PL249191B1 - Gruntowa konstrukcja wsporcza paneli fotowoltaicznych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest gruntowa konstrukcja wsporcza paneli fotowoltaicznych. Gruntowa konstrukcja wsporcza zawiera wsporniki, belkę nośną, słup osadzony w gruncie i charakteryzuje się tym, że na słupie (1), w części podziemnej znajdują się otwory (1.2), a słup (1) stanowi profil zamknięty.

Description

Przedmiotem rozwiązania jest gruntowa konstrukcja wsporcza paneli fotowoltaicznych. Ujawnione rozwiązanie dotyczy konstrukcji wsporczej paneli fotowoltaicznych, której słupy są osadzone w ziemi.

Obecnym kierunkiem rozwoju systemów fotowoltaicznych są panele bifacialne, czyli dwustronne. Wykorzystywanie promieni odbitych przez drugą stronę panelu definiuje na nowo wymagania stawiane konstrukcjom wsporczym. Szczególnie korzystne stają się wysokie konstrukcje słupowe, które minimalizują efekt zacienienia elementami konstrukcji i zapewniają większy dostęp światła do spodniej powierzchni panelu. Tego typu konstrukcje ustawione bezpośrednio na terenie gruntowym w celu zapewnienia odpowiedniej stabilności wymagają osadzenia elementów konstrukcyjnych w ziemi. Znane ze stanu techniki są wolnostojące konstrukcje wsporcze słupowe przeznaczone do paneli bifacialnych, których konstrukcje słupowe są osadzane w gruncie.

Z europejskiego patentu nr EP 3 608 605 B1 znane jest rozwiązanie słupowej konstrukcji wsporczej kotwiczonej w ziemi. W przedstawionym przykładzie wykonania elementy podpierające są pojedynczymi słupami zakotwiczonymi w podłożu. Alternatywnie mogą one stanowić część konstrukcji podstawy zakotwiczonej w podłożu. Na słupach zamontowana jest obrotowo belka nośna, a zaproponowane rozwiązanie połączenia belki nośnej ze słupami pozostawia jej możliwość obrotu w centralnej osi belki.

Istnieje również liczna grupa rozwiązań, które przewidują montaż słupów w przygotowanej strukturze gruntowej lub przystosowanym do tego celu fundamencie (m.in., US 10 008 975 B2, US 10 469 025 B2, US 11 296 649 B2, US 9 970 686 B2).

Konstrukcje wsporcze słupowe zazwyczaj wykorzystują dodatkowe elementy kotwiące słup bądź fundamenty. Stosowane do tej pory rozwiązania wymagają dodatkowych prac ziemnych.

Celem rozwiązania jest zaproponowanie konstrukcji wsporczej, które umożliwi osadzenie słupów bez dodatkowych robót ziemnych, poprzez wbicie ich w grunt.

Według rozwiązania gruntowa konstrukcja wsporcza paneli fotowoltaicznych zawierająca wsporniki, belkę nośną, słup osadzony w gruncie. Gruntowa konstrukcja wsporcza jest charakterystyczna tym, że na słupie, w części podziemnej znajdują się otwory, a słup stanowi profil zamknięty. Wykonane otwory przyczyniają się do znaczącego spadku siły potrzebnej do wbicia słupa w grunt. Zaproponowane rozwiązanie umożliwia osadzenie słupa w gruncie budowlanym bez konieczności prac ziemnych oraz bez użycia ciężkiego sprzętu. Wystarczające do wbijania są lekkie kafary automatyczne.

Korzystnie otwory zajmują pomiędzy 2% a 10% znajdującej się poniżej poziomu gruntu powierzchni ścian słupa. Proponowana powierzchnia otworów jest optymalna analizując korzyści płynące z redukcji siły potrzebnej do wbicia słupa w ziemię w stosunku do sztywności i wytrzymałości na ściskanie jaką profil zamknięty słupa konstrukcji wsporczej paneli fotowoltaicznych musi zachować.

Korzystnie słup stanowi prostokątny profil zamknięty.

Szczególnie korzystnie otwory zajmują 7% znajdującej się poniżej poziomu gruntu powierzchni ścian słupa.

Korzystnie na dwóch szerszych, przeciwległych ścianach mieszczą się symetrycznie ustawione ramiona kotwiące. Symetryczne ustawienie zapewnia równomierne działanie ramion kotwiących, co zmniejsza ryzyko odchylania się słupa od pionu.

Szczególnie korzystnie ramiona kotwiące stanowią powierzchnie wycięte ze ścian słupów z zachowaniem poziomej osi odgięcia w dolnej części ramion kotwiących. Podczas wbijania w ziemię słupa ramiona kotwiące nie wywołują dodatkowego opona pozostając w świetle profilu słupa. W procesie wbijania słupa dochodzi do ubijania gruntu, gdzie wyższe ciśnienie pojawia się po stronie wewnętrznej profilu. Taka sytuacja wywołuje rozpieranie ramion kotwiących, które w chwili wbijania odginają się na zewnątrz kotwiąc słup w gruncie. W chwili wyciągania słupa z ziemi napierający na powierzchnię ramion kotwiących grunt rozchyla je jeszcze bardziej a siła wymagana do wyciągnięcia słupa w wyniku tego wzrasta.

Najkorzystniej na osi odgięcia występują nacięcia ściany. Odpowiednie nacięcia ściany słupa w osi gięcia zmniejszają przekrój materiału ściany, który podlega procesowi gięcia, a w wyniku tego spada siła wymagana do odgięcia ramienia kotwiącego.

Korzystnie otwory znajdują się na dwóch szerszych przeciwległych ścianach.

Korzystnie otwory są prostopadłe do ścian i przelotowe względem profilu słupa.

Korzystnie otwory mają kształt zasadniczo prostokątny.

Korzystnie gruntowa konstrukcja wsporcza zawiera co najmniej jedną belkę nośną połączoną rozłącznie ze słupem i podpierającą co najmniej dwa, równoległe względem siebie wsporniki, poprzecznie zamocowane względem belki nośnej, gdzie kolejne belki nośne połączone są doczołowo za pomocą środków łączących.

Przedmiot rozwiązania został zilustrowany przykładami, które nie ograniczają jego zakresu. Rozwiązanie zostało przedstawione na rysunkach:

• fig. 1. - widok boczny gruntowej konstrukcji wsporczej • fig. 2. - widok frontowy gruntowej konstrukcji wsporczej • fig. 3. - widok aksonometryczny złożonej, dwumodułowej konstrukcji wsporczej • fig. 4. - widok aksonometryczny dwumodułowej konstrukcji wsporczej w stanie rozłożonym • fig. 5. - ramię kotwiące w stanie rozłożonym

Na fig. 1, fig. 2 i fig. 3 przedstawiono pierwszy przykład wykonania gruntowej konstrukcji wsporczej dla pięciu paneli fotowoltaicznych zawierającej sześć wsporników 2, dwie belki nośne 3, dwa słupy 1, gdzie słup 1 stanowi prostokątny profil zamknięty. W części podziemnej słupa 1 znajduje się sześć otworów 1.2 zajmujących 7% znajdującej się poniżej poziomu gruntu powierzchni ścian 1.1 słupa 1. Przykładowy słup 1 jest profilem zamkniętym o wymiarach 100 mm na 40 mm, o grubości 3 mm i długości 2,6 m, gdzie 1,5 m słupa zaprojektowane jest by znajdować się pod ziemią. Na dwóch szerszych, przeciwległych ścianach 1.1 mieszczą się po trzy prostokątne otwory 1.2 z zaokrąglonymi narożami jeden pod drugim. Otwory 1.2 są prostopadłe do ścian 1.1 i przelotowe względem całej szerokości profilu słupa 1. Poniżej otworów 1.2 znajdują się symetrycznie ustawione ramiona kotwiące 1.3, które stanowią prostokątne powierzchnie z zaokrąglonymi narożami wycięte ze ścian 1.1 słupów 1 z zachowaniem poziomej osi odgięcia 1.3.1 w dolnej części ramion kotwiących 1.3. W osi odgięcia 1.3.1 występują nacięcia 1.3.2 ścian 1.1. Każda belka nośna 3 jest połączona rozłącznie ze słupem 1 z wykorzystaniem dwóch kątowników 8 i podpiera trzy wsporniki 2. Belki nośne 3 połączone są doczołowo za pomocą środków łączących, w tym profilu C-kształtnego obejmującego belki nośne 3 i ośmiu połączeń śrubowych (śruba, podkładki, nakrętka). Wsporniki 2 są zamocowane poprzecznie i w zasadniczo centralnym punkcie na belce nośnej 3, w odległościach dostosowanej do szerokości paneli fotowoltaicznych. Wsporniki 2 są cienkościennymi kształtownikami o profilu otwartym i zawierają dwie ściany podporowe 4 oraz prostopadłe do nich ściany oporowe 5 połączone ścianą łączącą 6. Płaszczyzna ścian oporowych 5 jest zasadniczo pionowa, a ściany podporowe 4 wszystkich wsporników 2 w konstrukcji znajdują się w jednej płaszczyźnie. Dwie ściany podporowe 4 sąsiadujących wsporników 2 znajdują się pomiędzy ścianami oporowymi 5. Odległość między ścianami oporowymi 5 sąsiadujących wsporników 2 jest 2 mm większa od szerokości panelu fotowoltaicznego. Alternatywnie szerokość ta może być większa od szerokości panelu fotowoltaicznego maksymalnie o 20 mm. Połączenie jest wykonane za pomocą dwóch części wsporczych 7 (kątowników) przykręconych do przeciwnych stron belki nośnej 3 i górną powierzchnią przykręconych do ściany łączącej 6 wspornika 2 z wykorzystaniem środków łączących 9 (standardowych elementów połączeń 5 śrubowych).

W innym przykładzie realizacji pokazanym na fig. 4 konstrukcja odróżnia się od pierwszego przykładu tym, że są cztery wsporniki 2, ustawione po dwa na belkę nośną 3, w osi odgięcia nie występują nacięcia 1.3.2. W stanie rozłożonym widoczne są elementy łączące 10 belki nośne 3 - obejma 10.1 w kształcie litery C dopasowana do zewnętrznej powierzchni belek nośnych 3 oraz wkładka 10.2 w kształcie prostokątnej płytki dopasowana do wewnętrznej powierzchni ściany bocznej belki nośnej 3 przez którą poprowadzone są środki łączące 9 realizujące to połączenie.

Na fig. 5 przedstawiono ramiona kotwiące 1.3 w stanie rozłożonym.

Claims (11)

1. Gruntowa konstrukcja wsporcza paneli fotowoltaicznych zawierająca wsporniki, belkę nośną, słup osadzony w gruncie, znamienna tym, że na słupie (1), w części podziemnej znajdują się otwory (1.2), a słup (1) stanowi profil zamknięty.

2. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory (1.2) zajmują pomiędzy 2% a 10% znajdującej się poniżej poziomu gruntu powierzchni ścian (1.1) słupa (1).

3. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że słup (1) stanowi prostokątny profil zamknięty.

4. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że otwory (1.2) zajmują pomiędzy 6% a 8% znajdującej się poniżej poziomu gruntu powierzchni ścian (1.1) słupa (1).

5. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienna tym, że na dwóch szerszych, przeciwległych ścianach (1.1) mieszczą się symetrycznie ustawione ramiona kotwiące (1.3).

6. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienna tym, że ramiona kotwiące (1.3) stanowią powierzchnie wycięte ze ścian (1.1) słupów (1) z zachowaniem poziomej osi odgięcia (1.3.1) w dolnej części ramion kotwiących (1.3).

7. Gruntowa konstrukcja według zastrz. 6, znamienna tym, że na osi odgięcia (1.3.1) występują nacięcia (1.3.2) ściany (1.1).

8. Gruntowa konstrukcja według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że otwory (1.2) znajdują się na dwóch szerszych przeciwległych ścianach (1.1).

9. Gruntowa konstrukcja według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że otwory (1.2) są prostopadłe do ścian (1.1) i przelotowe względem profilu słupa (1).

10. Gruntowa konstrukcja według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że otwory (1.2) mają kształt zasadniczo prostokątny.

11. Gruntowa konstrukcja według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że zawiera co najmniej jedną belkę nośną (3) połączoną rozłącznie ze słupem (1) i podpierającą co najmniej dwa, równoległe względem siebie wsporniki (2), poprzecznie zamocowane względem belki nośnej (3), gdzie kolejne belki nośne (3) połączone są doczołowo za pomocą elementów łączących (10).