Опорная конструкция для крепления фотоэлектрических панелей к несущей поверхности здания или сооружения

Полезная модель относится к области строительства, а именно к опорным конструкциям панелей солнечных батарей для крепления к несущим поверхностям здания или сооружения для обеспечения полного или частичного автономного электроснабжения здания.
Известен способ изготовления кровельной панели с солнечной батареей, патент РФ №2215100, заключающийся в том, что солнечную батарею укладывают на несущее основание и заливают прозрачной герметизирующей отверждающейся композицией, при этом плоскую площадку (площадки) для размещения солнечных батарей либо утапливают в теле несущего основания, либо огораживают по периметру бортиком.
Такое решение продлевает срок службы солнечной батареи за счет их интегрирования в конструктив несущего основания, однако снижает КПД за счет поглощения света герметизирующей композицией, и предназначено в первую очередь для размещения панелей на крыше здания.
Известен способ изготовления солнечной батареи как элемента строительной конструкции, патент РФ №2313642, в котором солнечная батарея располагается в корпусе - металлической оболочке из профилированного материала - с лицевым прозрачным остеклением и тыльной металлической пластиной, снабженной теплосбрасывающим оребрением.
Такой подход позволяет увеличить КПД твердотельных солнечных батарей за счет их пассивного охлаждения, что не является критичным для органических солнечных элементов. Кроме того, такой способ установки солнечных панелей весьма металлоемкий.
Известен способ прижимного монтажа солнечных панелей на металлический профиль, патент США №6,672,018, с применением Т-образных прижимов и болтового соединения прижима с профилем.
Метод обеспечивает плотную бескаркасную установку негибких солнечных панелей прямоугольной формы, однако при этом неизбежны щели между соседними панелями и воздушная прослойка между панелями и несущей поверхностью.
Наиболее близким по своим признакам к предлагаемой полезной модели является, принятое за прототип устройство крепления фотоэлектрического модуля, патент РФ на полезную модель №135183, представляющее собой набор перфорированных металлических профилей с  поперечным сечением и отрезками двутавровой балки в качестве держателей фотоэлектрической панели.
Недостатком устройства является металлоемкость конструкции, наличие большого количества болтовых соединений, щелей между соседними фотоэлектрическими модулями и свободного воздушного пространства между фотоэлектрическими модулями и несущей поверхностью.
Перечисленные известные способы установки солнечных панелей на крышах и стенах зданий подразумевают наличие опорных конструкций, существенно увеличивающих себестоимость генерируемой электроэнергии и зачастую ухудшающих архитектурно-эстетический облик здания. К тому же известные способы ориентированы скорее на солнечные панели с жестким основанием, архитектурное применение которых сильно ограничено, и учитывают лишь особенности конкретно этого класса солнечных батарей, хотя в настоящее время все более широкое применение получают тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи на гибкой подложке (полимерной либо представляющей собой металлическую фольгу).
Задачей полезной модели является создание опорной конструкции для крепления гибких фотоэлектрических панелей к несущей поверхности здания или сооружения, снижение металлоемкости конструкций и трудоемкости монтажа при сохранении надежности крепления и обеспечении возможности смены устанавливаемых гибких фотоэлектрических панелей.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата осуществляется путем применения в опорной конструкция для крепления фотоэлектрических панелей к несущей поверхности здания или сооружения как минимум двух закрепленных на несущей поверхности резьбовым соединением, сваркой, пайкой или клеем и параллельно разнесенных друг от друга нижних плоских направляющих, соединенных с верхними плоскими направляющими, образуя пару, посредством установки выступа Т-образной формы одной плоской направляющей в ответный Т-образный паз другой плоской направляющей с фиксацией соединения пары направляющих по типу защелки, между обращенными внутрь опорными плоскостями пары нижней и верхней плоских направляющих образовано пространство для размещения и зажима боковых краев фотоэлектрической панели, для фиксации ее положения, при этом выступ и ответный паз выполнены продольными по всей длине, преимущественно вдоль оси симметрии плоской направляющей, а Т-образный выступ по всей длине содержит выемку;
а также при этом:
нижняя плоская направляющая имеет продольный Т-образный выступ, а верхняя - паз или, наоборот, верхняя плоская направляющая имеет продольный Т-образный выступ, а нижняя - паз;
опорные поверхности направляющих, соприкасающиеся с поверхностью фотоэлектрической панели, могут содержать покрытие из упругого уплотнителя, например, из резины или силиконового герметика;
в качестве нижней плоской направляющей можно использовать несущую поверхность здания с неподвижно закрепленным на ней продольным Т-образным выступом из алюминия;
для крепления крайних фотоэлектрических панелей продольный Т-образный выступ и паз с защелкой расположены с краю плоских верхней и нижней направляющих;
нижняя и верхняя направляющие могут быть выполнены из алюминия, оцинкованной стали или пластика;
расстояние между соседними нижними направляющими определяется шириной устанавливаемой фотоэлектрической панели и может составлять от 100 до 1000 мм, расстояние между внутренними плоскостями нижней и верхней направляющих, ограничивается толщиной фотоэлектрической панели и может составлять от 1 до 10 мм;
ширина нижней плоской направляющей может превышать ширину верхней плоской направляющей;
ширина плоскости нижней направляющей от 50 до 200 мм;
ширина плоскости верхней направляющей от 20 до 50 мм.
Полезная модель иллюстрируется приведенным ниже примером реализации и поясняется фигурами чертежей, на которых изображено:
фиг. 1 - поперечное сечение общего вида опорной конструкция в сборе;
фиг. 2 - поперечное сечение пары направляющих в сборе, где нижняя направляющая с Т-образным пазом, а верхняя направляющая с Т-образным выступом;
фиг. 3 - поперечное сечение пары направляющих в сборе, где нижняя направляющая с Т-образным выступом, а верхняя направляющая с Т-образным пазом;
фиг. 4 - поперечное сечение пары направляющих в сборе, где нижней направляющей является несущая поверхность здания;
фиг. 5 - поперечное сечение пары крайних направляющих.
Опорная конструкция состоит как минимум из двух расположенных параллельно на расстоянии друг от друга металлических или пластиковых плоских нижних направляющих 1, имеющих продольные Т-образные пазы 2 или выступы 3 с защелками и двух плоских верхних направляющих 4, имеющих соответственно ответные продольные Т-образные выступы 5 или пазы 6 с защелками, образующих пары, пространство 7 между внутренними опорными плоскостями нижних и верхних направляющих 1 и 4, обеспечивают размещение, опору и фиксацию положения фотоэлектрической панели 8 посредством зажима ее боковых краев, а нижняя направляющая закреплена к несущей поверхности здания 9 резьбовым соединением, сваркой, пайкой или клеем, опорные плоскости направляющих 1 и 4, соприкасающиеся с краями фотоэлектрической панели 8, могут быть покрыты упругим уплотнителем 10, например, из резины или силиконового герметика, выступ 2 или 5 содержат соответственно выемку 11 или 12. На фиг. 4 представлена опорная конструкция, у которой в качестве нижней плоской направляющей использована несущая поверхность здания 9 с неподвижно закрепленным на ней продольным Т-образным выступом 5 из алюминия. На фиг. 5 для крепления крайних фотоэлектрических панелей продольный Т-образный выступ 3 и паз 2 с защелкой расположены с краю плоскостей пары нижней 1 и верхней 4 направляющих.
Расстояние между соседними нижними направляющими 1 определяется шириной устанавливаемой фотоэлектрической панели 8 и может составлять от 100 до 1000 мм, пространство 7, образованное между внутренними плоскостями нижней и верхней направляющих 1 и 4, определяется толщиной фотоэлектрической панели 8 и может составлять от 1 до 10 мм. Ширина плоскости нижней направляющей выбирается произвольно из соображений удобства ее монтажа к несущей поверхности и экономии материала и может составлять от 50 до 200 мм. Ширина плоскости верхней направляющей ограничивается шириной полей (краев) неактивной области фотоэлектрической панели 8, но прежде всего должен обеспечиваться надежный ее прижим, исходя из чего ширина плоскости верхней направляющей может составлять от 20 до 50 мм.
Направляющие изготавливаются стандартными промышленными способами экструзии и литья алюминиевых и пластиковых профилей.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется, но не ограничивается следующим примером реализации:
Для монтажа фотоэлектрических панелей, например, размерами 322 × 2000 мм и полями неактивной области 11 мм по краям, на металлическую несущую поверхность здания две алюминиевые нижние направляющие закрепляют болтами к несущей поверхности на определенном расстоянии параллельно друг другу таким образом, чтобы разместилась между ними фотоэлектрическая панель 8 шириной 322 мм. Контактируемые поверхности направляющих обрабатывают герметиком.
Две верхние направляющие из пластика размещают на нижних направляющих, с помощью соединения продольных пазов с ответными продольными выступами, образуя пары, например, как на фиг. 2, и образуя упоры для боковых краев фотоэлектрической панели, а затем осуществляют фиксацию в виде зажима боковых краев посредством защелки выступа с пазом.
2
Для реализации этого примера используют нижнюю направляющую шириной 50 мм, верхнюю - шириной 32 мм, расстояние между внутренними поверхностями пары направляющих составляет 2 мм. При этом металлоемкость опорной конструкции составляет около 500 г алюминия на 1 м активной области солнечной панели. Таким образом формируют фотоэлектрическое покрытие по всей несущей поверхности. Обратными действиями фотоэлектрические панели могут быть демонтированы.
Из приведенного примера реализации видно, что полезная модель дает возможность монтировать гибкие солнечные панели любой длины, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, а также при необходимости демонтировать их. Использование плотного прижима и отсутствие сквозных щелей позволяет избежать попадания загрязнений и атмосферных осадков в пространство между фотоэлектрическими панелями и несущей поверхностью, повысить архитектурно-эстетические качества фотоэлектрических панелей, интегрируемых в строительные конструкции. При использовании алюминия в качестве материала нижней полки наличие выемки в Т-образных выступах направляющей конструкция будет обладать низкой металлоемкостью, а может и вовсе быть полностью выполнена с использованием пластмасс. Конструкция характеризуется большей надежностью и долговечностью, а также сравнительно меньшей стоимостью и большей функциональностью применения. Наличие упругого уплотнителя, являющегося диэлектриком, исключает возможность короткого замыкания солнечного модуля на металлическую крепежную конструкцию в случае повреждения изолирующего покрытия солнечного модуля.
Таким образом, полезная модель представляет собой упрощенную конструкцию со сниженными металлоемкостью и трудоемкостью монтажа за счет исключения большого количества винтовых соединений, при сохранении надежности крепления и обеспечении смены устанавливаемых гибких фотоэлектрических панелей.