Способ и система крепления солнечных панелей Российский патент 2025 года по МПК E04D13/18 H02S20/23 

[01] Область техники

[02] Изобретение относиться к солнечной энергетике, в частности к области креплений солнечных панелей.

[03] Уровень техники

[04] Известны множество устройств для крепления солнечных панелей на скатных кровлях. В качестве аналога предлагаемого изобретения можно рассмотреть устройство, описанное на странице сайта http://www.chikosolar.com.cn.product-detail/7http://www.chikosolar.com.cn.product-detail/7-solar-rail-system.htmlsolar-rail-system.html , в котором использована система рельсов и анкеров для крепления солнечной панели. Аналог имеет сходный с заявленным изобретением признак – такую систему крепления можно использовать на всех типах скатных крыш, но у него имеются недостатки, связанные с необходимостью изготовления отверстий в крыше. В качестве еще одного аналога можно рассмотреть устройство, описанное на странице сайта https://www.sunballast.it/en , в котором имеются грузы для предотвращения перемещения солнечных панелей. Этот аналог имеет такой же признак – отсутствие необходимости выполнения отверстий в крыше - как и в заявленном изобретении, но в этом аналоге требуется дополнительно утяжелять конструкцию. В качестве прототипа предлагаемого изобретения можно привести устройство, описанное на странице сайта https://www.artsignenergy.com/best-non-penetrating-solar-panel-roof-mountinghttps://www.artsignenergy.com/best-non-penetrating-solar-panel-roof-mounting-systems_p172.htmlsystems_p172.html, в котором солнечная панель расположена на фальцах, продольно расположенных вдоль ската крыши. Этот прототип имеет такой же признак – отсутствие необходимости выполнения отверстий в крыше - как и в заявленном изобретении, но у этого прототипа имеются недостатки, так как вся нагрузка от системы крепления солнечных панелей воспринимается только фальцем, который имеет малую несущую способность, а его применение возможно только на фальцевых крышах.

[05] Раскрытие изобретения

[06] Задачей настоящего изобретения является создание универсальной системы крепления солнечных панелей на крышах с различным типом покрытия, не требующей применения утяжелителей и при этом не требующей изготовления отверстий в крышах.

[07] Техническим результатом, достигнутым при реализации этого изобретения, является отсутствие необходимости выполнения отверстий в крыше при установке системы крепления солнечных панелей на любых типах крыш, при этом не требуется установка каких-либо утяжелителей.

[08] Дополнительной задачей заявленного изобретения является снижение трудоемкости монтажа СКСП на кровлю, с помощью грузоподъемных механизмов, с минимальным применением ручного труда.

[09] Дополнительным техническим результатом является возможность создания такой СКСП, которая позволяет выполнять весь внутренний монтаж СКСП на земле, в заводских условиях, а монтаж на крышу производить в собранном виде, с помощью грузоподъемных механизмов, с минимальным применением ручного труда.

[010] Дополнительной задачей заявленного изобретения является создание эффективной защиты солнечных панелей от града, снега, льда, с возможностью очистки как солнечных панелей, так и самой защиты от выпавших осадков, пыли и грязи без применения ручного труда.

[011] Дополнительным техническим результатом является возможность создание такой системы защиты и систем очистки, монтаж которых ввиду их сложности целесообразно выполнять на земле, в заводских условиях.

[012] Системы крепления солнечных панелей на крышах, именуемых далее также и как СКСП, как правило, состоят из нескольких основных компонентов:

[013] - утяжелителей, воспринимающих нагрузку от системы крепления солнечных панелей и остающихся неподвижными за счет своей массы и силы трения о поверхность крыши;

[014] - анкера, прикрепленного к утяжелителю или к несущим элементам крыши через отверстие в материале крыши;

[015] - изогнутой пластины, прикрепленной к этому анкеру;

[016] - опорного рельса, прикрепленной к изогнутой пластине или к анкеру;

[017] - кронштейнов, прикрепленных к этим опорным рельсам;

[018] - солнечных панелей, расположенных на опорных рельсах или на кронштейнах.

[019] Задачи, решаемые установкой СКСП сводятся к генерации электроэнергии, а для ее бесперебойной подачи необходимо уделять внимание надежному креплению солнечных панелей, исключению их отрыва под действием ветра и снега, а также создание возможности их обслуживания, зашиты от града, удаления загрязнений, снега, льда, пыли, продуктов жизнедеятельности птиц, ремонту и замене поврежденных солнечных панелей.

[020] Задачей, решаемой данным изобретением, является создание системы крепления солнечных панелей, которое позволяет решать подобные задачи без выполнения каких-либо отверстий в крыше.

[021] Эта задача решается путем применения противовесной балки 6, расположенной на скате крыши 1, и присоединенной к несущей балке 3, расположенной на другом скате крыши 1. При необходимости несущая балка 3 и противовесная балка 6 могут быть снабжены опорами 2.

[022] Признак применение противовесной балки 6, расположенной на другом скате крыши 1, присоединенной к несущей балке 3 является необходимым элементом изобретения, так как именно это новое техническое решение позволяет сделать изобретательский шаг - компенсировать вес несущей балки 3 и всех соединенных с ней частей, создать тем самым необходимое прижимное усилие, ранее получаемое путем применения анкеров, монтируемых сквозь отверстия в кровле.

[023] Этот признак позволяет, во-первых, исключить необходимость изготовления каких-либо отверстий в крыше, во-вторых, применять такую конструкцию на любых типах крыш с различным покрытием, в-третьих, уменьшить трудозатраты на монтаж солнечных панелей 5, в четвертых, обеспечить возможность размещения сегментов защиты типа жалюзи, и механизмов их перемещения, в-пятых разместить на подвижных сегментах защиты механизм очистки солнечных панелей, например щетку с моющим раствором, и в-шестых разместить скребок для очистки сегментов жалюзи от снега и льда при движении этих сегментов.

[024] Указанные в независимых пунктах признаки характеризуют частные способы реализации предлагаемого изобретения. Применение опор 2 позволяет сосредоточить нагрузку от СКСП в местах расположения несущих элементов крыши (над прогонами и стропилами). Применение эластичного материала в составе опоры 2 или балок 3 и 6 позволяет равномерно распределить нагрузку от СКСП на поверхность крыши 1. Крепление противовесной балки 6 и/или несущей балки 3 к нижней поверхности свеса крыши 1 с помощью захватов 12 позволяет увеличить силу их прижима к крыше 1. Применение шарнирного крепления 7 позволяет компенсировать различия углов между различными скатами крыши 1. Монтаж предварительно собранных на земле заявленных устройств СКСП с помощью грузоподъемных механизмов позволяет уменьшить трудозатраты на создание солнечной электростанции. Применение сегментов жалюзи 8 позволяет защитить солнечные панели 5 от града, снега, загрязнений. Применение механизма очистки в виде скрепка 10 позволяет производить очистку солнечных панелей 5. Применение скребка 10 позволяет производить очистку сегментов жалюзи 8 и сброс льда и снега. Применение ранее неизвестного расположения сегментов жалюзи 8 под и над солнечными панелями 5 позволяет уменьшить габариты конструкции СКСП и отказаться от отдельного барабана жалюзи 9 для хранения сегментов жалюзи 8 в открытом положении.

[025] Краткое описание чертежей

[026] На Фиг. 1 показан вариант осуществления изобретения с жестким соединением несущей балки 3 и противовесной балки 6

[027] На Фиг. 2 показана система крепления солнечных панелей, размещенная на кровле 1 и состоящая из опоры 2, к которой прикреплена несущая балка 3, кронштейн 4, солнечная панель 5, противовесная балка 6, шарнирное крепление 7, жалюзи 8, валы жалюзи 9, скребок 10, ступенька 11, захват 12.

[028] На Фиг. 3 показано положение предлагаемого устройства в монтажном положении над кровлей 1.

[029] На Фиг. 4 показано положение предлагаемого устройства на односкатной кровле 1.

[030] В настоящем изобретении пряны следующие обозначения основных элементов конструкции:

Крыша 1

Опора 2

Несущая балка 3

Кронштейн 4

Солнечная панель 5

Противовесная балка 6

Шарнирное крепление 7

Сегменты жалюзи 8

Вал жалюзи 9

Скребок 10

Механизм очистки солнечных панелей 11

Захват 12

Крюк грузоподъемного устройства 13

Стропа 14

[031] Осуществление изобретения

[032] Заявленная система может быть реализована в виде как минимум одной опорной балки 3, опирающейся на как минимум одну опору 2, расположенную на одном из скатов крыши 1, имеющей при необходимости кронштейны 4, солнечной панели 5, противовесной балки 6, соединенной с другой опорой 2, расположенной на другом скате крыши 1, эти балки 3 и 6 соединены между собой жестко или шарнирным креплением 7.

[033] Поскольку противовесная балка 6 расположена на другом скате крыши 1, ее вес через жесткое или шарнирное крепление 7 компенсирует вес несущей балки 3 с прикрепленными к ней опорами 2, кронштейнами 4, солнечными панелями 5 и поэтому заявленное устройство не требует применения отверстий в кровле.

[034] Внутри несущей балки 3 или между двумя несущими балками 3 расположены соединенные между собой сегменты жалюзи 8, перемещающиеся под действием валов жалюзи 9. Конкретная реализация соединения и автоматического перемещения сегментов жалюзи 8, применение для этой цели электропривода, автоматики и телемеханики, а также конструкция валов жалюзи 9 известна специалисту в этой области техники и не рассматривается в этом изобретении.

[035] Система крепления солнечных панелей работает следующим образом: Вес несущей балки 3, опоры 2, кронштейнов 4, солнечных панелей 5, при взаимодействии с одним скатом крыши 1 через жесткое соединение или шарнирное соединение 7 передается противовесной балке 6, опирающейся через опору 1 на другой скат крыши 1, и тем самым удерживает несущую балку 3 со всеми присоединенными к ней частями от скольжения вниз по скату крыши 1.

[036] При необходимости противовесную балку 6 и/или несущую балку 3 можно прикрепить захватами 12 к нижней поверхности свеса скатов крыши 1, что создаст дополнительное крепление балок 3 и 6 к крыше 1.

[037] Возможность использования захватов 12, присоединенных к нижнему свесу кровли и/или к другим несущим конструкциям, в том числе и к земле с помощью анкеров, позволяет закрепить такую СКСП и на плоских кровлях.

[038] К несущей балке 3 можно прикрепить известный из уровня техники механизм перемещения сегментов жалюзи 8, в виде одного вала жалюзи 9 с накопителем сегментов жалюзи 8 или в виде двух валов жалюзи 9, перемещающих сегменты жалюзи 8 из закрытого положения (над солнечными панелями 5) в открытое положение (под солнечными панелями 5).

[039] К одному из валов жалюзи 9 возможно прикрепить скребок 10, который сбрасывает снег с сегментов жалюзи 8 при их движении.

[040] В одном из вариантов осуществления заявленного изобретения солнечные панели, и/или кронштейны, и/или сегменты жалюзи с валом жалюзи, и/или скребок располагают также и на противовесной балке, что актуально при расположении конька кровли в направлении, близком к линии Север = Юг.

[041] В другом из вариантов осуществления заявленного изобретения несущую балку 3, на которой расположены солнечные панели, и/или кронштейны, и/или сегменты жалюзи с валом жалюзи, и/или скребок располагают на односкатной крыше 1 и закрепляют ее захватами 12.

[042] Между соседними несущими балками 3 и/или противовесными балками 6 возможно прикрепить ступеньки 11, облегчающими обслуживание солнечных панелей

5.

[043] Возможен также вариант системы крепления солнечных панелей, при котором положением сегментов жалюзи 8 можно управлять с помощью автоматического устройства, с учетом получаемых от датчиков и из сети Интернет сведений о погодных условиях, времени года и времени суток.

[044] Важным признаком предлагаемой системы крепления солнечных панелей является возможность выполнения сборки системы крепления солнечных панелей 5 в заводских условиях, на земле и подачи ее на крышу грузоподъемным механизмом в собранном виде

[045] Наличие признака …расположенная на другом скате крыши противовесная балка 6, соединенная с несущей балкой 3… является необходимым элементом изобретения, так как это новое техническое решение позволяет сделать изобретательский шаг - принять на противовесную балку нагрузку от расположенных на несущей балке солнечных панелей и системы их крепления, создав возможность крепления СКСП без крепежных отверстий в крыше.

[046] Признак …состоящая из как минимум одной несущей балки, на этой несущей балке непосредственно или через присоединенный к несущей балке как минимум один кронштейн расположена как минимум одна солнечная панель… позволяет технически осуществить следующий признак изобретения: …выполняют сборку системы крепления солнечных панелей на земле и подают ее на крышу грузоподъемным механизмом в собранном виде…

[047] Указанная совокупность признаков содержит изобретательский шаг и позволяет решить поставленную техническую задачу - собрать СКСП с солнечными панелями 5, сегментами жалюзи 8, валами жалюзи 9, автоматическими устройствами управления, инверторами и т.д. полностью на земле, в заводских условиях, проверить ее работоспособность и смонтировать на крышу 1 без выполнения отверстий в крыше с помощью грузоподъемных механизмов с минимальным применением ручного труда при работах на высоте.

[048] Эта задача решается путем применения противовесной балки 6, расположенной на скате крыши 1, и присоединенной к несущей балке 3, расположенной на другом скате крыши 1. При необходимости несущая балка 3 и противовесная балка 6 могут быть снабжены опорами 2.

[049] Признак применение противовесной балки 6, расположенной на другом скате крыши 1, присоединенной к несущей балке 3 является необходимым элементом изобретения, так как именно это новое техническое решение позволяет сделать изобретательский шаг - компенсировать вес несущей балки 3 и всех соединенных с ней частей, создать тем самым необходимое прижимное усилие, ранее получаемое путем применения анкеров, монтируемых сквозь отверстия в кровле.

[050] Этот признак позволяет, во-первых, исключить необходимость изготовления каких-либо отверстий в крыше 1, во-вторых, применять такую конструкцию на любых типах крыш 1 с различным покрытием, в-третьих, уменьшить трудозатраты на монтаж солнечных панелей 5, в четвертых, обеспечить возможность размещения на жесткой несущей балке 3 и/или на противовесной балке 6 защиты солнечных панелей 5 типа сегментов жалюзи 8, и механизмов их перемещения (барабанов жалюзи 9), в-пятых разместить на подвижных сегментах жалюзи 8 известный из уровня техники механизм очистки солнечных панелей 11, например щетку с моющим средством, и в-шестых разместить в нижней части балок 6 и/или 3 скребок 10 для очистки сегментов жалюзи 8 от снега и льда при движении этих сегментов жалюзи 8.

[051] Заявленные признаки характеризуют частные способы реализации предлагаемого изобретения. Применение опор 2 позволяет сосредоточить нагрузку от СКСП в местах расположения несущих элементов крыши (над прогонами и стропилами). Применение эластичного материала в составе опоры 2 или балок 3 и 6 позволяет равномерно распределить нагрузку от СКСП на поверхность крыши 1. Крепление противовесной балки 6 и/или несущей балки 3 к нижней поверхности свеса крыши 1 с помощью захватов 12 позволяет увеличить силу их прижима к крыше 1. Применение шарнирного крепления 7 позволяет компенсировать различия углов между различными скатами крыши 1. Монтаж предварительно собранных на земле заявленных устройств СКСП с помощью грузоподъемных механизмов позволяет уменьшить трудозатраты на создание солнечной электростанции. Применение сегментов жалюзи 8 позволяет защитить солнечные панели 5 от града, снега, загрязнений. Применение механизма очистки в виде скрепка 10 позволяет производить очистку солнечных панелей 5. Применение скребка 10 позволяет производить очистку сегментов жалюзи 8 и сброс льда и снега. Применение ранее неизвестного расположения сегментов жалюзи 8 под и над солнечными панелями 5 позволяет уменьшить габариты конструкции СКСП и отказаться от отдельного барабана жалюзи 9 для хранения сегментов жалюзи 8 в открытом положении.

Группа изобретений относится к системе крепления солнечных панелей к двускатной крыше и к способу монтажа такой системы крепления. Система состоит из как минимум одной несущей балки, размещаемой на одном скате крыши, и прикрепленной к несущей балке противовесной балке, размещаемой на другом скате крыши, при этом на несущей балке непосредственно или через присоединенный к несущей балке как минимум один кронштейн расположена как минимум одна солнечная панель, противовесная балка выполнена с возможностью компенсации веса несущей балки и расположенной на ней солнечной панели, при этом противовесная и несущая балки соединены с как минимум одной опорой, содержащей эластичный материал и выполненной с возможностью опирания на крышу. Технические результаты - отсутствие необходимости выполнения отверстий в крыше при установке системы крепления солнечных панелей на любых типах крыш, а также отсутствие необходимости установки утяжелителей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.,4 ил.

1. Система крепления солнечных панелей к двускатной крыше, состоящая из как минимум одной несущей балки, размещаемой на одном скате крыши, и прикрепленной к несущей балке противовесной балке, размещаемой на другом скате крыши, при этом на несущей балке непосредственно или через присоединенный к несущей балке как минимум один кронштейн расположена как минимум одна солнечная панель, отличающаяся тем, что противовесная балка выполнена с возможностью компенсации веса несущей балки и расположенной на ней солнечной панели, при этом противовесная и несущая балки соединены с как минимум одной опорой, содержащей эластичный материал и выполненной с возможностью опирания на крышу.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что противовесная и/или несущая балка соединена с как минимум одним захватом для крепления к нижней стороне свеса крыши.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что несущая балка и противовесная балка соединены между собой через шарнирное соединение.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум к одной несущей балке прикреплен как минимум один вал жалюзи, на котором размещены сегменты жалюзи с возможностью закрытия солнечной панели от осадков в развернутом положении

5. Система по п. 5, отличающаяся тем, что как минимум к одной несущей балке прикреплены два вала жалюзи, выполненные с возможностью перемещения сегментов жалюзи из положения над солнечными панелями в положение под солнечными панелями и обратно.

6. Система по п. 4 или п. 5, отличающаяся тем, что как минимум к одному валу жалюзи прикреплен скребок, выполненный с возможностью движения и удаления выпавшего на жалюзи снега при движении сегментов жалюзи.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что к противовесной балке дополнительно прикреплена как минимум одна солнечная панель.

8. Способ монтажа системы крепления солнечных панелей к двускатной крыше, выполненной по любому из пп. 1-7, включающий размещение несущей балки с как минимум одной солнечной панелью на одном скате крыши, и размещение противовесной балки на другом скате крыши с обеспечением компенсации противовесной балкой веса несущей балки и расположенной на ней солнечной панели.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что опоры балок размешают над несущими элементами кровли.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что выполняют полную или частичную сборку системы крепления солнечных панелей на земле и подают ее на крышу грузоподъемным механизмом в собранном виде.