Устройство крепления фотоэлектрической панели

Полезная модель относится к области строительства, а именно к креплению фотоэлектрических панелей к любым типам кровельного покрытия.
Известно, что размещение фотоэлектрических панелей на готовой кровле означает дополнительную нагрузку как на несущие конструкции, так и на сам материал кровли. Для уменьшения этого недостатка предпринимаются попытки совместить кровлю и фотоэлектрические панели, как, например в патенте России №2602532, публикация 20.11.2016, где кровля выполнена из фотоэлектрических панелей, или как, например, в патенте России №2215100, публикация 27.10.2003, где светочувствительный участок встроен в тело кровельной панели.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является балластное устройство крепления фотоэлектрической панели для плоских крыш SRS-B, представленное в https://solarssk.com/sistemi-kriplennya-dlya-daxiv и включающее в себя несколько пар параллельных передних наклонных стоек для удержания фотоэлектрических панелей, несколько пар удлиненных горизонтальных направляющих для закрепления к кровле, и соответствующее число пар задних наклонных стоек, каждая из которых связана с соответствующей из удлиненных горизонтальных направляющих. Данные задние наклонные стойки установлены под тупым углом (больше 90°), направленным в сторону передней части фотоэлектрической панели. Для крепления к кровле удлиненные горизонтальные направляющие прижаты элементами балласта.
Недостатками данного технического решения являются:
Необходимость применения балласта для компенсации ветровых нагрузок.
Высокая нагрузка на несущие конструкции здания, а также на кровельные материалы и конструкции.
Заметание снегом в зимний период вследствие чего значительное снижение эффективности фотоэлектрических панелей.
Задачей настоящей полезной модели является расширение ассортимента устройств крепления фотоэлектрических панелей за счет создания безбалластного устройства крепления фотоэлектрической панели, обладающего устойчивостью против ветровой и снежной нагрузок.
Поставленная задача решена в устройстве крепления фотоэлектрической панели, включающем в себя две параллельные передние наклонные стойки для удержания фотоэлектрической панели, две удлиненные горизонтальные направляющие для закрепления к кровле и две задние наклонные стойки, каждая из которых связана с соответствующей из удлиненных горизонтальных направляющих, за счет того, что устройство снабжено хотя бы двумя передними вертикальными стойками, каждая из которых нижним концом неразъемно соединена с соответствующей из удлиненных горизонтальных направляющих, а верхним концом связана с нижним концом соответствующей из передних наклонных стоек посредством первого шарнирного соединения, нижний конец каждой из указанных задних наклонных стоек связан с соответствующей из указанных удлиненных горизонтальных направляющих посредством второго шарнирного соединения, а верхний конец каждой из указанных задних наклонных стоек связан с верхним концом соответствующей из передних наклонных стоек посредством третьего шарнирного соединения, причем каждая из удлиненных горизонтальных направляющих снабжена хотя бы двумя горизонтальными пластинами крепления к кровле, каждая из которых связана с нижней поверхностью соответствующей из удлиненных горизонтальных направляющих посредством четвертого шарнирного соединения.
Каждая из удлиненных горизонтальных направляющих предпочтительно выполнена с возможностью установки на ней больше одной передней вертикальной стойки и одной задней наклонной стойки.
Каждая из удлиненных горизонтальных направляющих может быть выполнена хотя бы из двух частей, соединенных разъемно.
Хотя бы одно из четвертых шарнирных соединений может быть выполнено регулируемым или в виде шарового шарнира.
Каждая пластина крепления к кровле предпочтительно выполнена металлической с отверстиями для установки механического крепления к кровле.
Каждая пластина крепления к кровле может быть выполнена металлической и дополнительно снабжена наплавленной с одной стороны битумно-полимерной пластиной для сплавления с материалом битумно-полимерной кровли, или может быть покрыта армированным полимеризованным поливинилхлоридом для приклеивания или термического соединения с материалом кровли, выполненной из поливинилхлорида.
Заявленное устройство может быть снабжено хотя бы двумя поперечными планками для установки между указанными передними наклонными стойками для удержания фотоэлектрической панели увеличенного размера.
Заявленная полезная модель представлена со ссылками на приложенные неограничивающие чертежи, на которых
на фиг. 1 приведено изображение примера реализации заявленного устройства для крепления одной фотоэлектрической панели к кровле;
на фиг. 2 приведено изображение отрезка удлиненной горизонтальной направляющей с примером реализации первого и второго шарнирных соединений;
на фиг. 3 приведено изображение примера реализации горизонтальной пластины крепления к кровле;
на фиг. 4 приведено изображение другого примера реализации горизонтальной пластины крепления к кровле;
на фиг. 5 приведено изображение примера реализации заявленного устройства для нескольких фотоэлектрических панелей в ряду и нескольких их рядов;
на фиг. 6, 7 приведено изображение скриншотов результатов компьютерного моделирования поведения заявленного устройства под ветровой нагрузкой.
На фиг. 1 представлен конкретный пример исполнения заявленного устройства крепления фотоэлектрической панели.
Устройство для крепления одной фотоэлектрической панели к кровле здания включает в себя две параллельные передние наклонные стойки 1 для удержания фотоэлектрической панели 2, две передние вертикальные стойки 3, две задние наклонные стойки 4, две удлиненные горизонтальные направляющие 5 для закрепления к кровле 6.
Высоту передних вертикальных стоек 3 (то есть расстояние от нижнего края фотоэлектрической пластины 2 до кровли 6) в диапазоне от 1 до 800 мм выбирают с учетом обеспечения максимальных «завихрений» воздуха (см. фиг. 6, 7), положительно влияющих на снижение нагрузки на кровлю и самоочистку фотоэлектрических панелей 2 от снега.
Из соображений удобства производства и транспортировки, каждая из удлиненных горизонтальных направляющих 5 выполнена в виде двух отрезков профильной трубы: передней опорной части 7 и удлинения 8, соединенных разъемно. Длина их определяется проектными данными (условиями конкретного объекта установки заявленного устройства).
Каждая удлиненная горизонтальная направляющая 5 снабжена двумя горизонтальными пластинами 9 крепления к кровле 6. По одной горизонтальной пластине 9 установлено под каждой опорной частью 7 обеих удлиненных горизонтальных направляющих 5, и по одной горизонтальной пластине 9 установлено под каждым удлинением 8 обеих удлиненных горизонтальных направляющих 5. Увеличение длины удлинения 8 ведет к снижению нагрузки на горизонтальные пластины 9, контактирующие с кровлей 6.
Каждая передняя вертикальная стойка 3 нижним концом неразъемно соединена с опорной частью 7 удлиненной горизонтальной направляющей 5, а верхним концом связана с нижним концом передней наклонной стойки 1 посредством первого шарнирного соединения 10 (см. фиг. 2).
Нижний конец каждой из задних наклонных стоек 4 связан с опорной частью 7 удлиненной горизонтальной направляющей 5 посредством второго шарнирного соединения 11. Верхние концы каждой из задних наклонных стоек 4 связаны с верхними концами передних наклонных стоек 1 посредством третьего шарнирного соединения 12, так, что угол между соответствующими задней наклонной стойкой 4 и передней наклонной стойкой 1 не превышает 90°.
Каждая горизонтальная пластина 9 крепления к кровле 6 связана с нижней поверхностью соответствующей части удлиненной горизонтальной направляющей посредством четвертого шарнирного соединения 13.
Каждое из вторых шарнирных соединений 11 (на фиг. 2 показано одно из них) выполнено следующим образом. Опорная часть 7 удлиненной горизонтальной направляющей 5 снабжена двумя вертикальными пластинами 14, неразъемно закрепленными с каждой стороны опорной части 5. Это может быть П-образная скоба, установленная перевернутой так, что ножки являются указанными вертикальными пластинами 14. Каждая из вертикальных пластин 14 выполнена с набором первых отверстий 15 вдоль ее верхней кромки. Между вертикальными пластинами 14 размещен нижний конец задней наклонной стойки 4, выполненный со вторым отверстием 16, соответствующим указанным первым отверстиям 15, так, что второе отверстие 16 совпадает с одним из первых отверстий 15 в пластине 14 и с соответствующим в ряду первым отверстием 15 во второй вертикальной пластине 14. Сквозь первое отверстие 15 вертикальной пластины 14, второе отверстие 16 на конце задней наклонной стойки 4 и первое отверстие 15 в вертикальной пластине 14 установлен соединитель 17. Соединитель 17 может быть выполнен в виде соединения болт-гайка либо шплинт и выполняет функцию оси качания во втором шарнирном соединении 11. При необходимости изменения угла наклона задней наклонной стойки 4 ее конец переставляют к другим первым отверстиям 15 и закрепляют в новом положении.
Первое 10, третье 12 и четвертое 13 шарнирные соединения в данном примере выполнены аналогично второму шарнирному соединению 11.
Каждая горизонтальная пластина 9 крепления к кровле 6 связана с нижней поверхностью соответствующей части удлиненной горизонтальной направляющей 5 посредством четвертого шарнирного соединения 13.
На фиг. 3 показана пластина 9 с четвертым шарнирным соединением 13, организованным аналогично второму шарнирному соединению 11, описанному выше. Если возникает такая необходимость, такое четвертое шарнирное соединение 13 может быть выполнено регулируемым за счет того, что соединитель 17 (на чертеже на показан) представляет собой болт с гайкой и степень свободы шарнирного соединения регулируют степенью затягивания гайки.
В данном примере, показанном на фиг. 3, 4, пластина 9 крепления к кровле 6 выполнена металлической с отверстиями 18 для установки механического крепления к металлической кровле.
Однако, при необходимости установки фотоэлектрической панели 2 на кровле из других материалов, пластина 9 крепления к кровле 6, выполненная металлической, может быть снабжена наплавленной с одной стороны битумно-полимерной пластиной (на чертеже не показана) для сплавления с материалом битумно-полимерной кровли, или может быть покрыта армированным полимеризованным поливинилхлоридом (на чертеже не показано) для приклеивания или термического соединения с материалом кровли, выполненной из поливинилхлорида.
При необходимости установки заявленного устройства на кровле с особо сложным рельефом, разработана показанная на фиг. 4 пластина 9 с четвертым шарнирным соединением 13, выполненным в виде шарового шарнира 19.
Для установки фотоэлектрической панели 2 особо больших габаритов предусмотрены две поперечные планки 20 для установки и закрепления между передними наклонными стойками 1.
Для установки каждой следующей фотоэлектрической панели в том же ряду (фиг. 5) достаточно установить параллельно существующей конструкции удлиненную горизонтальную направляющую 5 для закрепления к кровле 6, с передней наклонной стойкой 1 для удержания фотоэлектрической панели 2, передней вертикальной стойкой 3, задней наклонной стойкой 4, и горизонтальными пластинами 9 крепления к кровле 6. Все перечисленные элементы конструкции соединены и установлены, как описано выше.
При установке нескольких рядов фотоэлектрических панелей 2 (фиг. 5), удлинения 8 предыдущего ряда может быть использованы как опорные части 7 для ряда следующего.
Сборка заявленного устройства состоит из следующих этапов:
1. Установка горизонтальных пластин 9 крепления к кровле 6 и их фиксация к конкретному покрытию.
2. Установка удлиненных горизонтальных направляющих 5 с передними вертикальными стойками 3 и закрепление их к горизонтальным пластинам 9 посредством четвертого шарнирного соединения 13 с применением соединителя 17 в виде болта с гайкой либо шплинта.
3. Установка задних наклонных стоек 4 и соединение их с опорной частью 7 удлиненной горизонтальной направляющей 5 посредством второго шарнирного соединения 11 с применением соединителя 17 в виде болта с гайкой либо шплинта.
4. Установка передних наклонных стоек 1 и закрепление их нижним концом с передними вертикальными стойками 3 посредством первого шарнирного соединения 10 с применением соединителя 17 в виде болта с гайкой либо шплинта.
5. Соединение верхних концов каждой из задних наклонных стоек 4 с верхними концами передних наклонных стоек 1 соответственно посредством третьего шарнирного соединения 12, с применением соединителя в виде болта с гайкой либо шплинта.
6. Установка поперечных планок 20 и их механическая фиксация к передним наклонным стойкам 1.
7. Установка фотоэлектрической панели 2.
Ветровая нагрузка (фиг. 6, 7)
Компьютерное моделирование режимов (обтекание потоком воздуха конструкции солнечных панелей с креплением) подтверждает, что ветер, огибая конструкцию снизу (через расстояние от нижнего края фотоэлектрической пластины 2 до кровли 6) получает завихрение, которое:
1) прижимает панель к поверхности кровли, частично компенсируя отрывную аэродинамическую силу;
2) не позволяет снеговому покрову закрепиться на поверхности панели, а очищает ее от снега, тем самым не уменьшая генерацию электроэнергии в зимний период.
Таким образом, в настоящей полезной модели создано новое, оригинальное устройство крепления фотоэлектрических панелей, не требующее балласта для установки на кровлях любой сложности, обеспечивающее возможность как регулировки наклона фотоэлектрических панелей, так и их ремонта и замены, а также обладающего устойчивостью против ветровой и снежной нагрузок.