Trägerkonstruktion für nichtbelastbare Dächer

Die Erfindung betrifft ein Solarenergie-Bauwerk, eine Trägerkonstruktion für statisch nichtbelastbare Dächer, insbesondere zum Tragen von Photovoltaik- Modulen für ein solches Solarenergie-Bauwerk, sowie Auflagen für eine derartige Trägerkonstruktion.

Aus Gründen der nachhaltigen Energieerzeugung ist es wünschenswert, möglichst viele Dachflächen von Gebäuden (brachliegende Flächen) für die Installation von PV-Modulen zu nutzen (wobei "PV" die übliche Abkürzung für "Photovoltaik" ist). Insbesondere bieten sich für diesen Zweck Flachdächer an, wie sie beispielsweise bei Fabrikhallen, Produktionshallen, Lagerhallen, Logistikhallen, Messehallen, Autohäusern Einkaufshallen und dergleichen vorzufinden sind, wobei die Gesamtgröße aller deutschen Lager-, Logistik- und Produktionsflächen über 1000 Quadratmeter bei 0,6 Mrd. Quadratmeter liegt (Quelle: IndustrialPort, 2012). Problematisch hierbei ist jedoch, dass diese Dächer aufgrund ihrer Größe in inneren Bereichen nur eine verhältnismäßig geringe Tragkraft aufweisen. Ferner muss eine Verletzung der Dachhaut vermieden werden, um keine Undichtigkeiten oder Wärmeverluste zu erzeugen.

Die Montage einer Photovoltaikanlage auf einem Flachdach wird beispielsweise in den Dokumenten JP2005330709, JP2016188482A, WO 2005/011 000 A2, DE 10 2010 023 259 A1 , DE 20 2008 017 560 U1 und CN 2 07 691 725 U beschrieben. Weiteren Stand der Technik zu der Installation von PV-Modulen enthalten die Dokumente DE 202012101572 U1 , JP 2019004545 A, JP 2002021242 A, CN 202067799 U, EP 2603932 A2, DE 102007022681 A1 , DE 202015101348 U1 , CN 106013571 A, JP 2002021266 A, JP 2011043018 A, DE 102021104862 A1 , DE 202006002699 U1 , DE 202012010882 U1 und WO 2016020804 A1.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur erweiterten Nutzung der Photovoltaik (insbesondere auf brachliegenden Flächen) bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Solarenergie-Bauwerk, durch eine Trägerkonstruktion, und durch eine Auflage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Gemäß ihrem Hauptaspekt betrifft die Erfindung ein Solarenergie-Bauwerk, welches die folgenden Komponenten enthält:

Ein (herkömmliches) Gebäude mit einem Dach, wobei das Dach in einer vorgegebenen Bezugsrichtung eine Erstreckungsweite von mindestens 5 Metern aufweist. Die Breite des Daches in einer Richtung quer zur Bezugsrichtung ist vorliegend nicht weiter spezifiziert, sie beträgt jedoch typischerweise mindestens ebenso viel wie die Erstreckungsweite in der Bezugsrichtung. Bei dem Dach kann es sich insbesondere um ein Flachdach oder ein Dach geringer Neigung handeln.

Das Gebäude soll weiterhin mindestens zwei Vertikalträger zur Aufnahme vertikaler Lasten aufweisen, beispielsweise in Form von tragenden Ständern oder Säulen. Derartige Vertikalträger befinden sich typischerweise im Randbereich (Wände) des Gebäudes, sie können jedoch auch in inneren Bereichen vorgesehen sein.

Eine PV-Anlage mit einer Trägerkonstruktion, wobei auf der Trägerkonstruktion mindestens ein PV-Modul befestigt ist und wobei sich die Trägerkonstruktion über (mindestens) die vorstehend genannte Erstreckungsweite erstreckt. Unter einem "PV-Modul" wird in diesem Zusammenhang wie üblich die kleinste selbstständige bauliche Einheit verstanden, welche zur Umwandlung von eingestrahltem (Sonnen-) Licht in elektrische Energie und zu deren Abgabe an einer definierten Schnittstelle (z.B. eine Kupplung) ausgelegt ist. Typischerweise haben PV-Module eine Fläche von ca. 0,5 bis 4 Quadratmetern.

Das Solarenergie-Bauwerk ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkonstruktion in der Bezugsrichtung im Wesentlichen nur im Bereich von Vertikalträgem des Gebäudes auf dem Gebäude abgestützt ist.

Dabei soll die "im Wesentlichen" stattfindende Abstützung bedeuten, dass geringere Anteile von typischerweise unter ca. 25 %, vorzugsweise von unter 15% des von der Trägerkonstruktion getragenen Gewichtes auch an Stellen zwischen den Vertikalträger-Stützpunkten auf das Gebäude übertragen werden können. Mit anderen Worten werden in der Regel mindestens 75 % der von der Trägerkonstruktion aufgenommen Kräfte im Bereich von Vertikalträgem auf das Gebäude bzw. direkt in die senkrechten Träger, Säulen und/oder Wände übertragen. Zwischen den Abstützungspunkten ist die Trägerkonstruktion somit freitragend oder zumindest überwiegend freitragend. Zu dem "Bereich eines Vertikalträgers" gehört insbesondere die in einer senkrechten Projektion gesehene Fläche des Vertikalträgers. Zusätzlich gehört zu diesem Bereich auch noch eine Zone mit einer maximalen Breite von ca.

5 Metern, vorzugsweise ca. 3 Metern (oder mit einer maximalen Breite von ca. 20% der Erstreckungsweite) um diese Projektionsfläche herum.

Das beschriebene Solarenergie-Bauwerk hat den Vorteil, dass beispielsweise auf dem Flachdach eines Gebäudes eine die gesamte Fläche ausnutzende PV-Anlage installiert werden kann, ohne dass Letztere Bereiche im Inneren des Flachdaches belasten bzw. überlasten würde. Dies gelingt dadurch, dass mithilfe der Trägerkonstruktion die Gewichtskräfte im Wesentlichen auf die Randbereiche bzw. direkt in die Stützen des Gebäudes übertragen werden, wo sie von entsprechend stabilen Vertikalträgem (Wänden, Säulen) problemlos aufgenommen werden können. Somit erfolgt eine Aufwertung des Gebäudes durch die heutzutage wichtige Möglichkeit, sehr viel Energie auf einer Dachfläche zu erzeugen bzw. die Dachfläche zu vermieten.

Einer der kritischen Punkte bei der Installation einer PV-Anlage auf einem (Flach-) Dach ist, dass die Wasserdichtheit und Wärmeisolation der Dachhaut möglichst unversehrt bleiben muss. Bei herkömmlichen aufgeständerten Anlagen, die mit Ballaststeinen beschwert werden (typischerweise bis zu 40-45 kg/m ² ), entstehen viele Schäden, die sich direkt oder später zeigen (vgl. Gutachten vom Aachener Institut für Bauschadensforschung und Angewandte Bauphysik). Bei einer Weiterbildung des Solarenergie-Bauwerks gelingt demgegenüber der Schutz der Dachhaut, indem die Trägerkonstruktion auf mindestens einer Auflage abgestützt ist, welche durch die Dachhaut verläuft und sich vertikal nach oben über die Dachoberfläche erstreckt. Im unteren Bereich ist die Auflage vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar auf Vertikalträgem oder Querträgern des Gebäudes angeordnet, sodass die Lasten direkt in die senkrechten Träger eingeleitet werden und nicht die Dachfläche statisch belasten. Dadurch, dass die Auflage sich über die Dachoberfläche nach oben hinaus erstreckt, kann eine dichte Integration in die Dachhaut erfolgen, beispielsweise über nach oben umgebogene Dichtbahnen. Weichere Bestandteile des Daches werden von der Auflage nicht beansprucht, da Letztere direkt auf die tragenden Bauteile aufgesetzt werden kann. Des Weiteren kann die Auflage vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden Material bestehen, damit durch sie keine Kältebrücke entsteht. Typischerweise ist die Trägerkonstruktion an allen tragenden Punkten auf derartigen Auflagen abgestützt. Des Weiteren erfolgt die Abstützung der Trägerkonstruktion auf einer Auflage vorzugsweise so, dass beispielsweise mittels einer Grundplatte mit Langlöchern zumindest eine gewisse Beweglichkeit senkrecht zur Stützrichtung bleibt, um Bewegungen der Trägerkonstruktion auch in der Längsrichtung relativ zum Gebäude (z.B. durch thermische Längenausdehnung) kompensieren zu können.

Gemäß einem ersten Nebenaspekt betrifft die Erfindung weiterhin eine Trägerkonstruktion für nichtbelastbare Dächer, welche insbesondere für ein Solarenergie-Bauwerk der oben beschriebenen Art geeignet ist. Die Trägerkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Trägerbalken enthält, welcher sich über die oben definierte Erstreckungsweite erstreckt. Wie der Name "Balken" andeuten soll, ist die geometrische Form des Trägerbalkens im Wesentlichen gerade mit einer länglichen Erstreckung, wobei die Länge des Trägerbalkens deutlich (z.B. mindestens fünfmal) größer sein soll als seine Dimension in Richtungen quer zur Länge.

Innerhalb der Trägerkonstruktion stellt der Trägerbalken ein tragendes Element dar, welches Kräfte aus der Fläche aufnehmen und entlang einer Linie bzw. an den Enden des Trägerbalkens konzentrieren kann. Der Trägerbalken kann insbesondere so ausgelegt sein, dass er sich zwischen zwei an seinen Enden bzw. nahe bei seinen Enden befindlichen Auflagen freitragend erstreckt, wenn er sein eigenes Gewicht und zusätzlich noch das Gewicht von auf der Trägerkonstruktion angeordneten PV-Modulen sowie eventuelle weitere Lasten (Schnee, Wind etc.) aufnimmt.

Konstruktiv kann der Trägerbalken auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein, wobei er kein massiver Vollkörper sein muss. Insbesondere kann der Trägerbalken in Fachwerkbauweise ausgebildet sein, also als ein Stabwerk, dessen Stäbe alleine durch Kräfte in Längsrichtung beansprucht werden und deren Enden in Knotenpunkten miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird sowohl eine stabile als auch sehr leichte Bauweise möglich.

Zusätzlich oder alternativ kann der Trägerbalken auch ganz oder teilweise als Wellstegträger ausgebildet sein. Ein Wellstegträger hat definitionsgemäß einen stabilen (z.B. massiven) Oberzug und Unterzug, welche durch einen verhältnismäßig leichtgewichtigen Steg (z.B. aus Stahlblech) miteinander verbunden sind und auf Abstand gehalten werden, wobei der Steg zur Stabilisierung beispielsweise ein Wellblech oder ein Trapezblech ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trägerbalken modular aus hintereinander angeordneten Trägerbalkenmodulen aufgebaut. Die einzelnen Trägerbalkenmodule können dabei verschiedene Bauweisen (z.B. bezüglich Querschnitt und Länge), insbesondere jedoch auch identische Bauweisen haben. Durch die serielle Verbindung mehrere Module können Trägerbalken quasi beliebiger Erstreckungsweiten hergestellt werden. Des Weiteren wird durch die modulare Bauweise sowohl die Herstellung als auch der Transport der Trägerbalken bzw. der Trägerkonstruktion erleichtert.

Die vorstehend genannten Trägerbalkenmodule können optional fest miteinander verbindbar sein, beispielsweise durch Schraubverbindungen oder durch Schweißen. Sie können jedoch auch nur lose zusammengefügt sein, wobei dann durch entsprechende Kraftbelastungen sichergestellt sein muss, dass die Module sich nicht von alleine wieder trennen.

Zusätzlich oder alternativ können die Trägerbankmodule auch formschlüssig miteinander verbunden sein. Insbesondere können die Trägerbalkenmodule durch eine Steckverbindung miteinander verbunden sein. In Längsrichtung verlaufende Stangen oder Rohre können dabei beispielsweise nach Art einer Steckmuffe ineinandersteckbar ausgebildet sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält der Trägerbalken ein Spannmittel, mit dessen Hilfe eine in der Erstreckungsrichtung des Trägerbalkens verlaufende Druckkraft (vorzugsweise zwischen den Enden des Trägerbalkens) erzeugt werden kann. Das Spannmittel kann beispielsweise ein Drahtseil oder eine Metallstange sein. Durch das Spannmittel kann eine Stabilisierung des Trägerbalkens erzeugt werden, insbesondere wenn der Balken durch das Spannmittel in eine (leicht) konvexe Form mit einer Wölbung entgegen der Schwerkraft geformt wird. Aufzunehmende Gewichtskräfte werden dann an den Verbindungspunkten der Module in horizontale Kräfte umgelenkt, welche jedoch gut vom Spannmittel aufgenommen werden können.

Das Spannmittel kann sich von einem Ende zum anderen Ende des Trägerbalkens erstrecken, es kann jedoch auch nur einen oder mehrere Teilabschnitte des Trägerbalkens überdecken. Es besteht ferner die Möglichkeit, bei abgeknickten Trägerbalken ein Spannseil mit mindestens einer Umlenkrolle einen geknickten Verlauf annehmen zu lassen.

Die von dem Spannmittel erzeugte Druckkraft in Längsrichtung des Trägerbalkens ist typischerweise höher als die Gewichtskraft des Trägerbalkens. Insbesondere kann sie das ca. 2- bis 10-fache der Gewichtskraft betragen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist der Trägerbalken kompressionsstabil. Dies bedeutet, dass er Kräften standhält, die ihn in seiner Erstreckungsrichtung zusammendrücken. Die Kompressionsstabilität kann dabei insbesondere mindestens so hoch sein, dass der Trägerbalken Kompressionskräfte aushält, die das 2-fache, vorzugsweise das 5-fache, das 10-fache, das 50-fache oder sogar das 100-fache seines Eigengewichtes betragen. Ein derart kompressionsstabiler Trägerbalken kann durch entsprechend hohe Druckkräfte gegenüber der Aufnahme von vertikal wirkenden Gewichtskräften stabilisiert werden. Die genannten Druckkräfte können dabei wie vorstehend beschrieben über ein Spannmittel aufgebracht werden. Sie können jedoch auch ohne ein derartiges Spannmittel beispielsweise von Gebäudeteilen oder einer in Längsrichtung anstoßenden benachbarten Trägerkonstruktion erzeugt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Trägerkonstruktion mindestens ein Zugmittel wie beispielsweise ein Seil zur Übertragung nach oben gerichteter Zugkräfte. Auf diese Weise können Gewichtskräfte von Orten entfernt der Auflagepunkte der Trägerkonstruktion zu den Auflagepunkten übertragen werden.

Bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform enthält die Trägerkonstruktion mindestens ein (im verbauten Zustand nach oben abstehendes) Pylonelement, an welchem das Zugmittel befestigt ist. Ähnlich wie bei Hängebrücken oder Schrägseilbrücken kann somit eine Aufnahme von Gewichtskräften an dem Pylonelement erfolgen. Das Pylonelement ist vorzugsweise im Bereich einer Auflage der Trägerkonstruktion angeordnet.

Die Trägerkonstruktion kann vorzugsweise mindestens ein Element enthalten, welches nachfolgend als "Trägerbalkenkonsole" bezeichnet wird und über welches der Trägerbalken variabel mit einer Auflage verbunden ist oder verbindbar ist. Die Auflage kann im oben beschriebenen Sinne ausgestaltet sein, d. h. durch die Dachhaut verlaufen, es kann sich jedoch auch um eine andere beliebige Abstützung des Trägerbalkens handeln. Eine "variable" Verbindung enthält dabei definitionsgemäß mindestens einen Freiheitsgrad der Positionierung und/oder Orientierung, welcher bei der Montage, gegebenenfalls auch noch nach der Montage auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Beispielsweise kann der Winkel zwischen der Trägerbalkenkonsole und dem Trägerbalken und/oder ihre Position am Trägerbalken veränderbar sein. Durch eine derartige Variabilität lassen sich Komponenten der Trägerkonstruktion, auch wenn sie gewisse Standardformen haben, in einfacher Weise an unterschiedliche Gegebenheiten vor Ort anpassen (Dachneigung, Dachbreite etc.).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Trägerkonstruktion weist diese mindestens einen Modulverbinder auf, an welchem ein PV-Modul befestigt werden kann und welcher seinerseits variabel mit dem Trägerbalken der Trägerkonstruktion verbunden ist. Eine "variable" Verbindung enthält dabei definitionsgemäß mindestens einen Freiheitsgrad der Positionierung und/oder Orientierung, welcher bei der Montage, gegebenenfalls auch noch nach der Montage auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Beispielsweise kann der Modulverbinder in Längsrichtung des Trägerbalkens verschiebbar mit diesem verbunden sein. Optional kann die Verbindung auch in zwei, drei oder mehr Freiheitsgraden einstellbar sein. Eine solche Variabilität lässt sich beispielsweise dazu ausnutzen, die PV-Module optimal in Bezug auf die Sonneneinstrahlung auszurichten.

Bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Modulverbinder mit mindestens zwei Trägerbalken über unabhängig voneinander in Längsrichtung der Trägerbalken verschiebbare Kopplungsvorrichtungen verbunden. Durch in Richtung und/oder Ausmaß unterschiedliches Verschieben der Kopplungsvorrichtungen kann dann eine Drehung des Modulverbinders erzeugt werden.

Bei einer anderen Weiterbildung der Trägerkonstruktion, insbesondere einer Trägerkonstruktion mit Modulverbinder, ist die Neigung mindestens eines PV-Moduls gegenüber der Horizontalen (bei der Montage und/oder danach) veränderbar. Das PV-Modul kann dann optimal zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden.

Ein weiterer Nebenaspekt der Erfindung betrifft eine Auflage zur Abstützung einer Trägerkonstruktion nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf einem Gebäude. Die Auflage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie tragende Bestandteile aus einem Hartschaum enthält. Insbesondere kann sie ganz aus einem Hartschaum bestehen.

Das Basismaterial des Hartschaumes ist dabei typischerweise ein Kunststoff wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), expandiertes Polypropylen (EEP), Polystyrol (PS), Polyurethan (PU) oder dergleichen. Durch die Ausbildung als Hartschaum wird eine hohe Stabilität erreicht, welche die auftretenden Gewichtskräfte aufnehmen kann. Weiterhin hat der Hartschaum aufgrund des enthaltenen Gases eine gute thermische Isolationsfähigkeit, sodass er bei Integration in eine Dachhaut nicht zu Kältebrücken führt. Die Dichte des Hartschaums beträgt vorzugsweise mindestens ca. 200 kg pro Kubikmeter.

Vorzugsweise ist in einem Hartschaumblock (z.B. aus EPP) der beschriebenen Art eine Metall-Bodenplatte mit eingeschäumt, die entsprechende Gewindebohrungen enthält. Wird ein erster Hartschaumblock über diese Gewindebohrungen auf den Hallenträger, die Betonwand, den Holzbalken etc. aufgeschraubt, können anschließend wie bei LEGO® Steinen weitere Hartschaumblöcke in verschiedenen Dicken aufeinandergesetzt und verschraubt werden. Sollte ein Hindernis auf dem Dach vorhanden sein, beispielsweise ein Lichtband oder eine Dachgaube, kann mit den Bausteinen der Fachwerk-Trägerbalken entsprechend angehoben werden.

Die Auflage kann somit zwischen einer Trägerkonstruktion und dem bestehenden Dach bzw. Gebäude als thermischer Auflageblock aufgesetzt und verschraubt werden. Eine Auflage in Form eines Hartschaumblocks gibt es vorzugsweise in mehreren Dicken von beispielsweise 250 mm, 200 mm, 100 mm, 50 mm etc., und die Verbindung von Auflageblöcken untereinander kann beispielsweise auch mittels Schwalbenschwanzführung zum örtlichen Höhenaufbau und zum Zusammenschieben erfolgen.

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe der beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt durch den Dachbereich eines erfindungsgemäßen Solarenergie-Bauwerkes;

Figur 2 einen Querschnitt durch den Dachbereich eines weiteren Solarenergie-Bauwerkes, welches zusätzlich Zugmittel und Pylonelemente aufweist;

Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht von in die Dachhaut integrierten Auflagen, z.B. aus Hartschaum EPP;

Figur 4 ein Solarenergie-Bauwerk mit Satteldach und Lichtband;

Figur 5 ein Solarenergie-Bauwerk mit Dachgauben;

Figur 6 ein Solarenergie-Bauwerk mit Dachversatz;

Figur 7 ein Solarenergie-Bauwerk mit Tonnendach;

Figur 8 einen Querschnitt durch den Dachbereich eines weiteren Solarenergie-Bauwerkes, bei welchem die Trägerbalken aus Wellstegträgern gebildet sind;

Figur 9 eine Abwandlung gegenüber Figur 8 mit einem "geknickten" Trägerbalken auf einem Satteldach mit einem Lichtband;

Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines als Wellstegträger ausgebildeten Trägerbalkenmoduls; Figur 11 eine perspektivische Ansicht eines Kopfstückes (Konsole) zur Befestigung eines Wellstegträgers auf einem Hallenträger bzw. einer Auflage; Figur 12 in einer Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Trägerbalken mit zwei aufgesetzten Modulverbindern;

Figur 13 eine Seitenansicht (oben) und eine Unteransicht (unten) einer Modulverbinder-Querstrebe;

Figur 14 eine weitere Seitenansicht einer Modulverbinder-Querstrebe mit aufgesetzten PV-Modulen sowie den zugehörigen Trägerbalken;

Figur 15 eine separate Ansicht des teleskopierbaren Endes einer Modulverbinder-Querstrebe;

Figur 16 eine Aufsicht auf eine Dachfläche mit schräg zu den Dachkanten ausgerichteten PV-Modulen;

Figur 17 eine Aufsicht auf eine Dachfläche mit ein Lichtband umschließenden PV-Modulen;

Figur 18 eine Aufsicht analog zu Figur 17 mit einer alternativen Ausrichtung der PV-Module;

Figur 19 eine Teilaufsicht auf eine Dachfläche mit parallel und mit schräg zu den Dachkanten ausgerichteten PV-Modulen;

Figur 20 ein Solarenergie-Bauwerk, bei welchem die Trägerkonstruktion auch mittig über Trägerbalkenkonsolen abgestützt ist;

Figur 21 eine perspektivische Ansicht einer montierten Trägerbalkenkonsole;

Figur 22 eine Schnittansicht durch eine montierte Trägerbalkenkonsole;

Figur 23 einen Querschnitt (links) und eine Seitenansicht (rechts) eines Trägerbalkens mit angesetzten Zwischenhaltern und Zugseil;

Figur 24 ein Solarenergie-Bauwerk mit Satteldach und um das Gebäude herum errichteten Vertikalträgem;

Figur 25 einen Trägerbalkenkonsole mit einer Kopplungsplatte für Knicke;

Figur 26 einen Trägerbalken enthaltend ein Trägerbalkenmodul mit Knick;

Figur 27 die Anbindung eines schräg verlaufenden Trägerbalkens an einen gerade verlaufenden Trägerbalken;

Figur 28 ein Solarenergie-Bauwerk mit freitragender Konstruktion und einem Dachüberstand der PV-Anlage; Figur 29 eine Trägerkonstruktion mit Trägerbalkenmodulen in Längsrichtung und in Querrichtung;

Figur 30 die Verbindung kreuzförmig aufeinandertreffender Trägerbalkenmodule;

Figur 31 ein Kopplungselement für eine Verbindung nach Figur 30;

Figur 32 ein Solarenergie-Bauwerk mit allseitigem Dachüberstand der PV-Anlage.

Figur 33 eine aus miteinander verbundenen Modulen aufgebaute Auflage;

Der Bedarf regenerativ gewonnener Energien wird aufgrund der politisch gewollten und unter Umweltaspekten notwendigen Abkehr von fossilen Rohstoffen in Zukunft stark steigen. Allerdings werden Solaranlagen in nennenswerten Umfang nur errichtet, wenn sie sich ökonomisch lohnen.

Da viele Gebäude ungenutzte Dachflächen aufweisen, lassen sich diese bislang nicht ausgeschöpften Ressourcen zur Installation von Photovoltaikanlagen nutzen. Würden diese ungenutzten brachliegende Flächen mit Photovoltaik Anlagen genutzt, hätten sie eine Leistung von über 400 AKW (Atomkraftwerken). Bestehende Dächer einschließlich Tragwerk, Dämmung und Dachabdichtung sind jedoch nicht für die Einrichtung von Solaranlagen konzipiert. Ihnen fehlt der Nachweis der Lagesicherheit, der Standsicherheit durch Reibbeiwert, die Gewährleistung für die Dachabdichtung beim nachträglichen Aufbau einer Photovoltaik-Anlage etc.

PV-Anlagen auf Flachdächern sind in vielen deutschen Bundesländern genehmigungsfrei. Trotzdem gibt es kritische Aspekte, die vor allem die Statik und die Dachabdichtung betreffen. Bei Photovoltaikanlagen gibt es nicht nur die Gebäudestatik, sondern auch die Systemstatik (Lagesicherheit) der Solaranlage. Grundsätzlich muss jede bauliche Anlage im Ganzen und in ihren Teilen standsicher sein (§12 Musterbauordnung MBO). Dies bedeutet, dass ein statischer Nachweis geführt werden muss. Der statische Nachweis ist vom Hersteller der Solaranlage zu führen. Dieser muss den Nachweis für die Tragfähigkeit des Kollektors bzw. des Moduls, des Montagesystems bis zur Befestigung im beziehungsweise am Gebäude unter Berücksichtigung des vorhandenen Untergrundes (Holz, Holzwerkstoffe, Stahlkonstruktion, Stahltrapezblech, Stahlbeton, Falzdach) nach den gültigen Vorschriften erbringen. Nach Ansicht von Fachleuten ist allerdings kein vollständiger statischer Nachweis möglich. Vor diesem Hintergrund werden die nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläuterten Vorschläge für Tragkonstruktionen gemacht, mit welchen sich PV-Anlagen auf (existierenden) Gebäuden installieren lassen.

In Figur 1 ist der Dachbereich eines Solarenergie-Bauwerkes 1000 in einem Schnitt entlang einer Bezugsrichtung (x-Achse des dargestellten Koordinatensystems) dargestellt. Das Bauwerk besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten:

Zum einen dem herkömmlichen Gebäude G mit einem Flachdach, wie es beispielsweise bei Fabrikhallen, Lager, Produktions- und Logistikhallen, Schulen, Turnhallen, Tankstellen, Parkplatzüberdachungen, Supermärkten, Schützenhallen, Autohäuser (39 Mio. m ² ), Stadien und dergleichen zu finden ist. Ein derartiges Gebäude enthält in regelmäßigen Abständen Vertikalträger GVT, beispielsweise aus Stahl, die in gegenüberliegenden Wänden im Abstand der Erstreckungsweite w des Gebäudes (in x-Richtung) aufgestellt sind und miteinander durch horizontale Träger GHT (Binder) verbunden sind. Auf den horizontalen Trägem sind beispielsweise Trapezbleche GTB, welche die Dachfläche bilden, sowie eine Wärmedämmung GWD angeordnet. An der Dachoberfläche GDO ist das Gebäude durch hier nicht näher dargestellte Dichtbahnen wasserdicht verschlossen.

Als zweite Komponente enthält das Bauwerk eine PV-Anlage 100 bzw. (allgemein mit Bezugsbuchstaben) PVA.

Diese besteht aus einer Trägerkonstruktion 110 bzw. T mit an der Oberseite befestigten PV-Modulen PVM.

Die Trägerkonstruktion 110 wiederum besteht aus den in Figur 1 erkennbaren Trägerbalken 112 bzw. TB, welche sich jeweils linear in der Bezugsrichtung x erstrecken, sowie auf den Trägerbalken angeordneten und senkrecht zur Bezugsrichtung (d.h. in y-Richtung) verlaufenden Querstäben 111.

Die Trägerkonstruktion 110 enthält somit Trägerbalken 112, welche eine stabile Verbindung über die Erstreckungsweite w hinweg darstellen. Zu diesem Zweck können die Trägerbalken 112 insbesondere wie dargestellt aus einer zwei- oder dreidimensionalen Fachwerkkonstruktion mit Streben 116, 117 aufgebaut sein, sodass eine hohe Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht erreicht wird. Ein solcher Fachwerkträger 112 (Gitterträger, Rahmenelement) ist dabei eine Konstruktion aus mehreren Stäben, die an beiden Enden gelenkig miteinander verbunden sind. Die Fachwerkträger könne vorzugsweise in Leichtbauweise gefertigt werden, beispielsweise mit einem Rohrlaser in Längen von 5/10/15/20 m und 25m oder in Sonderlängen und Größen.

An ihren Enden sind die Trägerbalken 112 über zwei Auflagen 120 bzw. A auf den tragenden Elementen GHT, GVT des Gebäudes G abgestützt. Zwischen den Auflagen 120 sind die Trägerbalken 112 jedoch freitragend. Dies kann durch eine entsprechend biegesteife Konstruktion der Trägerbalken ermöglicht werden.

Da der Fachwerkträger 112 mit seiner Auflageplatte direkt auf der Position der Hallenstützen GVT liegt, werden die entstehenden Lasten direkt in die senkrechten Stützen GVT eingeleitet und belasten nicht das Dach.

Die Fachwerkträger 112 können optional über ein Hallendach hinausragen, um eine bestmögliche PV Modulgröße zu realisieren. Weiterhin können sie gegebenenfalls über Lichtbänder, Lichtkuppeln, Dachfenster, Dachluken etc. ragen, damit die Dachfläche mit der Aufteilung der PV-Modulgröße optimal genutzt werden kann.

Insbesondere können auch Spannmittel (in Figur 1 nicht dargestellt), die von einem Ende eines Trägerbalkens 112 (in x-Richtung) zum anderen Ende verlaufen und auf den Trägerbalken eine Kompressionskraft ausüben, zur Stabilisierung beitragen. Der Trägerbalken kann dabei eine leicht nach oben gewölbte Form annehmen, durch welche (ähnlich wie bei einem Kniehebel) vertikale Kräfte in horizontale Kräfte umgeleitet werden, wobei die Horizontalkräfte vom Spannmittel aufgefangen werden können. Der Trägerbalken 112 kann in diesem Zusammenhang insbesondere aus einzelnen gleichartigen Trägerbalkenmodulen 115 bzw. TBM bestehen, welche fest (z.B. verschraubt, verschweißt) oder lose (z.B. ineinandergesteckt) miteinander verbunden sein können und typischerweise jeweils ein einzelnes PV-Modul PVM tragen.

In Figur 2 ist in einer Ansicht wie in Figur 1 ein anderes Solarenergie- Bauwerk 2000 dargestellt, bei welchem ähnlich wie oben beschrieben auf einem Gebäude mit Flachdach eine Solaranlage mit einer Trägerkonstruktion 210 bzw. T aus Trägerbalkenmodulen 215 bzw. TBM angeordnet ist, wobei in der Zeichnung analoge Komponenten wie in Figur 1 um "100" erhöhte Bezugszeichen erhalten haben bzw. mit den gleich bleibenden Bezugsbuchstaben versehen sind. Die Trägerbalkenmodule 215 weisen wieder eine Fachwerkkonstruktion auf, wobei die Details des dargestellten Fachwerks unterschiedlich sein können. Im Unterschied zur bisher beschriebenen Ausführungsform hat die Trägerkonstruktion 210 an den Enden der Trägerbalken Pylonelemente TP, welche sich im Wesentlichen senkrecht nach oben erstrecken. Mit ihrem Fußpunkt stützen sich die Pylonelemente TP auf den Auflagen 220 bzw. A über den Vertikalträgem GVT des Gebäudes ab. Des Weiteren sind die Pylonelemente über druckfeste Winkelstreben TW in Richtung des Inneren der Trägerkonstruktion 210 abgestützt (z.B. nach rechts abgestützt bei dem Pylonelement TP am linken Ende der Trägerkonstruktion 210). Dies ermöglicht es, an den oberen Enden der Pylonelemente TP Zugseile zu befestigen, über welche schräg nach oben gerichtete Zugkräfte auf innere Teile der Trägerkonstruktion übertragen werden können. In der Zeichnung ist dabei in der linken Hälfte der Fall eines einzelnen Zugseiles TZ dargestellt, in der rechten Hälfte der Fall von drei fächerförmig verlaufenden Zugseilen TZ1 , TZ2, TZ3.

Um Schneelast der PV-Anlagen zu vermindern, kann optional ein einfaches Dachflächenheizungs-System auf den PV-Modulen installiert werden.

Der Bereich einer Auflage 120 bzw. A ist in Figur 3 detaillierter dargestellt.

Die Figur zeigt dabei Auflagen A am linken und rechten Rand des Gebäudes, welche im Wesentlichen gleich ausgestaltet sind.

Erkennbar ist, dass die Auflage 120, welche in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen quaderförmig ist, durch die Trapezbleche GTB und die Hochleistungsdämmung GWD der Dachhaut hindurchgeht und unter Zwischenschaltung einer Metallplatte 122 direkt mit den Metallträgem GVT, GHT des Gebäudes G verbunden ist (z.B. mithilfe von Schrauben 123). Nach oben hin ragt die Auflage 120 über die Dachoberseite GDO hinaus, sodass darauf verlaufende Dichtbahnen nach oben hin auf die Auflage 120 aufgeklebt werden können.

Die Auflage 120 besteht vorzugsweise aus einem Hartschaum (z.B. EPP, expandiertes Polypropylen), welcher ausreichende Stabilität mit einer thermischen Isolationsfähigkeit verbindet. Die Metallplatte 122 kann über Anker in den Hartschaumblock 121 eingeschäumt sein und Gewindebohrungen zur Verschraubung am Gebäude aufweisen.

Optional kann eine Auflage 120, 220 auch mehrere eingespritzte Metallplatten enthalten, die auf den Hallenträgem aufgesetzt und verschraubt werden. Auflagen können in unterschiedlichen Längen, Breiten und Höhen hergestellt werden und beispielsweise wie Legosteine mit Noppen aufeinandergesetzt und miteinander verbunden (verschraubt) werden. Zur Montage der beschriebenen PV-Anlagen wird im Randbereich eines Daches direkt über tragenden Stützen GVT (aus Stahl, Stahlbeton oder Holzbau) der Hallenkonstruktion ein rechteckiges Loch in das Dach (Dachhaut, Dämmung, Trapezblech, Holzschalung) geschnitten, so dass eine Bohrschablone auf den Hallenträger aufgelegt werden kann. Dann wird ein entsprechendes Lochbild in der Oberseite des Hallenträgers gebohrt, ein thermischer Hartschaumblock aufgelegt und verschraubt. Dieser Kunststoffblock kann je nach baulicher Situation in der Höhe variieren und eingebaut werden. Optional können mehrere Hartschaum-Blöcke wie Legosteine aufeinandergesetzt und verschraubt werden.

Die Hartschaum-Blöcke stehen typischerweise ca. 100 mm bis 300 mm über der Flachdach-Dämmung über. Der vorhandene Dachausschnitt mit eingesetzten Kunststoffblock kann daher problemlos vom Dachdecker mit einer EPDM-Folie, Kunststoffbahn oder Bitumendachhaut abgedichtet und dauerhaft verklebt werden.

Der vorgefertigte System-Fachwerkträgerbalken wird anschließend mit seinen Enden ("links" und "rechts") auf die Hartschaumblöcke aufgesetzt und verschraubt. In den Auflageplatten des Fachwerkträgers befinden sich dabei vorzugsweise Langlöcher, so dass bei einer Materialausdehnung von verschiedenen Materialien keine Längenspannungen entstehen können.

Als nächster Schritt wird eine Unterkonstruktion aus Metall-Profilen oder Bauteilen 111 , 211 auf die Fachwerkträgerbalken quer aufgelegt und befestigt, auf denen die PV-Module PVM in Reihe aufliegen. Diese Unterkonstruktion kann optional mit einem Mechanismus ausgestattet werden, so dass die PV-Module immer optimal zur Sonne ausgerichtet sind. Außer zur Erhöhung des Ertrags durch ein solches nachgeführtes System kann eine Verstellbarkeit der PV-Module auch dazu genutzt werden, Schneelasten zu entfernen, beispielsweise indem die Module bis in eine senkrechte Stellung gedreht werden können.

Um im Winter Schneelasten von den PV-Modulen zu entfernen, können zusätzlich oder alternativ beispielsweise auch die folgenden Ansätze verfolgt werden: die Rückbestromung der PV-Module zur Schneeschmelzung;

Anordnung je einer linearen Linienführung links und rechts der PV-Module, zwischen denen ein Seil geführt ist, das zur Entfernung von Schnee herauf und herunter gefahren werden kann;

Spritzen von Enteisungsflüssigkeit auf das PV-Modul mittels Sprühdüsen;

Anordnung von Scheibenwischern an den PV-Modulen zur Entfernung von Schnee. Die Figuren 4 bis 7 illustrieren verschiedene Anwendungen der beschriebenen Trägerkonstruktion bei unterschiedlichen Gegebenheiten und Formen von Dächern.

So zeigt Figur 4 ein Solarenergie-Bauwerk 3000 mit einem Satteldach und einem Lichtband GLB, wobei Letzteres durch eine entsprechend hohe Anordnung der Trägerkonstruktion überbrückt wird. Die Trägerkonstruktion kann dabei insbesondere durch Bausteinartiges Übereinanderstapeln mehrerer Auflagen auf die gewünschte Höhe gebracht werden. Der Einsatz in der Figur zeigt, dass hierzu Auflageblöcke ähnlich wie LEGO® Steine über Noppen formschlüssig ineinandergreifen können.

Figur 5 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 4000, bei dem in ähnlicher Weise Dachgauben GDG überbrückt werden.

Figur 6 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 5000, beim dem ein Dachversatz durch (optional unterschiedlich hohe) Auflagen auf verschiedenen Seiten der Trägerkonstruktion überbrückt bzw. ausgeglichen wird.

Figur 7 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 6000 mit Tonnendach. Die Trägerkonstruktion bzw. Trägerbalken haben hier einen entsprechend der Dachform gekrümmten Verlauf. Die beschriebene Trägerkonstruktion kann somit ohne Weiteres auf verschiedenen Dachformen eingesetzt werden, beispielsweise einem Flachdach, Tonnendach, Pultdach, flachen Satteldach oder Schmetterlingsdach. Weiterhin kann eine Stahlkonstruktion für nichttragende Dachflächen nachgerüstet werden, z.B. an bestehenden Stützen oder Trägem mittels Anschraubkonsolen und Dachträgem.

In Figur 8 ist in einer Darstellung analog zu Figur 1 eine alternative Ausführungsform eines Solarenergie-Bauwerkes 7000 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Trägerbalken 712 bzw. TB aus (vier) Trägerbalkenmodulen 715 bzw. TBM hergestellt, welche als Wellstegträger ausgebildet sind. An seinen Enden ist der Trägerbalken 712 über Kopfstücke 740 und Auflagen 720 bzw. A mit den Vertikalträgem GVT des Gebäudes verbunden. Zwischen den axialen Enden des Trägerbalkens verläuft ein Spannmittel TS in Form eines Seiles mit Spannschloss oder eines Zugstabes. Des Weiteren sind die PV-Module PVM auf dem Trägerbalken 712 mithilfe von Modulverbindern 730 bzw. TV angeordnet.

In Figur 9 ist in einer Darstellung analog zu Figur 2 die vorstehend beschriebene Konstruktion auf einem Satteldach mit einem Lichtband GLB dargestellt. Das Zugseil TS wird dabei über eine Umlenkrolle (unterhalb des Knicks des Trägerbalkens) geleitet.

Die verschiedenen Komponenten der Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9 werden nachfolgend mithilfe der Figuren 10 - 14 näher erläutert.

So zeigt Figur 10 in einer perspektivischen Ansicht ein als Wellstegträger ausgebildetes Trägerbalkenmodul TBM. Dabei sind zwei einen Oberzug und einen Unterzug bildende, in Längsrichtung verlaufende Rechteckrohre 717 durch ein Wellblech 716 (hier: Trapezblech) miteinander verbunden. Die axialen Enden des Trägerbalkenmoduls TBM werden jeweils durch metallische Kopplungsplatten 718 gebildet, über welche aneinanderstoßende Trägerbalkenmodule TBM stirnseitig miteinander verschraubt werden können, so dass alle Ausführungsarten mit den Kopfplatten zusammengefügt werden können.

Anders als dargestellt müssen die Wellbleche 716 keine geschlossene Fläche aufweisen, sondern können mit mehr oder weniger großen Löchern versehen sein, um Gewicht zu sparen und eventuelle Windlasten zu verringern.

In Figur 11 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Kopfstück 740 dargestellt, welches an einem axialen Ende eines Trägerbalkens zur Verbindung des Balkens mit einer Auflage A vorgesehen werden kann. Das Kopfstück 740 enthält zu diesem Zweck eine metallische Kopplungsplatte 743, an welche die Kopplungsplatte 718 eines Trägerbalkenmodules 715 angeschraubt werden kann, sowie eine Konsole 741 zur Verbindung mit einer Aufnahme A. Weiterhin kann das Kopfstück 740 eine Halterung 742 für ein Spannseil TS enthalten. Diese Kopfstücke 740 gibt es in unterschiedliche Formen und Ausführungen.

Figur 12 zeigt in einer Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Trägerbalken TB mit zwei aufgesetzten Modulverbindern TV. Der Trägerbalken kann (wie dargestellt) aus Trägerbalkenmodulen TBM in Form von Wellstegträgern der oben beschriebenen Bauweise bestehen, es kann jedoch auch eine andere Form von Trägerbalken verwendet werden. Wichtig ist, dass auf der Oberseite (Oberzug) des Trägerbalkens Modulverbinder TV aufgesetzt sind, welche jeweils ein oder mehrere PV-Module PVM tragen.

Ein Modulverbinder TV weist an seiner Unterseite Kopplungsvorrichtungen TVU auf, über welche er beweglich mit dem Trägerbalken gekoppelt ist. Insbesondere können diese als Linearführungen ausgebildet sein, d. h. in Längsrichtung des Trägerbalkens TB verschiebbar sein. Die Kopplungsvorrichtungen TVU können beispielsweise als (umgedrehte) U-Profile oder C-Profile ausgebildet sein, die über den Oberzug geführt werden können. Des Weiteren ist eine Längsstrebe TVL des Modulverbinders TV (welche in Längsrichtung des Trägerbalkens TB verläuft) über zwei Gelenke TVG mit der Kopplungsvorrichtung TVU verbunden. Eines der Gelenke ist dabei über eine Höhenstrebe TVS mit der Kopplungsvorrichtung verbunden, wobei die Länge dieser Höhenstrebe (bzw. ihr Verbindungspunkt mit der Kopplungsvorrichtung) verändert werden kann. Auf diese Weise kann die Neigung der PV-Module gegenüber der Horizontalen eingestellt werden.

Schließlich sind nahe dem oberen und unteren axialen Ende der

Längsstreben TVL jeweils Querstreben TVQ befestigt, welche quer zur Längserstreckung der Trägerbalken TB verlaufen (d.h. in y-Richtung in Figur 12). Die Querstreben TVQ verbinden dabei die Längsstrebe TVL an einem Trägerbalken mit der Längsstrebe TVL an einem anderen (typischerweise benachbarten) Trägerbalken zum kompletten Modulverbinder TV. An der Oberseite dieser parallel verlaufenden Querstreben TVQ können dann die PV-Module befestigt werden.

Optional können die Querstreben TVQ auch direkt (ohne Längsstreben TVL) auf den Kopplungsvorrichtungen TVU befestigt sein (z.B., wenn keine Neigungsverstellung der PV-Module gewünscht ist).

Figur 13 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Querstrebe TVQ in einer Seitenansicht (obere Darstellung) und einer Ansicht von unten (untere Darstellung). Die Querstrebe TVQ umfasst zum einen ein in ihrer Erstreckungsrichtung verlaufendes Hauptrohr 731 (z.B. ein Rechteckrohr 120 mm x 80 mm). Vorzugsweise sind zur Versteifung des Hauptrohres senkrecht hiervon abstehende Abstandhalter 732 vorgesehen, deren Länge symmetrisch zur Mitte des Hauptrohres hin zunimmt. Über die Enden der Abstandhalter verläuft von einem Ende zum anderen Ende des Hauptrohres 731 ein Spannseil 733, das mit einem Spannschloss 734 gespannt werden kann.

Figur 14 zeigt die beschriebene Querstrebe TVQ mit darauf montierten PV-Modulen PVM nach Aufsetzen auf zwei benachbarten Trägerbalken TB.

Vorzugsweise sind die Querstreben TVQ längenveränderlich sowie drehbeweglich mit den Längsstreben TVL bzw. Kopplungsvorrichtungen TVU gekoppelt. Die Kopplungsvorrichtungen TVU auf den benachbarten Trägerbalken TB können dann in verschiedene Richtungen bzw. verschieden weit verschoben werden, wodurch sich die darauf montierte Halterung für die PV-Module eine Parallelogramm-Form annimmt (vgl. Figuren 16, 19). Dies ermöglicht eine weitere Ausrichtung der PV-Module relativ zur Sonneneinstrahlung. Figur 15 zeigt in einer Perspektive das Ende einer Querstrebe TVQ, welche durch einen verschiebebeweglich in das Hauptrohr 731 eingreifenden Teleskopeinsatz 735 längenveränderlich ist (vorzugsweise ist die Querstrebe TVQ auf diese Weise links und rechts teleskopierbar).

In Figur 16 ist in einer Aufsicht auf ein Dach eine Anordnung von PV-Modulen dargestellt, welche wie oben erläutert schräg zu den Kanten des Daches ausgerichtet sind. Die Trägerbalken TB sind dabei parallel zur kurzen Seite des Daches in Abständen von beispielsweise 6 m angeordnet.

In Figur 17 ist in einer Aufsicht auf ein Dach eine Anordnung dargestellt, bei welcher über einem Lichtband GLB im Dach keine PV-Module angeordnet sind. Im Bereich der Trägerbalken TB ist Platz für Laufwege zur Wartung der Module gelassen.

Figur 18 zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei die (rechteckigen) PV-Module gegenüber der Anordnung von Figur 17 um 90° gedreht sind.

Figur 19 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Dachfläche, bei welcher im oberen Teil die Module ähnlich wie in Figur 16 schräg gestellt sind. Die Teleskopeinsätze 735 der Querstreben TVQ sind zu diesem Zweck unterschiedlich weit ausgezogen bzw. eingeschoben.

Figur 20 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 9000, bei welchem der Trägerbalken TB sowohl an den axialen Enden als auch mittig abgestützt ist. Die Auflage des Trägerbalkens erfolgt dabei über nachfolgend näher erläuterte Trägerbalkenkonsolen TBK.

Figur 21 zeigt eine perspektivische Ansicht und Figur 22 eine Schnittansicht einer solchen Trägerbalkenkonsole 750 bzw. TBK, die gelenkig zwischen einer Auflage A und einem Trägerbalken TB montiert ist und örtlich nach Ermessen positioniert werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Unterzug des Trägerbalkens zwischen zwei U-förmig ihn umgreifenden Klemmbacken 751 formschlüssig und kraftschlüssig festgehalten. Die Klemmbacken sind ihrerseits mittels eines Bolzens 754 drehbar mit zwei Ständern 752 verbunden. Die Ständer 752 ragen von einer Verbindungsplatte 753 vertikal nach oben, welche mit der Auflage A verschraubt ist. Eine Trägerbalkenkonsole dieser oder ähnlicher Bauart ermöglicht eine hinsichtlich Position und Winkel variable Befestigung der Trägerbalken an den Auflagen.

Figur 23 zeigt einen Querschnitt (links) und eine Seitenansicht (rechts) eines Trägerbalkens TB mit an dessen Unterzug angesetzten Zwischenhaltern TBZ, die nachträglich bauseits an den Trägerbalken nach Bedarf befestigt werden können, um z.B. ein Spannseil zusätzlich zu befestigen. Die Zwischenhalter TBZ sind identisch oder ähnlich aufgebaut wie die oben erläuterten Klemmbacken 751 der Trägerbalkenkonsolen TBK. An ihnen kann das Spannmittel TS angreifen, um z.B. Teilabschnitte des Trägerbalkens TB zu verspannen.

Figur 24 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 10000 mit Satteldach, bei welchem die in den Figuren 25 und 26 dargestellten Trägerbalken "mit Knick" zum Einsatz kommen können. Die ganze Konstruktion steht frei auf in Köcherfundamenten errichteten Stützen GVT, ohne dass die (Leichtbau-) Halle statisch belastet wird.

Bei der Ausführungsform nach Figur 25 ist ein Trägerbalken TB über eine Trägerbalkenkonsole TBK der oben erläuterten Art an ihrem unteren Ende unter einem Winkel zur Horizontalen auf einer Auflage A abgestützt. Am oberen Ende des Trägerbalkens befindet sich anstelle der bzw. zusätzlich zur üblichen Kopplungsplatte eine Kopplungsplatte 801 mit einem Winkel bzw. einem Gelenk 802. An dieser kann ein spiegelbildlich angeordneter Trägerbalken befestigt werden, um die Überspannung für ein Satteldach zu bilden. Die Kopplungsplatte 801 ist ein eigenes Bauteil und kann entsprechend eingesetzt werden. Diese Konstruktion kann an Beton, Mauerwerk, Holzbalken oder anderen Konstruktionen befestigt werden, um z.B. Gefälle, Höhenversätze oder andere örtlich Situationen auszugleichen (Baukastensystem).

Bei der Ausführungsform nach Figur 26 ist ein separates "geknicktes" Trägerbalkenmodul TBMK mit einem Winkel vorgesehen, um für die Überdeckung eines Satteldaches zwei gerade Trägerbalkenstücke zu verbinden. Optional kann das geknickte Trägerbalkenmodul TBMK aus Teilstücken bestehen, die vor Ort zusammengesetzt werden.

Figur 27 zeigt die Anbindung eines schräg verlaufenden Trägerbalkens TB (z.B. gemäß Figur 26) an einen gerade verlaufenden Trägerbalken TB über ein keilförmiges Adapterelement 806, das einerseits an die Kopplungsplatte 718 und andererseits an Oberzug und Unterzug der Trägerbalken bzw. der Trägerbalkenmodule angeschraubt werden kann.

Figur 28 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 11000 mit freitragender Konstruktion und einem Dachüberstand der PV-Anlage.

Figur 29 zeigt eine Konstruktion aus Trägerbalken bzw.

Trägerbalkenmodulen TBM, die sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Daches verlaufen. Auf diese Weise entsteht eine besonders stabile, schachbrettartig bzw. gitterförmig mit Trägerbalken versteifte Trägerkonstruktion für eine PV-Anlage.

Figur 30 zeigt die Verbindung von drei (optional auch vier) kreuzförmig aufeinandertreffenden Trägerbalken(-Modulen) durch ein Kopplungselement 803 für eine derartige Kreuzung.

Ein derartiges Kopplungselement 803 ist in Figur 31 in einer perspektivischen Ansicht (unten) und mit drei möglichen Querschnitten (oben) dargestellt. Es besteht im Wesentlichen aus einem Vierkantrohr mit Bohrungen 805, durch welche Verbindungsschrauben der Trägerbalken geführt werden können (anders als dargestellt können alle Seitenflächen derartige Bohrungen aufweisen). Ferner weist das Rohr an seiner Oberseite einen teilweise umlaufenden Einschnitt 804 auf.

Figur 32 zeigt ein Solarenergie-Bauwerk 12000 aus zwei Richtungen, wobei die PV-Anlage allseitigen Dachüberstand aufweist.

Figur 33 zeigt eine aus miteinander verbundenen Modulen 821 , 822, 823 und 824 aufgebaut Auflage 820 bzw. A. Die Module können jeweils als thermischer Auflageblock aus Hartschaum (z.B. expandiertes Polypropylen EPP) in verschiedenen Dicken und mit Schwalbenschwanzführung zum örtlichen Höhenaufbau und zum Zusammenschieben ausgebildet sein. Das oberste Modul 821 hat vorzugsweise eine einseitige Schwalbenschanzführung und dient dem unmittelbaren Abstützen der Trägerbalken bzw. Kopfstücke 740. Die mittleren Module 822, 823 haben vorzugsweise auf der Oberseite eine Schwalbenschwanzführung und auf der Unterseite einen Schwalbenschwanz- Vorsprung. Die Schwankungsführung des untersten Moduls 823 kann durch einen Einschiebling 824 geschlossen sein, um eine vollflächige Abstützung auf den statischen Trägem (Betonwand, Holzbalken etc.) zu gewährleisten.

Die zusammengesetzte Auflage A wird zwischen einer Trägerkonstruktion und dem bestehenden Dach bzw. Gebäude als thermischer Auflageblock aufgesetzt und verschraubt. Das untere Modul 823 wird dabei vorzugsweise mittels vorgesehener Bohrungen auf dem Stahlträger, der Betonwand, dem Sturz oder dem Holzbalken verschraubt. Die Gesamtverschraubung alle Module erfolgt vorzugsweise durchgehend von oben mit langen Holzschrauben in den unteren Modulen. Bezugszeichenliste

1000 - 12000 Solarenergie-Bauwerk

G Gebäude

GTB Trapezblech (Dach)

GVT Vertikalträger

GHT Horizontalträger

GDG Dachgaube

GLB Lichtband

GWD Wärmedämmung

GDO Dachoberfläche

PVA, 100 PV-Anlage

PVM PV-Modul

A, 120, 220, 720, 820 Auflage

121 Hartschaumblock

122 Metall platte

123 Schraube

821 , 822, 823, 824 Module einer Auflage

T, 110, 710 Trägerkonstruktion

111 , 211 Querstab

116, 216 Strebe

117, 217 Strebe

TS Spannmittel

TZ, TZ1 , TZ2, TZ3 Zugmittel

TP Pylonelement

TW Winkelstrebe

TB, 112, 712 Trägerbalken

TBM, 115, 215, 715 Trägerbalkenmodul

TBMK Trägerbalkenmodul mit Knick

716 Trapezblech (Trägerbalkenmodul)

717 Rohr (Trägerbalkenmodul)

718 Kopplungsplatte (T rägerbalkenmodul)

TV, 730 Modulverbinder

TVG Modulverbinder-Gelenk

TVQ Modulverbinder-Querstrebe

TVL Modulverbinder-Längsstrebe

TVU Modulverbinder Kopplungsvorrichtung

TVS Modulverbinder-Höhenstrebe

731 Hauptrohr Querstrebe

732 Abstandshalter Querstrebe

733 Spannseil Querstrebe

734 Spannschloss Querstrebe

735 Teleskopeinsatz Querstrebe 740 Kopfstück für Trägerbalken 741 Konsole 742 Halterung für Spannmittel 743 Kopplungsplatte (am Kopfstück)

TBK, 750 T rägerbalkenkonsole 751 Klemmbacken 752 Ständer 753 Verbindungsplatte 754 Bolzen

TBZ Zwischenhalter am Trägerbalken 801 Kopplungsplatte 802 Gelenk an der Kopplungsplatte 803 Kopplungselement 804 Einschnitt 805 Bohrung 806 keilförmiges Adapterelement