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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines gerahmten Solarmoduls. Das gerahmte Solarmodul weist eine Rahmenkonstruktion auf, in der eine Laminatplatte entlang ihrer Außenkanten eingefasst ist.
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Die Rahmenkonstruktion eines Solarmoduls weist häufig vier ein- oder mehrteilig ausgebildete Rahmenteile mit jeweils einen im Querschnitt U-förmigen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer scheibenartigen Laminatplatte auf. Im Falle einer rechteckigen Laminatplatte weist die Rahmenkonstruktion üblicherweise zwei – relativ zu den beiden anderen Rahmenteilen gesehen – lange Rahmenteile und zwei – relativ zu den beiden anderen Rahmenteilen gesehen – kurze Rahmenteile auf, deren Aufnahmebereiche jeweils eine Außenkante der Laminatplatte umgreifen. Die langen Rahmenteile definieren eine Längsrichtung des Solarmoduls, und die kurzen Rahmenteile definieren eine Querrichtung des Solarmoduls.
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Die Laminatplatte ist häufig als Glasscheibe ausgebildet, auf der als so genannte Strings elektrisch miteinander verschaltete Solarzellen angeordnet sind, die mit einer dauerhaft wetterbeständigen Kunststofffolie abgeklebt sind. Die Glasscheibe bildet die Frontseite der Laminatplatte aus, und die wetterbeständige Kunststofffolie bildet die Laminatplatten-Rückseite. Der U-förmige Aufnahmebereich der Rahmenkonstruktion ist üblicherweise mittels zwei durch einen Verbindungsabschnitt verbundene und einander gegenüberliegende Schenkel gebildet. Diese werden abschnittsweise oder komplett mit Außenkanten der Laminatplatte verklebt und/oder verklemmt, so dass die Rahmenkonstruktion die Laminatplatte als Rahmen entlang ihrer Außenkanten umgibt. Dadurch wird die Stabilität und Verwindungssteifigkeit der Laminatplatte erhöht und/oder über die Rahmenkonstruktion eine Montagemöglichkeit geschaffen und/oder ein Kantenschutz für die Laminatplatte gewährleistet.
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Der nicht mit der Rahmenkonstruktion kombinierte Laminat-Schichtaufbau von Glasscheibe, Solarzellenstrings, Einbettungspolymeren und wetterbeständiger Kunststofffolie wird im Rahmen dieser Erfindung als Laminatplatte bezeichnet. Die Kombination aus der Laminatplatte mit der Rahmenkonstruktion wird als Solarmodul bezeichnet. Der Unterschied zwischen den Begriffen „Solarmodul” und „Laminatplatte” besteht darin, dass das Solarmodul im Vergleich zur Laminatplatte weiterhin eine Rahmenkonstruktion und ggf. Klebemittel und/oder Klemmmittel zum Verkleben und Verklemmen der Rahmenkonstruktion mit der Laminatplatte oder andere Befestigungsmittel aufweist.
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Das Solarmodul ist üblicherweise bei Betrieb mit der Frontseitenscheibe der Laminatplatte zur Bodenebene geneigt angeordnet und Wind und Wetter ausgesetzt. Die Rückseite des Solarmoduls, die die Rückseite der Laminatplatte aufweist, wird üblicherweise auf einer Unterkonstruktion mit mindestens einer Strebe angeordnet, die beispielsweise an ein Dach montierbar ist. Die mindestens eine Strebe ist nach dem Montagevorgang zwischen zwei gegenüber liegenden Außenkanten der Laminatplatte und beabstandet durch eine Freiraumhöhe von der Laminatplatte angeordnet. D. h., bei der Befestigung des Solarmoduls an der Unterkonstruktion entsteht durch die Höhe der Rahmenkonstruktion ein typischer Abstand zwischen der Unterkonstruktion und der Rückseite der Laminatplatte des Solarmoduls. Diese Höhe wird als Freiraumhöhe bezeichnet. Bei starken und/oder dynamischen Auflasten verursacht beispielsweise durch Wind und/oder Schnee kann das Solarmodul und insbesondere die Laminatplatte derart stark deformiert werden, dass es bzw. sie in mechanischen Kontakt mit der Unterkonstruktion tritt. Häufiges Aufschlagen an diesen Stellen kann zu Beschädigungen an der Rückseite des Solarmoduls insbesondere der Laminatplatte oder sogar zu Solarzellbruch im Solarmodul führen. Wird das Solarmodul beispielsweise an den durch die beiden langen Rahmenteile definierten Solarmodulseiten bei einer Vier-Punkt-Klemmung montiert und belastet, kann dies zu einer Durchbiegung der Laminatplatte des Solarmoduls führen, die einer Wannenform entspricht. Durch die Wannenform werden die Solarzellen unterschiedlichen Spannungsrichtungen sowie derart kleinen Biegeradien ausgesetzt, dass dies zu einer erhöhten Bruchwahrscheinlichkeit führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Montage eines gerahmten Solarmoduls bereitzustellen, mit dem ein montiertes Solarmodul erhalten wird, das eine möglichst geringe Beschädigungswahrscheinlichkeit durch Wind- und Wettereinflüsse aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, dass an der Strebe und/oder an der Laminatplatte im Laminatplatten-Bereich mindestens ein mechanisch wirkendes Pufferelement befestigt wird, das die Freiraumhöhe reduziert oder dass das Solarmodul mit mindestens einem im Laminatplatten-Bereich befestigten mechanisch wirkenden Pufferelement bereitgestellt wird, das die Freiraumhöhe reduziert.
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Durch das entweder mit dem Solarmodul vormontiert bereitgestellte Pufferelement oder durch den Verfahrensschritt angeordnete Pufferelement wird eine Durchbiegung der Laminatplatte des Solarmoduls reduziert bzw. werden die Biegeradien der Solarzellen in Solarmodul-Querrichtung während der Solarmodulbelastung beispielsweise durch Schnee und/oder Wind erhöht. Zudem können Spannungsrichtungen und eine Durchbiegung der Laminatplatte des Solarmoduls in Längsrichtung- und/oder Querrichtung reduziert werden. Weiterhin wird der Biegeradius des Solarmoduls in Solarmodul-Längsrichtung erhöht, was die Wahrscheinlichkeit von Glas- und Solarzellbruch signifikant reduziert. Eine bessere Verteilung der Solarmodullast über die Rückseite des Solarmoduls auf die Unterkonstruktion wird erreicht. Insgesamt wird daher ein montiertes Solarmodul erhalten, das eine deutlich reduzierte Beschädigungswahrscheinlichkeit aufweist. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer und einer geringeren Ausfallwahrscheinlichkeit.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Reduzierung der Freiraumhöhe auch einen Wegfall der Freiraumhöhe, da dies eine Reduktion auf Null darstellt.
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Vorzugsweise weist das Pufferelement eine Dicke auf, die kleiner oder gleich der Freiraumhöhe ist. Die Dicke des Pufferelements ist eine Abmessung des Pufferelements, die sich parallel zur Freiraumhöhe erstreckt. Dadurch reduziert sich die Freiraumhöhe, es kann jedoch ein Abstand zwischen der Laminatplatte und der Strebe bestehen bleiben. Dadurch kann Schimmelbildung und/oder Frostbildung in dem Bereich zwischen Laminatplatten-Bereich, Pufferelement und Strebe effektiv vermieden werden, da sich Wasser und Feuchtigkeit in diesem Bereich nicht festsetzen können.
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Der gewünschte Effekt wird jedoch auch durch ein Pufferelement erzielt, das eine Dicke aufweist, die größer ist als die Freiraumhöhe. Diese Variante ist jedoch nur möglich, wenn sich das Pufferelement auf die Freiraumhöhe komprimieren lässt und dazu aus einem entsprechenden Werkstoff ausgewählt wird. In dieser Ausgestaltung ist das Pufferelement derart verformbar, dass es im komprimierten Zustand zwischen den Laminatplatten-Bereich und die Strebe eingepasst werden kann.
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Die Längenabmessung des Pufferelements, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Solarmoduls erstreckt, liegt vorzugsweise im Bereich von 250 und 800 mm. Die Breitenabmessung des Pufferelements, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zur Querrichtung des Solarmoduls erstreckt, liegt vorzugsweise im Bereich von 200 bis 800 mm.
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Das Pufferelement kann aus einem weichen, flexiblen, harten, vorzugsweise wärmeleitfähigen Material hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Material des Pufferelements flexibel. Das Pufferelement weist vorzugsweise ein Elastizitätsmodul im Bereich von 0,01 und 10 kN/mm2 auf.
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Vorzugsweise wird das Pufferelement ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gummi, Kunststoff und/oder Metall. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Gummi. Unter einem Gummi ist vorzugsweise ein elastischer aber strapazierfähiger Feststoff wie beispielsweise vulkanisierter Kautschuk zu verstehen. Beispiele für Gummi sind Styrol-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk und Polyisopren-Kautschuk. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Kunststoff. Als Kunststoff wird vorzugsweise ein elastischer Kunststoff wie ein Elastomer ausgewählt. Elastomere sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, die sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen können aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurückbilden. Beispielsweise können Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester, Polyurethan und/oder Polyvinylchlorid eingesetzt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Metall. Der Kunststoff und/oder das Metall weisen vorzugsweise eine sehr hohe UV-Beständigkeit, Formbeständigkeit und Verrottungsfestigkeit auf. Der Kunststoff kann aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein, vorzugsweise handelt es sich bei dem Kunststoff um ein Kunststoffgemisch. Vorzugsweise ist das Pufferelement gut wärmeleitfähig. In diesem Falle kann der Kunststoff weiterhin einen metallischen Zusatzstoff oder Graphit zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Vorzugsweise ist das Pufferelement als Schaumstoff, als Sandwich-Material und/oder als Flüssigkeitskissen ausgebildet. Das Pufferelement kann daher ein- oder mehrteilig ausgestaltet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Schaumstoff. Unter einem Schaumstoff ist ein Kunststoff zu verstehen, dessen Struktur durch viele Zellen d. h. vom Grundmaterial wie beispielsweise Kunststoff eingeschlossene Hohlräume, Poren gebildet wird. Ein Schaumstoff ist daher ein Material, das aus einem festen Kunststoff und einem darin dispergierten Gas wie Luft besteht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem im Verfahren eingesetzten Schaumstoff um einen geschlossenzelligen Schaumstoff, d. h. einem Schaumstoff, bei dem Wände zwischen den einzelnen Zellen komplett geschlossen sind. Dadurch kann sich kein Wasser oder eine andere Flüssigkeit in dem Pufferelement einlagern. Alternativ kann auch ein Schaumstoff eingesetzt werden, der eine geschlossene Außenhaut und einen zelligen Kern aufweist, wobei die Dichte vorzugsweise zur Kernmitte hin abnimmt. Der Vorteil von Schaumstoff ist, dass er eigenspannungsfrei ist und ein geringes Gewicht aufweist. Das Grundmaterial des Schaumstoffs kann Kunststoff und/oder Gummi sein. Der Schaumstoff kann als Hart- oder Weichschaum ausgebildet sein. Als Schaumstoff kann ein thermoplastischer Schaumstoff beispielsweise expandiertes Polyethylen (EPE), expandiertes Polystyrol (PS-E), expandiertes Polypropylen (PP-E) oder expandiertes Polyvinylchlorid (PVC-E), ein elastomerer Schaumstoff beispielsweise Zellkautschuk wie Naturkautschuk (NR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Chloropren-Kautschuk (CR) oder Nitrilkautschuk (NBR), eingesetzt werden. Auch der Einsatz von Polyurethan(PUR)-Weichschaum, Phenolformaldehyd, Melaminharz, Harnstoff-Formaldehyd sowie Epoxidharze und ungesättigte Polyesterharze können als Schaumstoff eingesetzt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Sandwich-Material. Unter einem Sandwich-Material ist ein drei- oder mehrschichtiges Material zu verstehen, dass einen Schichtaufbau aus einer ersten Deckschicht/mindestens einer Zwischenschicht/und einer zweiten Deckschicht aufweist. Die mindestens eine Zwischenschicht kann Metallwaben oder einen Schaumstoff aufweisen. Sie dient insbesondere zum Übertragen von auftretenden Schubkräften und Stützen der Deckschichten. Als erste und zweite Deckschichten kommen beispielsweise Blech oder Faserverbundwerkstoffe in Frage.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement ein Flüssigkeitskissen. Unter einem Flüssigkeitskissen wird ein kissenförmiges gelgefülltes Material verstanden.
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Vorzugsweise wird entlang der Strebe eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Pufferelemente befestigt. Dadurch kann eine auftretende Belastung besser abgepuffert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird entlang der Strebe ein einziges Pufferelement befestigt wird, das sich zwischen zwei gegenüberliegenden Außenkanten des Solarmoduls erstreckt. Dadurch kann eine auftretende Belastung entlang der Strebe abgepuffert werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Strebe parallel zur Querrichtung des Solarmoduls.
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Vorzugsweise wird das Pufferelement an der Strebe und/oder an der Laminatplatte durch eine Klebung befestigt. Eine Verklebung des Pufferelements mit der Laminatplatte ist besonders vorteilhaft, wenn das Pufferelement vor der Montage an die Strebe zusammen mit der Laminatplatte bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich wird das Pufferelement an der Strebe und/oder an der Laminatplatte durch eine Klemmung befestigt. Die Klemmung kann beispielsweise durch Einstecken des Pufferelements zwischen die Strebe und die Laminatplatte oder dadurch realisiert werden, dass die Dicke des Pufferelements größer ist als die Freiraumhöhe. Alternativ lässt sich die Klemmung durch den Einsatz separater Klemmmittel realisieren.
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Vorzugsweise wird das Pufferelement derart ausgewählt, dass es zwischen der Strebe und der Laminatplatte eine maximale Dicke aufweist, die in seitlicher Richtung von der Strebe aus gesehen abnimmt. Die Dicke kann in seitlicher Richtung von der Strebe aus gesehen stufenförmig abnehmen. Vorzugsweise wird das Pufferelement derart ausgewählt, dass die Dicke des Pufferelements in seitlicher Richtung von der Strebe aus gesehen stetig abnimmt. Mittels dieser Verfahrens- bzw. Montagevariante können am Übergangsbereich zwischen den Abschnitten der Laminatplatte, die von dem Pufferelement mechanische gestützt werden, hin zu den Abschnitten der Laminatplatte, die nicht vom Pufferelement gestützt werden auftretende mechanische Spannungsspitzen reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Pufferelement wärmeleitfähig. Dadurch wird ein guter Wärmeabtransport bei Betrieb des Solarmoduls gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich weist das Pufferelement Kühlrippen auf, die den Wärmeabtransport von der Laminatplatte erhöhen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein externes Kühlsystem an der Rückseite des Solarmoduls angeordnet. Beispielsweise können Kühlrippen an die von der Laminatplatte abgewandten Seite des Pufferelements montiert werden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften des Verfahrens zur Montage des Solarmoduls werden anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Die Figuren sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigt:
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1 und 2 schematisch einen Verfahrensablauf zur Montage eines gerahmten Solarmoduls;
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3 und 4 schematisch einen weiteren Verfahrensablauf zur Montage eines gerahmten Solarmoduls;
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5 schematisch eine Draufsicht auf ein montiertes Solarmodul; und
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6 eine schematische Teil-Querschnittsansicht entlang der in 4 gezeigten Linie A-A.
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1 und 2 zeigen schematisch einen Verfahrensablauf zur Montage eines gerahmten Solarmoduls. Sie zeigen jeweils schematisch eine perspektivische Teilansicht eines auf einer Strebe 30 einer Unterkonstruktion 3 zu montierenden Solarmoduls bzw. eines montierten Solarmoduls.
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Das in 1 gezeigte zu montierende Solarmodul weist eine Rahmenkonstruktion 1 und eine Laminatplatte 2 auf. Die Laminatplatte 2 ist entlang ihrer Außenkanten (nicht gezeigt) in der Rahmenkonstruktion 1 eingefasst. Die Rahmenkonstruktion 1 weist zwei – relativ zu den beiden anderen Rahmenteilen (von denen eins gezeigt ist) gesehen – lange Rahmenteile 10 und zwei – relativ zu den beiden Rahmenteilen 10 gesehen – kurze Rahmenteile 11, von denen eins gezeigt ist, auf. Die U-förmigen Aufnahmebereiche (nicht gezeigt) der Rahmenteile 10, 11 umgreifen jeweils eine Außenkante (nicht gezeigt) der Laminatplatte 2. Die Laminatplatte 2 weist eine Glasscheibe (nicht gezeigt) als Frontseitenscheibe, auf der als so genannte Strings elektrisch verschaltete Solarzellen (nicht gezeigt) angeordnet sind, die mit einer dauerhaft wetterbeständigen Kunststofffolie verkapselt sind, die die Rückseite 22 der Laminatplatte 2 darstellt. Das Solarmodul ist auf eine Unterkonstruktion 3 montiert, die eine Strebe 30 aufweist, die in einem Laminatplatten-Bereich 21 zwischen zwei gegenüber liegenden Außenkanten (nicht gezeigt) der Laminatplatte 2 und beabstandet durch eine Freiraumhöhe H von der Rückseite 22 der Laminatplatte 2 auf Bereichen (nicht gezeigt) der beiden langen Rahmenteilen 10 zu liegen kommen. Die Bereiche der langen Rahmenteile 10 liegen auf der Strebe 30 auf, die sich parallel zur Querrichtung und den beiden kurzen Rahmenteilen 11 des Solarmoduls erstreckt.
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In der Freiraumhöhe H im Laminatplatten-Bereich 21 wird ein Pufferelement 4 beispielsweise aus einem verformbaren Werkstoff befestigt. Das ist in 2 gezeigt. Das mechanisch wirkende Pufferelement 4 wird durch Einstecken in die Freiraumhöhe H zwischen einem Teil des Laminatplatten-Bereichs 21 und der Strebe 30 befestigt. Dadurch wird die Freiraumhöhe H auf null reduziert. Das Pufferelement 4 ist beabstandet zu den langen und kurzen Rahmenteilen 10 und 11 angeordnet. Es weist eine Dicke d auf, die gleich oder größer ist als die Freiraumhöhe H.
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3 und 4 zeigen schematisch einen weiteren Verfahrensablauf zur Montage eines gerahmten Solarmoduls. Sie zeigen jeweils schematisch eine Draufsicht auf die Rückseite des zu montierenden bzw. montierten Solarmoduls.
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Das in 3 gezeigte zu montierende Solarmodul weist eine Rahmenkonstruktion 1 und eine Laminatplatte 2 auf. Der Aufbau der Rahmenkonstruktion 1 und der Laminatplatte 2 und des Solarmoduls entsprechen dem Aufbau der in 1 gezeigten und in Bezug zu 1 beschriebenen Rahmenkonstruktion 1 und Laminatplatte 2 und Solarmodul. Auf der Rückseite 22 der Laminatplatte 2 sind zwei Pufferelemente 4 mittels Verklebung befestigt. Sie sind jeweils beabstandet zu den langen und kurzen Rahmenteilen 10, 11 angeordnet. In der in 3 gezeigten Form wird das Solarmodul zur Montage auf einer Unterkonstruktion (nicht gezeigt) bereitgestellt. Anschließend wird das Solarmodul an der Unterkonstruktion 3 befestigt, wie in 4 gezeigt ist, die das montierte Solarmodul zeigt. Die Unterkonstruktion 3 weist beispielhaft zwei Streben 30 auf, die parallel zueinander und zu den kurzen Rahmenteilen 11 angeordnet sind. Die Streben 30 liegen auf den langen Rahmenteilen 10 auf. Weiterhin ist jede Strebe 30 mit einem Pufferelement 4 verklebt. Die Pufferelemente 4 reduzieren jeweils die Freiraumhöhe (nicht gezeigt), die zwischen den Streben 30 und einem Laminatplatten-Bereich (nicht gezeigt) der Laminatplatte 2 angrenzend zu den Pufferelementen 4 entlang der jeweiligen Strebe 30 vorhanden ist. Die zwischen den Streben 30 und der Laminatplatte 2 vorhandene Freiraumhöhe wird durch die Pufferelemente 4 im Bereich ihrer Anordnung auf Null reduziert. Die zwei Streben 30 sind jeweils an einem Endabschnitt (nicht gezeigt) des jeweiligen Pufferelements 4 angeordnet, die einander zugewandt sind.
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5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein montiertes Solarmodul. Das Solarmodul entspricht dem in 4 gezeigten Solarmodul mit dem Unterschied, dass sich die Pufferelemente 4 jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Außenkanten (nicht gezeigt) des Solarmoduls parallel zu den kurzen Rahmenteilen 11 über die gesamte Breite erstrecken und dass die Streben 30 jeweils an einem Endabschnitt (nicht gezeigt) des jeweiligen Pufferelements 4 angeordnet sind.
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6 zeigt eine schematische Teil-Querschnittsansicht entlang der in 3 gezeigten Linie A-A. Das Pufferelement 4 ist derart ausgewählt worden, dass es zwischen der Strebe 30 und der Laminatplatte 2 eine maximale Dicke dm aufweist, die in seitlicher Richtung von der Strebe 30 aus gesehen abnimmt. Die Dicke des Pufferelements 4 nimmt in seitlicher Richtung von der Strebe 30 aus gesehen stetig ab. Das kurze Rahmenteil 11 weist einen u-förmigen Aufnahmebereich 12 auf, der eine Außenkante 20 der Laminatplatte 2 umgreift.
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Bezugszeichenliste
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- D
- Dicke
- Dm
- maximale Dicke
- H
- Freiraum-Höhe
- 1
- Rahmenkonstruktion
- 10
- langes Rahmenteil
- 11
- kurzes Rahmenteil
- 12
- Aufnahmebereich
- 2
- Laminatplatte
- 20
- Außenkante
- 21
- Laminatplatten-Bereich
- 22
- Rückseite
- 3
- Unterkonstruktion
- 30
- Strebe
- 4
- Pufferelement