Podpory dolne 6 i podpory górne 7 przymocowane są połączeniem śrubowym do szyn montażowych 8 przytwierdzonych do konstrukcji budynku. Podpory dolne 6 i podpory górne 7 są skierowane na zewnątrz odpowiednio panelu fotowoltaicznego A 1A i panelu fotowoltaicznego B 1B, pochylone pod kątem 75 stopni do szyn montażowych 8. Wspornik dolny 2 i wspornik górny 4 są węższe niż rama panelu fotowoltaicznego 12, są cienkościennymi kształtownikami o profilu otwartym, L-kształtnym, przywierającymi do ramy panelu fotowoltaicznego (12). Długość wspornika dolnego 2 i wspornika górnego 4 jest nie większa niż długość krawędzi dolnej A 3A i krawędzi górnej B 5B. Szyna montażowa 8 ma ścianki boczne 9 i podstawę 10, zawierającą liczne otwory 11. Podpory dolne 6 i podpory górne 7 są kształtownikami o profilu otwartym C-kształtnym. W obszarach połączeń z pozostałymi elementami konstrukcji C-kształtne podpory dolne 6 i podpory górne 7 wypełnia łącznie osiem rdzeni 13. Rdzenie 13 są wykonane z tworzywa sztucznego.

Na fig. 2 pokazano sposób montażu paneli fotowoltaicznych na wyżej opisanych konstrukcjach nośnych.

Fig. 3 przedstawia zakres i kierunek w jakim poszczególne elementy są nachylone.

Na fig. 4 przedstawiono konstrukcję nośną, której podpory górne 7 wypełnione są rdzeniami 13 na całej długości.

Na figurze 5 i 6 przedstawiono stopień doświetlenia spodniej strony panelu fotowoltaicznego przy identycznej ekspozycji dla wsporników zgodnych z zaproponowaną konstrukcją nośną (fig. 5) oraz dla wsporników znanych ze stanu techniki, gdzie gabaryt profilu wspierającego ramkę panelu znacząco ją przekracza. W skrajnych przypadkach moc spodniej strony spada nawet o ponad 50%, co jest wynikiem zacienienia wspornikami skrajnych ogniw, a te połączone szeregowo w instalacji ograniczają moc pozostałych ogniw.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Konstrukcja nośna paneli fotowoltaicznych zawierająca szyny montażowe, wsporniki, podpory znamienna tym, że wspornik dolnym (2) podpiera panel fotowoltaiczny A (1A) wzdłuż krawędzi dolnej A (3A) znajdującej się powyżej 30 cm nad podłożem, do którego przymocowana jest szyna montażowa (8), a wspornik górny (4) podpiera panel fotowoltaiczny B (1B) wzdłuż krawędzi górnej B (5B), gdzie panel fotowoltaiczny A (1A) i panel fotowoltaiczny B (1B) jest pochylony pod kątem od 10 do 30 stopni do poziomu, zaś wspornik dolny (2) jest podparty na dwóch podporach dolnych (6) i połączony z nimi, a wspornik górny (4) jest podparty na dwóch podporach górnych (7) i połączony z nimi, gdzie podpory dolne (6) i podpory górne (7) przymocowane są do szyn montażowych (8) przytwierdzonych do konstrukcji budynku, oraz skierowane na zewnątrz odpowiednio panelu fotowoltaicznego A (1A) i panelu fotowoltaicznego B (1B), pochylone pod kątem nie większym niż 80 stopni do szyn montażowych (8).
2. 2. Konstrukcja według zastrz. 1 znamienna tym, że wspornik dolny (2) i wspornik górny (4) są nie szersze niż rama panelu fotowoltaicznego (12), są cienkościennymi kształtownikami o profilu otwartym, L-kształtnym, przywierającymi do ramy panelu fotowoltaicznego (12).
3. 3. Konstrukcja według zastrz. 1 albo 2 znamienna tym, że długość wspornika dolnego (2) i wspornika górnego (4) jest nie większa niż długość krawędzi dolnej A (3A) i krawędzi górnej B (5B).
4. 4. Konstrukcja według zastrz. 1 albo 2 albo 3 znamienna tym, że szyna montażowa (8) ma ścianki boczne (9) i podstawę (10), zawierającą liczne otwory (11).
5. 5. Konstrukcja według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 znamienna tym, że podpory dolne (6) i podpory górne (7) są kształtownikami o profilu otwartym C-kształtnym.
6. 6. Konstrukcja według zastrz. 5 znamienna tym, że podpory dolne (6) i podpory górne (7) połączone są odpowiednio z wspornikiem dolnym (2), wspornikiem górnym (4) oraz szyną montażową (8) połączeniem śrubowym, a w obszarach połączeń C-kształtne podpory dolne (6) i podpory górne (7) wypełniają rdzenie (13).
7. 7. Konstrukcja według zastrz. 6 znamienna tym, że rdzenie (13) rozciągają się na całej długości podpory dolnej (6) i podpory górnej (7).