Kantenschutzelement einer Klemmeinrichtung für ungerahmte PV-Module

Die Erfindung betrifft ein Kantenschutzelement einer Klemmeinrichtung zum lokalen Befestigen des Modulrands eines ungerahmten PV-Moduls an einer Tragstruktur.

Photovoltaik-Module oder kurz PV-Module werden vorwiegend mit Klemmeinrichtungen befestigt. Solche Klemmeinrichtungen halten lokal die Modulränder von PV-Modulen an einer Tragstruktur fest. In der Regel sind vier Klemmeinrichtungen pro PV-Modul vorgesehen, das heifit zwei für jeden langen Modulrand bei rechteckigem Modulformat.

PV-Module bestehen an ihrer Vorder- und Rückseite oft aus empfindlichen Glasscheiben. Klemmeinrichtungen für die Modulränder ungerahmter PV-Module weisen daher für gewöhnlich zusätzlich elastische Kantenschutzelemente auf, die zwischen der Kiemmeinrichtung und der Tragstruktur angeordnet sind und den Modulrand schützen. Aus US 2003/0070368 A1 ist ein solches Kantenschutzelement einer Klemmeinrichtung zum lokalen Befestigen des Modulrands eines ungerahmten PV-Moduls an einer Tragstruktur bekannt.

Ungerahmte PV-Module sollen bei der Befestigung mit Klemmeinrichtungen nur schwach geklemmt oder gar nur niedergehalten werden. Problematisch hierbei ist, dass sich die ungerahmten PV-Module längs der gehaltenen Modulränder leicht lösen und infolge aneinanderstoßen oder im Extremfall aus dem Kantenschutzelement herausrutschen können.

Aus DE 20 2009 014 048 U1 ist für Klemmung ungerahmter PV-Module ein Kantenschutzelement mit Lamellen bekannt. Die Lamellen wirken jedoch allenfalls quer zu den gehaltenen Modulrändern rutschhemmend. Wird ein ungerahmtes PV-Modul, das geneigt angeordnet ist, lediglich an seinen schräg von oben nach unten verlaufenden Modulrändern mit derartigen Kantenschutzelementen gehalten, so benötigt man am unteren Modulrand einen zusätzlichen Sicherheitshaken oder vergleichbare Stützmittel, um ein Abrutschen des ungerahmten PV-Moduls zuverlässig zu verhindern, insbesondere im Falle zusätzlicher Schnee- und Eislasten. Derartige Sicherheitshaken sind aus DE 101 32 557 A1 bekannt.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Klemmeinrichtung zum lokalen Befestigen des Modulrands eines ungerahmten PV-Moduls ein Kantenschutzelement zu entwickeln, das deutlich verbesserte Halteeigenschaften bietet.

Die Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 angegebenen Kantenschutzelement gelöst. Es ist einer Klemmeinrichtung zugeordnet, die zum lokalen Befestigen eines Modulrands eines ungerahmten PV-Moduls an einer Tragstruktur vorgesehen ist, und weist mindestens einen elastischen Belag auf. Der elastische Belag hat wie üblich zwei Hauptseiten, eine Vorderseite und eine davon abgewandte Rückseite. Der elastische Belag ist rückseitig, das heißt mittels seiner Rückseite an der restlichen Klemmeinrichtung und/oder relativ zu der Tragstruktur festlegbar. Gegenüber der Vorderseite des elastischen Belages kann eine Kontaktseite des Modulrands des ungerahmten PV-Moduls angeordnet werden. Die Vorderseite des elastischen Belags ist folglich dazu bestimmt und geeignet, gegenüber der Kontaktseite des Modulrands angeordnet zu werden, sodass die Vorderseite und die Kontaktseite einander zugewandt sind. Besonders kennzeichnend für die Erfindung ist, dass der elastische Belag eine Vielzahl von Saugnapfelementen aufweist. Diese haben wie üblich jeweils umlaufend, das heißt in Umfangsrichtung geschlossene Dichtwände, die elastisch sind und von der Vorderseite des elastischen Belags abstehen und jeweils einen Öffnungsrand aufweisen. An den Öffnungsrändern kann die Kontaktseite des Modulrands dicht angelegt werden. Außerdem enthalten die Saugnapfelemente innenseitig je eine Vertiefung, die an den von den Öffnungsrändern begrenzten Öffnungen offen und ansonsten luftdicht sind. Das Volumen der Vertiefungen ist vorteilhaft mit elastischer Verformung der Dichtwände veränderbar.

Die Kontaktseite des Modulrands kann an den Saugnapfelementen des elastischen Belages mittels Saugwirkung anhaften, sodass die Gefahr des Verrutschens des PV-Moduls insbesondere in Längsrichtung des befestigten Modulrands erheblich gemindert wird. Zum Erzeugen der Saugwirkung werden die Dichtwände und die Kontaktseite vorzugsweise beim Befestigen der Klemmeinrichtung relativ gegeneinander gedrückt, wodurch die Dichtwände elastisch aufgeweitet und/oder gestaucht werden und sich infolge das Volumen der innenliegenden Vertiefungen verringert, wobei an den Öffnungsrändern der Dichtwände Luft aus den Vertiefungen entweicht. Bei geringstem Nachlassen der Andruckkraft entsteht in den Vertiefungen ein Unterdruck aufgrund der elastischen Rückstellbewegung der Dichtwände und dem vergrößertem Volumen bei gleichbleibender Luftmenge in den Vertiefungen. Der Unterdruck beziehungsweise die Saugwirkung führt zur gewünschten Steigerung der Haltewirkung und tritt in vorteilhafter Weise insbesondere dann ein, wenn die Andruckkraft zwischen der Kontaktseite und den Dichtwänden nachlässt. Zur Festlegung des Belags kann ein einfaches Anlegen mittels seiner Rückseite ausreichend sein, sodass der Belag beim Andrücken der Kontaktseite des Modulrands gegen die Dichtwände des Belags nicht ausweichen kann. Darüber hinaus ist von Vorteil, dass Maßtoleranzen und deformationsbedingte Spannungen des PV-Moduls mittels den Dichtwänden ausgeglichen werden können. Besonders von Vorteil ist es, dass nun bei ungerahmten PV-Modulen, die geneigt angeordnet sind und lediglich an ihren schräg von oben nach unten verlaufenden Modulrändern mit den erfindungsgemäßen Kantenschutzelementen befestigt sind, auf zusätzliche Sicherungsmaßnahmen gegen Abrutschen verzichtet werden kann. Die Montage der aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungshaken zum Halten des untern Modulrands kann somit entfallen.

Wegen der signifikant verbesserten Halteeigenschaften des Kantenschutzelements kann es sehr zweckmäßig sein, wenn das Kantenschutzelement an der Klemmeinrichtung zusätzlich in Längsrichtung des zu befestigenden Modulrands festgelegt ist, insbesondere mittels formschlüssigen Ineinandergreifen oder Kleben. Dies verhindert selbst bei einer durch das PV-Modul bewirkten starken Hangabtriebskraft ein Verrutschen des Kantenschutzelements relativ zur Klemmeinrichtung.

In einer einfachen Form kann das Kantenschutzelement im Wesentlichen flächig ausgeführt sein. Auch sind mehrteilige Ausführungsformen möglich. Vorzugweise ist das Kantenschutzelement im Querschnitt etwa L- oder U-förmig ausgeführt, um den Modulrand zwei- oder dreiseitig zu schützen.

Um das Haltevermögen weiter zu steigern, kann das Kantenschutzelement eine zweiten solchen Belag mit Saugnapfelementen aufweisen, wobei der zweite Belag dem ersten Belag beabstandet gegenüberliegt und für eine zweite Kontaktseite des Modulrands vorgesehen ist. Dadurch kann der Mpdulrand sowohl mittels einer unteren Kontaktseite an den Öffnungsrändern der Dichtwände des ersten Belags als auch mittels einer oberen Kontaktseite an den Öffnungsrändern der Dichtwände des zweiten Belags dicht anliegen.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Dichtwände rotationssymmetrisch ausgeführt. Die Wanddicke der Dichtwände kann sich mit zunehmender Höhe bezüglich der Vorderseite verjüngen, was ein elastisches Aufweiten der Dichtwände begünstigt. Außerdem können in einem unbelasteten Zustand die außenseitig etwa senkrecht bezüglich der Vorderseite sein oder außenseitig steiler bezüglich der Vorderseite sein als innenseitig. Insbesondere können sich die Vertiefungen mit zunehmender Tiefe verjüngen. Die vorgenannten geometrischen Formen können die Herstellung einer Gussform und das Entformen daraus sowie zugleich die Funktion als Saugnapf begünstigen.

Das Kantenschutzelement weist bevorzugt zwischen 15 und 150 Saugnapfelemente auf. Die Höhe der Dichtwände bezüglich der Vorderseite liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0.3 und 1.2 mm, insbesondere zwischen 0.5 und 0.8 mm. Der Belag kann bevorzugt eine Grundfläche im Bereich 8 mm mal 50 mm bis 30 mm mal 120 mm aufweisen.

Zur Verbesserung der Halteeigenschaften kann es vorteilhaft sein, wenn die Höhe der Dichtwände zu bezüglich des Modulrands quer gerichteten Enden des elastischen Belags schrittweise abnimmt. Auf diese Art können etwaige Deformationen und dadurch verursachte Spannungen noch besser ausgeglichen werden.

Das Kantenschutzelement und/oder der elastische Belag bestehen vorzugsweise aus einem EPDM- ateria!. Andere vergleichbare elastische Materialien, insbesondere witterungsbeständige, sind ebenso denkbar. Eine Shore-Härte im Bereich zwischen 45 und 70 hat sich für die Funktion der Saugnapfelemente als günstig erwiesen.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung des Kantenschutzelementes einer Klemmeinrichtung der vorgenannten Art, wobei der Modulrand des ungerahmten PV-Moduls lokal mittels der Klemmeinrichtung an der Tragstruktur befestigt ist, und der elastische Belag mittels seiner Rückseite an der restlichen Klemmeinrichtung und/oder relativ zu der Tragstruktur festgelegt ist und die Kontaktseite des Modulrands an den Öffnungsrändern der Dichtwände dicht anliegt. Hierbei ist weiter von Vorteil, wenn die Dichtwände elastisch aufgeweitet und/oder gestaucht sind, sodass das Volumen der Vertiefungen kleiner ist, als das Volumen der Vertiefungen bei unbelasteten Dichtwänden. Eine solche Anordnung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn das ungerahmte PV-Modul geneigt angeordnet ist und der mittels Klemmeinrichtung befestigte Modulrand ein schräg von oben nach unten verlaufender Modulrand des ungerahmten PV-Moduls ist. Hierbei kann aufgrund der in Längsrichtung des Modulrands verbesserten Halteeigenschaft auf sonst erforderliche zusätzliche Abrutschsicherungen verzichtet werden.

Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zum Befestigen des Modulrands eines ungerahmten PV-Moduls mittels einer Klemmeinrichtung mit einem Kantenschutzelement der vorgenannten Art. Darin ist vorgesehen, dass beim Befestigen der Klemmeinrichtung an der Tragstruktur die Öffnungsränder der Dichtwände der Saugnapfelemente und die Kontaktseite des Modulrands gegeneinander gedrückt werden, sodass das Volumen der Vertiefungen der Saugnapfelemente verringert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Perspektive einer Anordnung eines ungerahmten PV-Moduls, das auf einer

Tragschiene mittels einer Klemmeinrichtung mit Kantenschutzelement befestigt ist Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in Seitenansicht

Fig. 3 das Kantenschutzelement und die Klemmeinrichtung gemäß Fig. 1 separat in einer Detailperspektive

Fig. 4 einen schematischen Detailschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Zustand vor der Befestigung und ohne ungerahmten PV-Modul

Fig. 5 einen schematischen Detailschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Zustand nach der Befestigung

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Anordnung mit einem ungerahmten PV-Modul 4 und einer Tragschiene 5. Ein gerader Modulrand 3 des PV-Moduls 4 ist lokal mittels einer Klemmeinrichtung 2 auf der Tragschiene 5 befestigt, wobei zum Schutz des Modulrands 3 ein Kantenschutzelement 1 vorgesehen ist.

Die Tragschiene 5 ist nicht näher ersichtlich ortsfest angeordnet, insbesondere auf einem Dach oder mittels Aufständerung auf einem freien Gelände. An ihrer Oberseite 24 enthält die Tragschiene 5 für Befestigungszwecke eine hinterschnittene Nut 18. Die Tragschiene 5 ist quer zu dem Modulrand 3 gerichtet, wobei auch eine dazu parallele Anordnung möglich ist. Das ungerahmte PV- odut 4 weist nicht näher ersichtlich ein rechteckiges Format von beispielsweise 800 mm mal 1200 mm auf und ist demgegenüber sehr flach, etwa 4 mm. Der Modulrand 3 kann entsprechend auch als Kante im allgemeinen Sinn bezeichnet werden. Nicht näher ersichtlich ist, dass der Modulrand 3 ein Längsrand des PV-Moduls 4 ist. Ebenfalls nicht näher ersichtlich ist, dass das ungerahmte PV-Modul 4 geneigt angeordnet ist und der Modulrand 3 schräg von oben nach unten verläuft.

Die als Endklemme ausgeführte Klemmeinrichtung 2 weist einen starren Haltekörper 15 zum Niederhalten und seitlichen Festlegen des Modulrands 3 sowie eine Schraube 16 und eine Mutter 17 auf. Mittels der Schraube 16 und der Mutter 17 ist der Haltekörper 15 direkt gegen die Tragschiene 5 geklemmt. Die Mutter 17 hintergreift hierzu die Nut 18 der Tragschiene 5.

Das Kantenschutzelement 1 besitzt einen U-förmigen Querschnitt und umfasst den Modulrand 3 in einem lokalen Bereich dreiseitig mit einem unteren Belag 6, einem oberen Belag 19 sowie einem seitlichen Belag 20. Die Beläge 6, 19 und 20 sind integral miteinander verbunden und außerdem elastisch. PV-Modul 4 ist daher mit seinem Modulrand 3 in dem Kantenschutzelement 1 dreiseitig aufgenommen und geschützt.

Der untere Belag 6 weist wie für Beläge üblich zwei Hauptseiten auf, eine Vorderseite 8 und eine dazu parallel und davon abgewandte Rückseite 9. Der untere Belag 6 liegt rückseitig, das heißt mittels seiner Rückseite 9 direkt an der Oberseite 24 der Tragschiene 5 an und ist daher relativ zu dieser festgelegt. Der untere Belag 6 kann somit bei einer Belastung auf seine Vorderseite 8 nicht ausweichen. Zwischen der Oberseite 24 der Tragschiene 5 und der Rückseite des unteren Belags 6 können alternativ Stützelemente, Abstandselemente oder dergleichen beigelegt sein. Parallel gegenüber der Vorderseite 8 des unteren Belags 6 ist eine untere Kontaktseite 7 des Modulrands 3 angeordnet. Die Vorderseite 8 und die Kontaktseite 7 sind demnach einander zugewandt. Die untere Kontaktseite 7 des Modulrands 3 ist Bestandteil der Rückseite 23 des ungerahmten PV-Moduls 4.

Wie insbesondere aus Fig. 3 zu erkennen ist, weist der untere Belag 6 eine Vielzahl elastischer Saugnapfelemente 10 auf. Es sind zwei parallele Reihen mit je elf Saugnapfelementen 10 vorgesehen, wobei nicht alle davon erkennbar sind. Die Saugnapfelemente 10 sind identisch ausgeführt und weisen umlaufend geschlossene Dichtwände 11 auf, die elastisch sind und von der Vorderseite 8 des Belages 6 abstehen. Die Dichtwände 11 sind rotationssymmetrisch und daher an ihrem oberen Ende, das heißt an ihrem Öffnungsrand 12 kreisrund zu erkennen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, liegt an den Öffnungsrändern 12 der Dichtwände 1 die Kontaktseite 7 des Modulrands 3 luftdicht an.

In Fig. 3 ist weiter zu erkennen, dass die Saugnapfelemente 10 innenseitig je eine Vertiefung 13 enthalten, die zu einer von dem öffnungsrand 12 begrenzten Öffnung O hin offen und ansonsten stets luftdicht ist. Das Volumen der Vertiefungen 13 kann mit elastischer Verformung der Dichtwände 11 verändert werden, wie Fig. 4 und Fig. 5 nachfolgend zeigen.

In einem Zustand gemäß Fig. 4 vor der Befestigung und ohne eingefügtem Modulrand 3 sind die Dichtwände 11 entlastet. Zu erkennen ist, dass die Dichtwände 11 außenseitig etwa senkrecht bezüglicher der Vorderseite 8 beziehungsweise als gerader Zylinder zu erkennen sind. Die Höhe der Dichtwände 11 gegenüber der Vorderseite 8 beträgt weniger als einen Millimeter.

Die in den Saugnapfelementen 10 enthaltenen Vertiefungen 13 verjüngen sich in Richtung zu der Vorderseite 8 beziehungsweise mit zunehmender Tiefe, sodass die Dichtwände 13 im entlasteten Zustand innenseitig überwiegend weniger steil bezüglicher der Vorderseite 8 sind als außenseitig, insbesondere im oberen Endbereich der Dichtwände 11. Dadurch wird ein Aufweiten der Dichtwände 11 bei einer Druckbetastung begünstigt. Im entlasteten Zustand weisen die Vertiefungen 13 unterhalb der strickpunktierten Linien, welche die von den Öffnungsrändern 12 begrenzten Öffnungen O repräsentieren, jeweils ein Volumen V- _\ auf.

In einem Zustand gemäß Fig. 5 nach der Befestigung mit eingefügtem Modulrand 3 liegt dessen Kontaktseite 7 auf den Öffnungsrändern 12 der Dichtwände 11 luftdicht auf. Außerdem ist der Haltekörper 15 nun gegen die Tragschiene 5 gespannt, wodurch die Kontaktseite 7 und die Dichtwände 11 gegeneinander gedrückt sind, sodass sich die Dichtwände 11 elastisch verformt haben. Wie weiter zu erkennen ist, sind die Dichtwände 11 symmetrisch aufgeweitet und in ihrer Höhe gestaucht. Das geänderte Volumen V ₂ der Vertiefungen 13 hat sich gegenüber dem ursprünglichen Volumen V _t im entlasteten Zustand verringert, wobei nicht näher ersichtlich Luft aus den Vertiefungen 13 entwichen ist.

Bei einer unerwünschten Entlastung der Dichtwände 11 , beispielsweise aufgrund von Windlasten oder thermisch bedingten Formänderungen oder alterungsbedingt nachlassender Elastizität, entsteht in den Vertiefungen 13 gegenüber dem Umgebungsdruck jeweils ein Unterdruck, weil die Dichtwände 11 aufgrund ihrer elastischen Rückstellkraft weiterhin luftdicht an der Kontaktseite 7 anliegen und sich das Volumen V ₂ in den Vertiefungen 13 entsprechend wieder vergrößert, die Luftmenge in den Vertiefungen 13 jedoch konstant bleibt. Der Unterdruck beziehungsweise die Saugwirkung führt zu einer Verbesserung der Halteeigenschaften des Kantenschutzelements 1.

Wie in Fig. 1 bis Fig. 3 schließlich zu erkennen ist, weist das Kantenschutzelement 1 zum Abtragen von Lasten in Längsrichtung des Modulrands 3 zwei seitliche Fortsätze 21 auf. Mit diesen Fortsätzen 21 ist das Kantenschutzelement 1 in Längsrichtung des Modulrands 3 an dem Haltekörper 15 beidseits formschlüssig festgelegt, sodass ein Verrutschen des Kantenschutzelements 1 in dieser Richtung ausgeschlossen ist. Das Kantenschutzelement 1 ist ein einschließlich dieser Haltefortsätze 21 sowie den Saugnapfelementen 10 aus einem EPDM-Material in einem Spritzgussverfahren einteilig hergestellt.

In einer nicht dargestellten Variante können an dem oberen Belag 19 ebenfalls Saugnapfelemente 10 angeordnet sein, wobei die Höhe des Kantenschutzelements 1 und/oder des Haltekörper 15 an den zusätzlichen Bauraumbedarf der dann sich gegenüberstehenden Saugnapfelemente geeignet angepasst ist.