WO2009086803A2 - Photovoltaikelement, trägerstruktur, verfahren zur montage einer trägerstruktur und kraftwerk dazu - Google Patents

Photovoltaikelement, trägerstruktur, verfahren zur montage einer trägerstruktur und kraftwerk dazu Download PDF

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Definitions

  • Photovoltaic element support structure, method for mounting a support structure and power plant thereto
  • the invention relates to a photovoltaic element, in particular a thin-film module comprising an electrically contacted laminate, which is fixed with its back on a support body, a support structure with parallel aligned profiles for at least one photovoltaic element with a rear support body, in particular a thin film module ,
  • a method for mounting a support structure comprising a plurality of parallel aligned profiles for several photovoltaic elements, in particular thin-film modules, wherein the profiles are aligned parallel to each other at least two perpendicular thereto arranged support profiles, and a power plant to do so.
  • Thin-film cells differ from crystalline solar cells based on silicon wafers on the one hand by their respective production processes and the layer thicknesses of the materials used and on the other by the physical properties of the amorphous material used in the thin-film cells, the properties crystalline silicon are different. Compared to crystalline solar cells made of silicon wafers, thin-film cells made of amorphous silicon (a-Si: H) are often about 100 times thinner.
  • the thin-film cells are usually applied by deposition of the material from the gas phase directly onto a support material, which may be, for example, glass, sheet metal or plastic.
  • microcrystalline silicon ⁇ c-Si: H
  • gallium arsenide GaAs
  • cadmium telluride CdTe
  • copper indium gallium
  • the efficiency is not the sole criterion in the selection of solar cells, as often the cost at which electricity from the solar cells can be produced, a decisive factor, the production methods used, the cost of the materials used, the cost of the complete Modules and their installation costs are not insignificant. In this context, the cost-effective and large-scale production of thin-film modules is advantageous.
  • the carrier assembly group is provided with mounting strips for connection to adjacent carrier assembly groups without adapter elements. If the carrier assembly group is to have a relatively high rigidity, the carrier body comprises a lavishly designed plastic base body with an embedded metal reinforcement.
  • DE 699 30 588 T2 shows a frame system for photovoltaic modules, which have a composite of several rails frame for mechanical stabilization and attachment.
  • the known solutions for mounting thin-film photovoltaic modules are disadvantageous in that the thin-film photovoltaic modules always have a multi-part frame which both stabilizes the thin-film photovoltaic modules and also serves for their attachment.
  • the frame which is usually made of aluminum profiles, incurs costs associated with the investment costs of a
  • Photovoltaic system must be taken into account and partially offset the cost advantage by the relatively cheap production of the thin-film photovoltaic modules. Furthermore, the frame has a negative effect on the weight of the thin-film photovoltaic module, which in particular makes it difficult to handle during assembly of the photovoltaic system.
  • a photovoltaic element a support structure, a method for mounting a support structure and a power plant of the type mentioned create, which is or manufacture cost-effective or realize.
  • the object is achieved in a photovoltaic element in that the support body has at its side edges means for non-positive or positive fixing to a support structure.
  • the means are preferably designed as bores in the support body and plug pins or suspensions.
  • plug-in pins which usually have a head and a shaft and can also be designed as a rivet or screw, rapid assembly of the photovoltaic element is possible.
  • structure-side suspensions which engage in the holes conceivable.
  • the means are designed as bends. The bends can serve as mounting fixtures during assembly and at the same time stabilize the photovoltaic element.
  • the supporting body is angled at its side edges projecting beyond the laminate such that it is resistant to deformation is stabilized in a direction offset to the side edges.
  • the support body is angled at its on the lamina projecting side edges such that it is stabilized against deformation in a direction offset to the side edges direction.
  • the photovoltaic element in a separate frame to stabilize it.
  • Simple and cost-effective folding of opposite side edges that protrude beyond the laminate counteracts undesirable deformation and possibly resulting damage.
  • the support body is rectangular in shape and fixed to a support structure, it is sufficient to reshape the longitudinal side edges accordingly, so that during assembly of the photovoltaic element using appropriate support devices, the laminate is not damaged by deformation of the support body. After assembly, the photovoltaic element can be stabilized by further measures for its use.
  • the parallel aligned side edges L-shaped folded.
  • the L-shaped bevel initially stabilizes the photovoltaic element so that it can be handled without destruction.
  • the L-shaped fold serves to hang in an associated profile of a support structure and can serve for secure attachment after further forming processes, such as rolling or crimping.
  • the mutually parallel side edges are bent in a U-shape, wherein the free leg of the fold below the back of the laminate is parallel and spaced aligned with the support body.
  • the U-shape of the side edges also offers the possibility of being hooked into a correspondingly shaped profile of a support structure.
  • the support body does not affect the total weight of the Photovoltaikele- ment not too negative, the support body is advantageously made of a reinforced plastic.
  • the reinforcement is designed as a wire mesh.
  • the support body of the plastic is a thermoplastic, which can be subjected to, for example, a hot forming, and the reinforcement is encapsulated.
  • the reinforcement can also be formed by a fiber reinforcement.
  • the support body is made of a thin sheet.
  • a thin sheet means a hot or cold rolled sheet having a thickness of up to 3 mm, preferably between 0.4 mm and 1 mm.
  • the support body consists of a stainless sheet, in particular a galvanized sheet steel, an aluminum sheet or a stainless steel sheet. The thin sheet is easy to work on a construction site during assembly of the support structure with manual means.
  • the object is achieved in a support structure with parallel aligned profiles for at least least a thin film photovoltaic module solved in that the profile has means for non-positive or positive fixing of the support body.
  • a photovoltaic system can be manufactured quickly and inexpensively using such a carrier structure with positively or positively fixed photovoltaic elements.
  • the photovoltaic element is held under tensile stress between the profiles.
  • the minimum tensile stress is in particular 0.02 kN / cm 2 , preferably 0.2 kN / cm 2 and preferably 2 kN / cm 2 .
  • the means comprise bores for receiving plug-in pins protruding from the support body.
  • the means comprise at least one extension for suspending the angled side edges of the support body of the photovoltaic element.
  • the profiles can be moved and fixed to the support structure in such a way that the support bodies suspended in the extensions or fixed by means of the plug-in pins are subjected to tension and thus have a relatively small deformation.
  • the preload counteracts deformation caused by wind or snow and possibly resulting damage. Due to the tensile load, it is possible to make the support body thin and therefore cost-effective, since the stiffness increases with the stretching and with the same stability, a weight saving compared to a non-prestressed supporting body can be achieved.
  • the extension of the profile is angular or T-shaped and a leg of the extension of the U-shaped folded side edge of the support body overlapped.
  • a T-shaped configuration of the extension has a relatively large support surface for the support body, whereby the assembly of the photovoltaic element is simplified.
  • the U-shaped fold of the side edge can for example be made by crimping a preformed side edge on the construction site, wherein the fold is bent directly around the leg of the extension.
  • the profile has two parallel and zuein ⁇ other spaced projections for suspending the angled side edges of two adjacent support bodies.
  • Such a profile is suitable for use in large-scale photovoltaic systems with a multiplicity of photovoltaic elements.
  • the support body is advantageously held by means of at least one clamping element on the profile.
  • a typical support body with a length of for example 10 to 1 m, in particular 8 to 4 m, preferably 5.6 m and a width of in particular 2 to 0.1 m, preferably 1 to 0.2 m and advantageously about 0.4 m can be held by, for example, 4 to 8 evenly distributed over the length rectangular clamping elements.
  • the clamping element of an upper part and an associated lower part composed.
  • the clamping element preferably has indentations on opposite sides for the clamping engagement of legs of adjacent extensions of the profile with the bevelled side edge of the carrier body fixed thereto.
  • a groove for slidingly receiving a nut or a head of a screw for screw fastening the clamping element is formed between the extensions of the profile.
  • at least one screw can be rotatably held in the groove slidably and the upper part and the lower part of the clamping element are attached to the screw and bolted to a nut.
  • a plurality of profiles aligned parallel to one another are fixed to support profiles arranged perpendicular thereto, wherein in each case a rectangular-shaped photovoltaic element is arranged between two adjacent profiles.
  • the support profiles are connected to a frame for inclined arrangement of the photovoltaic elements.
  • the profile and / or the supporting profile is a drawn aluminum box profile. By appropriate cavities of the profile and / or the support profile can be laid e- lectric lines for contacting the photovoltaic elements.
  • the object is achieved by a method for mounting a support structure comprising a plurality of parallel aligned profiles for a plurality of photovoltaic elements, in particular thin-film modules, wherein the profiles are aligned parallel to each other at least two perpendicular thereto arranged support profiles.
  • the first profile is determined on the two support profiles and the second profile at a distance which corresponds approximately to the width of the photovoltaic element, slidably mounted on the support profiles.
  • the photovoltaic element is connected to the profiles in a positive or positive fit.
  • the second profile is displaced such that the photovoltaic element is held under tensile load between the two adjacent profiles and then the second profile is fixed to the support profiles.
  • the photovoltaic element is attached by means of pins or fittings on the profiles.
  • the photovoltaic element is hung with its angled side edges in the extensions of the profiles.
  • the angled side edges of the photovoltaic element are crimped around the extensions of the profiles.
  • the photovoltaic element is reliably held on the associated profiles.
  • the flanged side edges of the support body of the photovoltaic element can either be separated or bent. After placing a new photovoltaic element on the adjacent profiles, its pre-formed side edges can simply be crimped around the extensions of the profiles.
  • photovoltaic elements In order to simplify the handling of the relatively large and unstable photovoltaic elements during assembly, it is preferred to transport stacked photovoltaic elements on a carriage which is capable of rolling on the support profiles.
  • the photovoltaic elements are delivered to the construction site by a vehicle and are lifted by means of a crane in packages onto the carriage, which is stored on the supporting profiles.
  • Two technicians first attach the first two profiles in front of the car, pull a photovoltaic element from the stack and place it on the profiles whose further assembly is carried out as already described, then the carriage is moved with photovoltaic elements and pre-assembled the next profile. Thereafter, a photovoltaic element is again fixed on the existing profiles and attached the pre-assembled profile to the support profiles, that the photovoltaic element is held under tension.
  • FIG. 1 shows a partial perspective view of a carrier structure according to the invention with photovoltaic elements according to the invention
  • FIG. 1 is a front view of the illustration of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a plan view of the illustration of FIG. 1,
  • FIG. 5 is a perspective view of a carriage for photovoltaic elements and supporting carriage of the support structure
  • FIG. 6 is an enlarged view of a detail of the support structure with photovoltaic elements of FIG. 1 in an alternative embodiment.
  • the support structure comprises a plurality of supporting profiles 2 fastened to a frame 1 and supporting the profiles 3 running perpendicular thereto, wherein a rectangular photovoltaic element 16 designed as a thin-film photovoltaic module 4 is arranged between two mutually parallel profiles 3.
  • Each thin-film photovoltaic module 4 comprises an electrically contacted laminate 5, which is fixed with its back on a support body 6 of a metal sheet.
  • the above the laminate protruding, parallel to each other Side edges 7 of the support body 6 are bent, that the free leg 8 of the fold below the back of the laminate 5 parallel and spaced from the support body 6 extends.
  • the photovoltaic element 16 designed as a thin-film photovoltaic module 4 is fixed by means for positive or positive fixing to a support structure.
  • two T-shaped extensions 9 are provided as a means for fixing to the profile 3, wherein a leg 10 of the extension 9 is overlapped by the U-shaped folded side edge 7 of the support body 6. Between the mutually spaced extensions 9 of the executed as a drawn aluminum box section profile 3, a groove 15 is formed.
  • For mounting the support structure is after setting up the Frames 1 with the support profiles 2 first set a marginal first profile 3 on the support profiles 2 and a second profile 3 in a about the width of a thin-film photovoltaic module 4 corresponding distance to the edge profile 3 slidably supported on the support profiles 2.
  • a carriage 17 which consists essentially of two longitudinal beams 18 with edge stops 19 and frontally attached thereto crossbars 20.
  • the transverse beams 20 store rollers 21, which are supported on the support profiles 2.
  • rollers having support bars 22 are provided parallel to the cross members, which bear laterally against the support profiles 2.
  • a thin-film photovoltaic module 4 is pulled by the carriage 17 and placed on the profiles 3, so that the lateral folds between the legs 10 of the extensions 9 of the profiles 3 are. Subsequently, the still movable profile 3 is displaced such that the thin-film photovoltaic module 4 is loaded over its width to train. After attachment of the profile 3, the side edges 7 of the support body 6 of the thin-film photovoltaic module 4 are crimped, so that the above-mentioned U-shaped fold arises, namely the free leg 8 of the fold below the back of the laminate 5 parallel and spaced from the Support body 6 runs.
  • the carriage 17 is displaced and the third profile 3 is displaceably mounted on the support profiles 2 and the second thin-film photovoltaic module 4 on the profiles 3, as explained above.
  • the clamping elements 13 are arranged between the first and the second thin-film photovoltaic module 4.
  • Photovoltaikele- element 16 holes 23 for receiving pins 24 in its side edges 7 of the support body 6 is inserted.
  • the edge-side first profile 3 is fixed to the support profiles 2 and a second profile 3 in an approximately the width of a thin-film photovoltaic module 4 corresponding distance to the edge-side profile 3 slidably after setting up the frame 1 with the support profiles 2 first the support profiles 2 are supported, wherein the profiles have 3 holes 25 for receiving the plug pins 24, whose distances correspond to the distances between the holes 23 in the support bodies 6.
  • the second profile 3 is displaced in a direction opposite to the first profile 3 and fixed in a position biasing the thin-film photovoltaic module 4.
  • At- closing the next thin-film photovoltaic module 4 is fixed as described.

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Abstract

Ein Photovoltaikelement, insbesondere ein ein elektrisch kontaktiertes Laminat (5) umfassendes Dünnschicht-Modul (4), ist mit seiner Rückseite auf einem Tragkörper (6) festgelegt. Der Tragkörper (6) weist an seinen Seitenkanten (7) Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung an einer Trägerstruktur aufweist.

Description

10.12.2008
Photovoltaikelement, Trägerstruktur, Verfahren zur Montage einer Trägerstruktur und Kraftwerk dazu
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Photovoltaikelement, insbesondere ein ein elektrisch kontaktiertes Laminat umfassendes Dünnschicht-Modul, das mit seiner Rückseite auf einem Tragkörper festgelegt ist, eine Trägerstruktur mit parallel zueinander ausgerichteten Profilen für mindestens ein Photovoltaikelement mit einem rückseitigen Tragkörper, insbesondere ein Dünnschicht-Modul, ein Verfahren zur Montage einer Trägerstruktur, umfassend mehrere parallel zu- einander ausgerichtete Profile für mehrere Photovoltaikele- mente, insbesondere Dünnschicht-Module, wobei die Profile parallel zueinander ausgerichtet an mindestens zwei senkrecht dazu angeordneten Tragprofilen festgelegt werden, und ein Kraftwerk dazu.
Dünnschichtzellen unterscheiden sich von kristallinen Solarzellen, basierend auf Silizium-Wafern, zum einen durch ihre jeweiligen Produktionsverfahren sowie die Schichtdicken der eingesetzten Materialien und zum anderen durch die physikalischen Eigenschaften des bei den Dünnschichtzellen verwendeten amorphen Materials, die von den Eigenschaften kristallinen Siliziums verschieden sind. Verglichen mit kristallinen Solarzellen aus Silizium-Wafern sind oftmals aus amorphem Silizium (a-Si : H) gefertigte Dünnschichtzellen etwa 100-mal dünner. Die Dünnschichtzellen werden meist durch Abscheiden des Materials aus der Gasphase direkt auf ein Trägermaterial aufgebracht, das zum Beispiel Glas, Metallblech oder Kunststoff sein kann. Mögliche weitere Materialien zur Fertigung von Dünnschichtzellen sind mikrokristallines Silizium (μc-Si:H), Gallium-Arsenid (GaAs), Cad- mium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium- (Gallium) -Schwefel- Selen-Verbindungen, die so genannten CIS-Zellen bzw. CIGS- Zellen.
Für die Produktion von Strom ist ein hoher Wirkungsgrad er- wünscht, den auch Dünnschichtmodule teilweise aufweisen. Jedoch ist der Wirkungsgrad nicht das alleinige Kriterium bei der Auswahl von Solarzellen, da häufig die Kosten, zu denen Strom aus den Solarzellen produziert werden kann, einen ausschlaggebenden Faktor bilden, wobei die verwendeten Herstellungsverfahren, die Kosten der eingesetzten Materialien, die Kosten für die kompletten Module sowie deren Montagekosten nicht unerheblich sind. In diesem Zusammenhang ist die kostengünstige und großflächige Fertigung von Dünnschichtmodulen vorteilhaft.
Die DE 20 2006 008 614 Ul offenbart eine Träger-Montagegruppe für eine kristalline Solarzellen umfassende Solarzelleneinheit. Auf der Rückseite der bahnenförmigen Träger- Montagegruppe, also auf der der Sonnenbestrahlungsseite ab- gewandten Seite, ist eine die Solarzellen einbettende
Kunststoffmasse mit einem als verzinktes Stahlblech ausge- führten Tragkörper verbunden, dessen Dicke etwa 0,5 mm bis 1 mm beträgt. Randseitig ist die Träger-Montagegruppe mit Montageleisten zur Verbindung mit benachbarten Träger- Montagegruppen ohne Adapterelemente versehen. Soll die Trä- ger-Montagegruppe eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, Umfasst der Tragkörper einen aufwändig gestalteten Kunststoff-Grundkörper mit einer eingebetteten Metallarmierung.
Im Weiteren zeigt die DE 699 30 588 T2 ein Rahmensystem für Photovoltaikmodule, die einen aus mehreren Schienen zusammengesetzten Rahmen zur mechanischen Stabilisierung und zur Befestigung aufweisen.
Die bekannten Lösungen zur Montage von Dünnschicht- Photovoltaikmodulen sind insofern nachteilig, als die Dünn- schicht-Photovoltaikmodule stets einen mehrteiligen Rahmen aufweisen der sowohl die Dünnschicht-Photovoltaikmodule selbst stabilisiert als auch zu deren Befestigung dient. Der in der Regel aus Aluminiumprofilen gefertigte Rahmen verursacht Kosten, die bei den Investitionskosten einer
Photovoltaikanlage zu berücksichtigen sind und den Kostenvorteil durch die relativ billige Herstellung der Dünnschicht-Photovoltaikmodule teilweise zunichte machen. Im Weiteren wirkt sich der Rahmen negativ auf das Gewicht des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls aus, das insbesondere die Handhabung bei der Montage der Photovoltaikanlage erschwert .
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Photovoltaikelement , eine Trägerstruktur, ein Verfahren zur Montage einer Trägerstruktur und ein Kraftwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die kostengünstig zu fertigen bzw. realisieren ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Photovoltaikele- ment dadurch gelöst, dass der Tragkörper an seinen Seitenkanten Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung an einer Trägerstruktur aufweist.
Demnach ist es nicht erforderlich, das Photovoltaikelement zu seiner Montage und Stabilisierung in einen separaten
Rahmen einzufassen. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, das Photovoltaikelement über seine über die Mittel befestigten Seitenkanten auf Zug zu beanspruchen. Hierdurch ist auch ein Dünnschicht-Modul vor umweltbeding- ten Beschädigungen, die beispielsweise durch Wind oder sich ändernde Temperaturen hervorgerufen werden können, geschützt .
Vorzugsweise sind die Mittel als Bohrungen in dem Tragkör- per und Steckstifte oder Einhängungen ausgebildet. Mittels der Steckstifte, die üblicherweise einen Kopf und einen Schaft aufweisen und auch als Niet oder Schraube ausgeführt sein können, ist eine schnelle Montage des Photovoltaikele- ments möglich. Selbstverständlich sind auch strukturseitige Einhängungen, die in die Bohrungen eingreifen, denkbar. Al- terativ sind die Mittel als Abwinklungen ausgebildet. Die Abwinklungen können als Einhängungen bei der Montage dienen und stabilisieren gleichzeitig das Photovoltaikelement.
der Tragkörper an seinen über das Laminat vorstehenden Seitenkanten derart abgewinkelt ist, dass er gegen Verformung in einer zu den Seitenkanten versetzten Richtung stabilisiert ist.
In Ausgestaltung ist der Tragkörper an seinen über das La- minat vorstehenden Seitenkanten derart abgewinkelt, dass er gegen Verformung in einer zu den Seitenkanten versetzten Richtung stabilisiert ist. Demnach ist es nicht erforderlich, das Photovoltaikelement in einen separaten Rahmen einzufassen, um es zu stabilisieren. Einfaches und kosten- günstiges Abkanten gegenüberliegender Seitenkanten, die ü- ber das Laminat hervorstehen, wirkt einer unerwünschten Verformung und einer gegebenenfalls daraus resultierenden Beschädigung entgegen. Ist der Tragkörper rechteckförmig gestaltet und an einer Trägerstruktur festgelegt, ist es ausreichend die längsseitigen Seitenkanten entsprechend umzuformen, damit bei der Montage des Photovoltaikelements unter Verwendung entsprechender Abstützvorrichtungen das Laminat nicht durch eine Verformung des Tragkörpers beschädigt wird. Nach der Montage kann das Photovoltaikelement durch weitere Maßnahmen für seinen Gebrauch stabilisiert werden.
Vorzugsweise ist zumindest eine der parallel zueinander ausgerichteten Seitenkanten L-förmig abgekantet. Die L- förmige Abkantung stabilisiert das Photovoltaikelement zunächst damit es ohne Zerstörung handhabbar ist. Darüber hinaus dient die L-förmige Abkantung zur Einhängig in ein zugeordnetes Profil einer Tragstruktur und kann nach weiteren Umformverfahren, wie z.B. Rollen oder Bördeln, zur si- cheren Befestigung dienen. Alternativ sind die parallel zueinander ausgerichteten Seitenkanten U-förmig abgekantet, wobei der freie Schenkel der Abkantung unterhalb der Rückseite des Laminats parallel und beabstandet zu dem Tragkörper ausgerichtet ist. Die U-Form der Seitenkanten bietet neben der Stabilisierung des Photo- voltaikelements gleichzeitig die Möglichkeit der Einhängung in ein entsprechend gestaltetes Profil einer Trägerstruktur.
Damit der Tragkörper das Gesamtgewicht des Photovoltaikele- ments nicht allzu negativ beeinträchtigt, ist zweckmäßigerweise der Tragkörper aus einem armierten Kunststoff gefertigt. Die Armierung ist als Drahtgitter ausgebildet. Zur relativ leichten Fertigung des Tragkörpers ist der Kunst- stoff ein Thermoplast, das beispielsweise einer Warmumformung unterzogen werden kann, und die Armierung ist umspritzt. Selbstverständlich kann die Armierung auch durch eine Faserverstärkung gebildet sein.
Bevorzugt ist der Tragkörper aus einem Feinblech gefertigt. Unter einem Feinblech ist im Sinne der Erfindung ein warm oder kalt gewalztes Blech mit einer Dicke bis zu 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,4mm und 1mm, zu verstehen. Bevorzugt besteht der Tragkörper aus einem rostfreien Blech, insbe- sondere einem verzinkten Stahlblech, einem Aluminiumblech oder einem Edelstahlblech. Das Feinblech ist auf einer Baustelle bei der Montage der Trägerstruktur einfach mit handwerklichen Mitteln zu bearbeiten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Trägerstruktur mit parallel zueinander ausgerichteten Profilen für mindes- tens ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul dadurch gelöst, dass das Profil Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung des Tragkörpers aufweist.
Eine Photovoltaikanlage ist unter Verwendung einer solchen Trägerstruktur mit kraft- oder formschlüssig festgelegten Photovoltaikelementen schnell und kostengünstig zu fertigen.
Zur sicheren Befestigung ist das Photovoltaikelement unter einer Zugbeanspruchung zwischen den Profilen gehalten. Die minimale Zugbeanspruchung beträgt insbesondere 0,02 kN/cm2, vorzugsweise 0,2 kN/cm2 und bevorzugt 2 kN/cm2. Nach einer Weiterbildung umfassen die Mittel Bohrungen zur Aufnahme von den Tragkörper durchragenden Steckstiften. Somit ist eine konstruktiv einfache Befestigung realisiert. Alternativ dazu umfassen die Mittel mindestens einen Fortsatz zum Einhängen der abgewinkelten Seitenkanten des Tragkörpers des Photovoltaikelementes . Die Profile können derart an der Trägerstruktur verschoben und befestigt werden, dass die in die Fortsätze eingehängten oder mittels der Steckstifte festgelegten Tragkörper auf Zug belastet sind und dadurch eine verhältnismäßig geringe Verformung aufweisen. Die Vorspannung wirkt einer durch Wind oder Schnee bedingten Ver- formung und einer unter Umständen daraus resultierenden Beschädigung entgegen. Durch die Zugbelastung ist es möglich, den Tragkörper dünn und damit kostengünstig zu gestalten, da mit der Verstreckung die Steifigkeit steigt und bei gleicher Stabilität eine Gewichtseinsparung gegenüber einem nicht vorgespannten Tragkörper zu erzielen ist. Zur Bereitstellung eines sicheren Halts ist der Fortsatz des Profils winkel- oder T-förmig und ein Schenkel des Fortsatzes von der U-förmig abgekanteten Seitenkante des Tragkörpers übergriffen. Insbesondere eine T-förmige Ges- taltung des Fortsatzes weist eine relativ große Auflagefläche für den Tragkörper auf, wodurch die Montage des Photo- voltaikelementes vereinfacht ist. Die U-förmige Abkantung der Seitenkante kann beispielsweise durch Bördeln einer vorgeformten Seitenkante auf der Baustelle gefertigt wer- den, wobei die Abkantung direkt um den Schenkel des Fortsatzes gebogen wird.
In Ausgestaltung weist das Profil zwei parallel und zuein¬ ander beabstandete Fortsätze zum Einhängen der abgewinkel- ten Seitenkanten von zwei benachbarten Tragkörpern auf. Ein derartiges Profil ist zur Verwendung in großflächigen Pho- tovoltaikanlagen mit einer Vielzahl von Photovoltaikelemen- ten geeignet.
Um einen sicheren Halt sowohl während der Montage als auch bei thermisch bedingten Längenänderungen zu gewährleisten, ist vorteilhafterweise der Tragkörper mittels mindestens eines Klemmelementes an dem Profil gehalten. Ein typischer Tragkörper mit einer Länge von beispielsweise 10 bis 1 m, insbesondere 8 bis 4 m, vorzugsweise 5,6 m und einer Breite von insbesondere 2 bis 0,1 m, bevorzugt 1 bis 0,2 m und vorteilhafterweise ca. 0,4 m kann durch beispielsweise 4 bis 8 gleichmäßig über die Länge verteilte rechteckförmige Klemmelemente gehalten werden.
Zweckmäßigerweise ist das Klemmelement aus einem Oberteil und einem damit verbundenen Unterteil zusammengesetzt. Bevorzugt weist das Klemmelement auf gegenüberliegenden Seiten Einbuchtungen zum klemmenden Übergreifen von Schenkeln benachbarter Fortsätze des Profils mit der daran festgeleg- ten abgekanteten Seitenkante des Tragkörpers auf. Zur einfachen Bewerkstelligung der Montage ist zwischen den Fortsätzen des Profils eine Nut zur gleitenden Aufnahme einer Mutter bzw. eines Kopfes einer Schraube zur Schraubbefestigung des Klemmelementes ausgebildet. Beispielsweise kann mindestens eine Schraube drehfest in der Nut verschiebbar gehalten sein und das Oberteil sowie das Unterteil des Klemmelementes werden auf die Schraube aufgesteckt und mit einer Mutter verschraubt. Somit ist sowohl die Befestigung des Klemmelementes als auch die Ausübung einer Klemmkraft auf den Tragkörper gewährleistet.
Zur Bereitstellung einer großflächigen Photovoltaikanlage sind mehrere Profile parallel zueinander ausgerichtet an senkrecht dazu angeordneten Tragprofilen festgelegt, wobei zwischen zwei benachbarten Profilen jeweils ein rechteck- förmiges Photovoltaikelement angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind die Tragprofile mit einem Gestell zur geneigten Anordnung der Photovoltaikelemente verbunden. Nach einer Weiterbildung ist das Profil und/oder das Tragprofil ein gezogenes Aluminium-Kastenprofil. Durch entsprechende Hohlräume des Profils und/oder des Tragprofils lassen sich e- lektrische Leitungen zur Kontaktierung der Photovoltaikelemente verlegen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Montage einer Trägerstruktur umfassend mehrere parallel zueinander ausgerichtete Profile für mehrere Photovoltaik- elemente, insbesondere Dünnschicht-Module, wobei die Profile parallel zueinander ausgerichtet an mindestens zwei senkrecht dazu angeordneten Tragprofilen festgelegt werden. Das erste Profil wird an den beiden Tragprofilen festgelegt und das zweite Profil in einem Abstand, der etwa der Breite des Photovoltaikelementes entspricht, verschiebbar auf den Tragprofilen befestigt. Anschließend wird das Photovoltaik- element kraft- oder formschlüssig mit den Profilen verbun- den. Danach wird das zweite Profil derart verschoben, dass das Photovoltaikelement unter Zugbelastung zwischen den beiden benachbarten Profilen gehalten wird und anschließend das zweite Profil an den Tragprofilen festgelegt wird.
Aufgrund dieser Vorgehensweise ist eine schnelle Montage einer großflächigen Photovoltaikanlage, wie sie beispielsweise in einem so genannten Solarkraftwerk vorhanden ist, unter Verwendung verhältnismäßig kostengünstiger Photovol- taikelemente möglich.
Vorzugsweise wird das Photovoltaikelement mittels Steckstiften oder Einhängungen an den Profilen befestigt. Alternativ dazu wird das Photovoltaikelement mit seinen abgewinkelten Seitenkanten in die Fortsätze der Profile einge- hängt.
Nach einer Weiterbildung werden die abgewinkelten Seitenkanten des Photovoltaikelementes um die Fortsätze der Profile gebördelt. Damit ist das Photovoltaikelement zuverlässig an den zugeordneten Profilen gehalten. Um Beispielswei- se eine Photovoltaikelement bei einem ungenügenden Wirkungsgrad oder einer sonstigen Beschädigung zu ersetzen, können die umgebördelten Seitenkanten des Tragkörpers des Photovoltaikelements entweder aufgetrennt oder aufgebogen werden. Nach dem Auflegen eines neuen Photovoltaikelements auf die benachbarten Profile lassen sich dessen vorverform- te Seitenkanten einfach um die Fortsätze der Profile bördeln.
Um die Handhabung der relativ großen und instabilen Photo- voltaikelemente bei der Montage zu vereinfachen, werden be- vorzugt gestapelte Photovoltaikelemente auf einem Wagen transportiert, der auf den Tragprofilen rollend verschiebbar ist. Die Photovoltaikelemente werden mit einem Fahrzeug an der Baustelle angeliefert und mittels eines Krans paketweise auf den Wagen gehoben, der auf den Tragprofilen gela- gert ist. Zwei Monteure befestigen zunächst die beiden ersten Profile vor dem Wagen, ziehen ein Photovoltaikelement von dem Stapel und legen es auf die Profile, deren weitere Montage wie bereits beschrieben vorgenommen wird, anschließend wird der Wagen mit Photovoltaikelementen verschoben und das nächste Profil vormontiert. Danach wird wieder ein Photovoltaikelement auf den vorhandenen Profilen festlegt und das vormontierte Profil derart an den Tragprofilen befestigt, dass das Photovoltaikelement unter Zugspannung gehalten ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Äusführungs- beispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig.l eine perspektivische Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Trägerstruktur mit erfindungsgemäßen Photovoltaikelementen,
Fig.2 eine Vorderansicht der Darstellung nach Fig. 1,
Fig.3 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig. 1,
Fig.4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IV nach Fig. 2,
Fig.5 eine perspektivische Darstellung eines auf Tragprofilen der Trägerstruktur stehenden Wagens für Pho- tovoltaikelemente und
Fig.6 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit der Trägerstruktur mit Photovoltaikelementen nach Fig. 1 in alternativer Ausgestaltung.
Die Trägerstruktur umfasst mehrere an einem Gestell 1 befestigte Tragprofile 2 die senkrecht dazu verlaufenden Pro- file 3 haltern, wobei zwischen zwei parallel zueinander ausgerichteten Profilen 3 jeweils ein rechteckförmiges als Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 ausgebildetes Photovoltaik- element 16 angeordnet ist.
Jedes Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 umfasst ein elektrisch kontaktiertes Laminat 5, das mit seiner Rückseite auf einem Tragkörper 6 aus einem Blech festgelegt ist. Die über das Laminat vorstehenden, parallel zueinander verlaufenden Seitenkanten 7 des Tragkörpers 6 sind abgekantet, dass der freie Schenkel 8 der Abkantung unterhalb der Rückseite des Laminats 5 parallel und beabstandet zu dem Tragkörper 6 verläuft .
Das als Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 ausgebildete Photo- voltaikelement 16 ist durch Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung an einer Trägerstruktur festgelegt.
Zur Befestigung des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls 4 sind als Mittel zur Festlegung an dem Profil 3 zwei T-förmige Fortsätze 9 vorgesehen, wobei ein Schenkel 10 des Fortsatzes 9 von der U-förmig abgekanteten Seitenkante 7 des Tragkörpers 6 übergriffen wird. Zwischen den zueinander beabstandeten Fortsätzen 9 des als gezogenes Aluminium- Kastenprofil ausgeführten Profils 3 ist eine Nut 15 ausgebildet.
Um die Dünnschicht-Photovoltaikmodule 4 zuverlässig an den Fortsätzen 9 des Profils 3 zu haltern, werden im Weiteren als Mittel zur Festlegung jeweils aus einem Oberteil 11 und einem damit verbundenen Unterteil 12 bestehende Klemmelemente 13 angeordnet, die auf gegenüberliegenden Seiten Einbuchtungen 14 zum klemmenden Übergreifen der Schenkel 10 benachbarter Fortsätze 9 des Profils 3 mit der daran festgelegten Seitenkante 7 des Tragkörpers 6 aufweisen. Das O- berteil 11 wird mit dem Unterteil 12 -verschraubt, wobei ein Schraubenkopf einer Schraube der Schraubverbindung in der Nut 11 des Profils 3 drehfest gleitend geführt ist.
Zur Montage der Tragstruktur wird nach dem Aufstellen des Gestells 1 mit den Tragprofilen 2 zunächst ein randseitiges erstes Profil 3 an den Tragprofilen 2 festgelegt und ein zweites Profil 3 in einem etwa der Breite eines Dünn- schicht-Photovoltaikmodul 4 entsprechenden Abstand zu dem randseitigen Profil 3 verschiebbar an den Tragprofilen 2 gehaltert .
Zur Bereitstellung der Dünnschicht-Photovoltaikmodule 4 zur Montage ist ein Wagen 17 vorgesehen, der im Wesentlichen aus zwei Längsholmen 18 mit Randanschlägen 19 sowie stirnseitig daran befestigten Querholmen 20 besteht. Die Querholme 20 lagern Rollen 21, die sich auf den Tragprofilen 2 abstützen. Damit der Wagen 17 nicht von den geneigt angeordneten Tragprofilen 2 abrutscht, sind parallel zu den Querholmen 20 ebenfalls Rollen aufweisende Stützholme 22 vorgesehen, die seitlich an den Tragprofilen 2 anliegen. Zwischen den Randanschlägen 19 der Längsholme 18 können mehrere Dünnschicht-Photovoltaikmodule 4 gestapelt werden.
Nach dem Anbringen des zweiten Profils 3 wird ein Dünn- schicht-Photovoltaikmodul 4 von dem Wagen 17 gezogen und auf die Profile 3 aufgelegt, so dass die seitlichen Abkantungen zwischen den Schenkeln 10 der Fortsätze 9 der Profile 3 liegen. Anschließend wird das noch bewegbare Profil 3 derart verlagert, dass das Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 über seine Breite auf Zug belastet ist. Nach der Befestigung des Profils 3 werden die Seitenkanten 7 des Tragkörpers 6 des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls 4 gebördelt, so dass die zuvor erläuterte U-förmige Abkantung entsteht, nämlich der freie Schenkel 8 der Abkantung unterhalb der Rückseite des Laminats 5 parallel und beabstandet zu dem Tragkörper 6 verläuft.
Sonach wird der Wagen 17 verschoben und das dritte Profil 3 verschiebbar auf den Tragprofilen 2 und das zweite Dünn- schicht-Photovoltaikmodul 4 auf den Profilen 3 montiert, wie zuvor erläutert. Nach dem Befestigen des dritten Profils 3 werden die Klemmelernente 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 angeordnet. Dieser Vorgehensweise folgend, lässt sich eine Großflächige Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Dünnschicht-
Photovoltaikmodulen 4 schnell und damit kostengünstig montieren.
Alternativ sind als Mittel zur Festlegung des als Dünn- schicht-Photovoltaikmodul 4 ausgebildeten Photovoltaikele- mentes 16 Bohrungen 23 zur Aufnahme von Steckstiften 24 in die seinen Seitenkanten 7 des Tragkörpers 6 eingelassen. Zur Montage der Tragstruktur wird nach dem Aufstellen des Gestells 1 mit den Tragprofilen 2 zunächst das randseitige erste Profil 3 an den Tragprofilen 2 festgelegt und ein zweites Profil 3 in einem etwa der Breite eines Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 entsprechenden Abstand zu dem randseitigen Profil 3 verschiebbar an den Tragprofilen 2 gehaltert, wobei die Profile 3 Löcher 25 zur Aufnahme der Steckstifte 24 aufweisen, deren Abstände zu den Abständen der Bohrungen 23 in den Tragkörpern 6 korrespondieren. Nachdem das Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 mittels der Steckstifte 24 an den Profilen 3 befestigt ist, wird das zweite Profil 3 in eine zu dem ersten Profil 3 entgegenge- setzte Richtung verlagert und in einer das Dünnschicht- Photovoltaikmodul 4 vorspannenden Position festgelegt. An- schließend wird das nächste Dünnschicht-Photovoltaikmodul 4 wie beschrieben befestigt. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt Löcher 25 zur Aufnahme der Steckstifte 24 eine Längsnut in dem Profil 3 vorzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaikelement , insbesondere ein ein elektrisch kontaktiertes Laminat (5) umfassendes Dünnschicht- Modul (4), das mit seiner Rückseite auf einem Tragkörper (6) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (6) an seinen Seitenkanten (7) Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung an einer Trägerstruktur aufweist.
2. Photovoltaikelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Bohrungen (23) in dem Tragkörper (6) und Steckstifte (24) oder Einhängungen ausgebildet sind.
3. Photovoltaikelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Abwinklungen ausgebildet sind.
4. Photovoltaikelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (6) an seinen über das Laminat (5) vorstehenden Seitenkanten (7) derart abgewinkelt ist, dass er gegen Verformung in einer zu den Seitenkanten (7) versetzten Richtung stabilisiert ist.
5. Photovoltaikelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der parallel zueinander ausgerichteten Seitenkanten (7) L-förmig abgekantet ist .
6. Photovoltaikelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zueinander ausgerichteten Seitenkanten (7) U-förmig abgekantet sind, wobei der freie Schenkel (8) der Abkantung unterhalb der Rück- seite des Laminats (5) parallel und beabstandet zu dem Tragkörper (6) ausgerichtet ist.
7. Photovoltaikelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (6) aus einem armierten Kunststoff gefertigt ist.
8. Photovoltaikelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung als Drahtgitter ausgebildet ist.
9. Photovoltaikelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (6) aus einem Feinblech gefertigt ist.
10. Photovoltaikelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (5) aus einem rostfreien Blech, insbesondere einem verzinkten Stahlblech, einem Aluminiumblech oder einem Edelstahl- blech besteht.
11. Trägerstruktur mit parallel zueinander ausgerichteten Profilen (3) für mindestens ein Photovoltaikelement (16) mit einem rückseitigen Tragkörper (6), insbesondere ein Dünnschicht-Modul (4) nach einem der Ansprü- che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (3) Mittel zur kraft- oder formschlüssigen Festlegung des Tragkörpers (6) aufweist.
12. Trägerstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich- net, dass das Photovoltaikelement (16) unter einer Zugbeanspruchung zwischen den Profilen (3) gehalten ist.
13. Trägerstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich- net, dass die minimale Zugbeanspruchung insbesondere
0,02 kN/cm2, vorzugsweise 0,2 kN/cm2 und bevorzugt 2 kN/cm2 beträgt.
14. Trägerstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Bohrungen (23) zur Aufnahme von den Tragkörper (6) durchragenden Steckstiften (24) umfassen.
15. Trägerstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens einen Fortsatz (9) zum Einhängen der abgewinkelten Seitenkanten (7) des Trag- körpers (6) des Photovoltaikelementes (16) umfassen.
16. Trägerstruktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (9) des Profils (3) winkel- o- der T-förmig und ein Schenkel (10) des Fortsatzes (9) von der ü-förmig abgekanteten Seitenkante (7) des Tragkörpers (6) übergriffen ist.
17. Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (3) zwei parallel und zueinander beabstandete Fortsätze (9) zum Einhängen der abgewinkelten Seitenkanten (7) von zwei benachbarten Tragkörpern (6) aufweist.
18. Trägerstruktur nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (6) mittels mindestens eines Klemmelementes (13) an dem Profil (3) gehalten ist .
19. Trägerstruktur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (13) aus einem Oberteil
(11) und einem damit verbundenen Unterteil (12) zusam- mengesetzt ist.
20. Trägerstruktur nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (13) auf gegenüberliegenden Seiten Einbuchtungen (14) zum klemmenden Übergreifen von Schenkeln (10) benachbarter Fortsätze (9) des Profils (3) mit der daran festgelegten abgekanteten Seitenkante (7) des Tragkörpers (6) aufweist.
21. Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fortsätzen (9) des Profils (3) eine Nut (15) zur gleitenden Aufnahme einer Mutter bzw. eines Kopfes einer Schraube zur
Schraubbefestigung des Klemmelementes (13) ausgebildet ist.
22. Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Profile (3) paral- IeI zueinander ausgerichtet an senkrecht dazu angeordneten Tragprofilen (2) festgelegt sind, wobei zwischen zwei benachbarten Profilen (3) jeweils ein rechteck- förmiges Photovoltaikelement (16) angeordnet ist.
23. Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 22, da- durch gekennzeichnet, dass die Tragprofile (2) mit einem Gestell (1) zur geneigten Anordnung der Photovol- taikelemente (16) verbunden sind.
24. Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 23, da- durch gekennzeichnet, dass das Profil (3) und/oder das Tragprofil (2) ein gezogenes Aluminium-Kastenprofil ist.
25. Verfahren zur Montage einer Trägerstruktur, insbeson- dere nach einem der Ansprüche 11 bis 24, umfassend mehrere parallel zueinander ausgerichtete Profile (3) für mehrere Photovoltaikelemente (16), insbesondere Dünnschicht-Module (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Profile (3) parallel zueinander ausge- richtet an mindestens zwei senkrecht dazu angeordneten Tragprofilen (2) festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Profil (3) an den beiden Tragprofilen (2) festgelegt und das zweite Profil (3) in einem Ab- stand, der etwa der Breite des Photovoltaikelemen- tes (16) entspricht, verschiebbar auf den Tragprofilen (2) befestigt wird,
- das Photovoltaikelement (16) kraft- oder formschlüssig mit den Profilen (3) verbunden wird, - das zweite Profil (3) derart verschoben wird, dass das Photovoltaikelement (16) unter Zugbelastung zwischen den beiden benachbarten Profilen (3) gehalten wird und anschließend das zweite Profil (2) an den Tragprofilen (2) festgelegt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (16) mittels Steckstiften (23) an den Profilen (3) befestigt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (16) mit seinen abgewin- kelten Seitenkanten (7) in die Fortsätze (9) der Pro- file (3) eingehängt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die abgewinkelten Seitenkanten (7) des Photovol- taikelementes (16) um die Fortsätze (9) der Profile (3) gebördelt werden.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass gestapelte Photovoltaikelemente (16) auf einem Wagen (17) transportiert werden, der auf den Tragprofilen (2) rollend verschiebbar ist.
30. Kraftwerk mit mindestens einem Photovoltaikelement
(16) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder einer Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 24.
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