| WO2006130892A1 | 2006-12-14 | |||
| WO2008046362A1 | 2008-04-24 |
| EP0373234A1 | 1990-06-20 | |||
| US20080168981A1 | 2008-07-17 |
| PATENTANPRÜCHE Photovoltai kanlage gebildet durch eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen (1) auf mindestens zwei parallelen, zwischen zwei Verankerungspunkten gespannten Tragseilen (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodulen durch Konsolen bzw. Halter zur Gänze oberhalb der Seile gehalten werden, dass diese Konsolen aus mindestens einem in Querrichtung ecksteifen Rahmen (3) und einem in Längsrichtung ecksteifen Rahmen (4) bestehen und durch Klemmen (7) auf den Tragseilen verankert werden . Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) gelenkig mit dem Rahmen (3) verbunden ist, wodurch sich diese Elemente um die Achse (8) gegeneinander verdrehen können, sodass eine gegenläufige Bewegung der Tragseile (2) zu einer Verdrehung des Moduls um den Winkel ß in der horizontalen Ebene führt. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungspunkte (6) zwischen dem Rahmen (3) und dem Modul (1) als Gelenke gestaltet werden, die ungefähr in halber Höhe der Modulfläche auf einer gemeinsamen horizontalen Achse (12) liegen, wodurch eine Verstellung des Elevat ionswinkels α über einen Kipphebel (14) ohne wesentliche Belastung durch die Windkräfte ermöglicht wird. Photovolt aikanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel zur Verstellung des Elevat ionshebels (14) durch ein Stellseil (13) betätigt wird, das an einem Ende durch ein Spanngewicht (15) oder eine gleichwertige Einrichtung gespannt wird bzw. am anderen Ende durch einen Zylinder (16) oder eine gleichwertige Einrichtung in Längsrichtung verschoben wird . Photovol tai kanlage nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel zur Verstellung des Elevationswinkels α (14) durch ein Stellseil betätigt wird, das in Form eines geschlossenen Zugseilringes (17) angeordnet ist, der an beiden Ende der Anlage durch die Umlenkscheiben ( 18 ) umgelenkt wird, von denen eine zur Erzeugung der Verstellbewegung durch einen geeigneten Antrieb in Rotation versetzt werden kann. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Kipphebel (14) mit den Stellseilen (13) oder (17) zur Verstellung des Elevationswinkels α über eine Schubstange (19) erfolgt. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung des Elevat ions inkels α anstelle von Seilen eine durchgehende Zug- Druckstange benützt wird. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Azimutverstellung wie auch jene zur Elevat ionsverstellung in ein und derselben Anlage kombiniert werden, wodurch eine zweiachsige Sonnennachführung erzielt wird. |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage gebildet durch eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Unter den zahlreichen technischen Varianten die entwickelt wurden, um die PV Module zu
verankern, wurden auch verschiedene
Tragkonstruktionen mit Seilen entwickelt bzw. realisiert. Dabei können die Seile nur die
Aufgabe einer statischen Tragkonstruktion haben oder sie können zusätzlich die Funktion
erhalten, die Module ein- oder zweiachsig der Sonne nachzuführen.
Der besondere Vorteil von Seiltragwerken
gegenüber dem Massivbau aus starren Elementen besteht darin, dass mit relativ geringem
Aufwand - etwa wie bei Seilbahnen - mit wenigen Zwischenstützen große Flächen überbrückt werden können, ohne dass Eingriffe am Überbauten
Gelände notwendig sind. Es ist in vielen Fällen sogar möglich das überbaute Gelände zusätzlich z.B. landwirtschaftlich zu nutzen.
Ein Nachteil der bekannten Seiltragsysteme besteht darin, dass die PV Paneele durch die Seile zumindest zeitweise verschattet werden. Der Schattenwurf eines Seils verursacht aber bei handelsüblichen PV Paneelen einen
erheblichen Leistungsverlust, der weit größer ist als es dem Verhältnis Schattenfläche zu Gesamtfläche entsprechen würde.
Bei den bekannten Seilkonstruktionen werden die Tragseile üblicherweise seitlich an den Modulen vorbei geführt, wodurch aber ein Schattenwurf der Seile auf die fotovoltaisch aktive Fläche bei seitlichem und tiefem Sonnenstand
unvermeidlich ist. Zudem müssen seitlich angeordnete Seile einen Abstand haben, der größer ist als die Länge der Module, d.h. dieses Konzept führt zu großen Dimensionen bei allen Bauteilen die quer zur Seilrichtung liegen.
Eine Verringerung der Seilspur auf ein Maß das deutlich geringer ist als die Modulbreite wurde bisher nicht realisiert, da bei den derzeit üblichen Baukonzepten aus Stabilitätsgründen gegen Windbelastung die Seile teilweise
oberhalb der Module geführt werden müssten.
Dies hätte einen dauernden Ertragsverlust durch den Schattenwurf dieser Seile auf die PV Module zur Folge.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Beseitigung der Nachteile der
Photovoltaikanlagen bekannter Art und der Vorschlag einer Photovoltaikanlage mit einem höchstmöglichen Energiegewinn, wobei vermieden werden soll, dass die einzelnen
Photovoltaikelemente bzw. -module seitens der Tragkonstruktion, insbesondere der Seile
verschattet werden.
Diese Aufgabe wird durch eine
Photovol taikanlage gebildet durch eine Vielzahl von Photovol taikmodulen mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung weist somit das Konzept auf, eine Vielzahl von PV Modulen auf mindestens zwei parallel zueinander gespannten Tragseilen anzubringen, bei denen die Module durch
räumlich ecksteife Konsolen oder Träger zur Gänze über die Seilebene gehoben werden,
wodurch eine Verschattung der fotovoltaisch aktiven Fläche durch die Seile vermieden wird. Die Module sind dabei entweder in fixer
Stellung auf den Seilen verankert oder sie können durch entsprechende Gelenke auf den Konsolen sowie durch zusätzliche
Versteileinrichtungen ein- oder zweiachsig der Sonne nachgeführt werden.
Die gegenständliche Erfindung erlaubt es alle Seile unterhalb der Module zu führen, wodurch alle Einschränkungen die derzeit durch
Seilver schattung gegeben sind, eliminiert werden . Dadurch ist es auch möglich die Seilspur auf das statisch günstigste Maß zu verringern, was gegenüber seitlich vorbei geführten Seilen erhebliche technische und ökonomische Vorteile erlaubt .
Weiter Merkmale und Einzelheiten gehen aus den Patentansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläuterten Aus führungsbeispiele hervor .
Figur 1 zeigt schematisch die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes in der Ausführung mit fixen, d.h. nicht der
Sonne nachgeführten Modulen.
Figur 2 bis Figur 6 zeigen schematisch die
Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes in Kombination mit einem System zur Sonnen-Nachführung der
Module .
Figur 3 zeigt die Anwendung des
erfindungsgemäßen Konzeptes in
Kombination mit einer einachsigen
Verstellbarkeit der Elevation a.
Figur 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der
Elevationsverstellung.
Figur 5 zeigt eine weitere Möglichkeit zur
Veränderung des Elevat ionswinkels . Figur 6 zeigt in Form einer Zusammenstellung schematisch eine erfindungsgemäße
Anlage . Figur 1 zeigt schematisch eine
Photovolt aikanlage mit fixen
Photovoltaikmodulen . Das Funktionsprinzip wird der Einfachheit halber an Hand eines einzigen Moduls 1 erläutert, in der praktischen
Anwendung ist jedoch eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Modulen sinnvoll.
Quer zu den Modulen verlaufende Tragseile 2 sind in diesem Fall an ihren Enden fix
verankert. Die Befestigung der PV Module auf den Tragseilen erfolgt erfindungsgemäß durch Konsolen, welche die Module zur Gänze oberhalb der Seile halten. Die Konsolen bestehen aus einem in Querrichtung ecksteifen Rahmen, in diesem Fall als Dreieck dargestellt 3, und aus einem weiteren in Längsrichtung ecksteifen Rahmen, hier ebenfalls als Dreieck 4
dargestellt. Ein weiteres zur Kräfteübertragung notwendiges Element ist ein mit dem Modul verbundener biegesteifer Querträger 5 auf dem die Befestigungspunkte 6 in diesem Fall fix verankert sind.
Die äußeren Kräfte, also im Wesentlichen die Eigengewichts- und Windkräfte, werden von den Befest gungspunkten 6 auf die Konsole und von dieser über Klemmen 7 auf die Tragseile 2 weitergeleitet. Die räumlich ecksteife Ausführung der Konsole ist geeignet um die Windkräfte aus allen
Richtungen aufzunehmen. Die dabei auftretenden Kräfte sind teilweise mit entsprechenden
Pfeilen angedeutet.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen schematisch die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes in Kombination mit einem System zur Sonnen- Nachführung der Module. Die Kräfte und deren Ableitung in die Tragseile bleiben dabei
grundsätzlich unverändert gegenüber den fix verankerten Modulen laut Figur 1. Der Einfachheit halber werden die konstrukti en Lösungen entweder nur für die
Verstellmöglichkeit in der horizontalen Ebene (Azimut / Winkel ß) oder für die Verstellung des Höhenwinkels (Elevation, Winkel a) dargestellt.
Es ist aber möglich die Azimutverstellung und die Elevationsver Stellung in einer und
derselben Ausführung zu kombinieren. Diese
Kombination wird im Beispiel nach Figur 6 schematisch dargestellt.
Figur 2 zeigt die Anwendung des
erfindungsgemäßen Konzeptes in der Ausführung mit der einachsigen Verstel lbarkei t der Module in der Azimutebene.
In diesem Fall werden die Haltepunkte 6 und 7a als Gelenke realisiert, die eine Ver Schwenkung des ecksteifen Rahmens 3 gegenüber dem
ecksteifen Rahmen 4 um die vertikale Achse 8 erlauben . Bei gegenläufiger Bewegung der Tragseile kommt es bei dieser Anordnung zu einer VerSchwenkung des Moduls in der horizontalen Ebene um die vertikale Achse 9. Die gegenläufige Bewegung der Tragseile kann in an sich bekannter Weise dadurch erzeugt werden, dass diese an ihren
Enden an Querbalken 10 befestigt werden, die in der horizontalen Ebene verdreht werden können.
Figur 3 zeigt die Anwendung des
erfindungsgemäßen Konzeptes in Kombination mit einer einachsigen Verstellbarkeit der Elevation α .
Die Rotation zur Veränderung der Elevation erfolgt um die horizontale Achse 12, die
vorzugsweise höhenmäßig mit der Mitte der
Modulfläche übereinstimmt, da in diesem Fall die Windkräfte oberhalb und unterhalb der Achse im Gleichgewicht stehen, d.h. bei gleichmäßigem Wind keine Belastung auf das Verstellsystem eingeleitet wird.
Erreicht wird die Verdrehung um den Winkel α in diesem Fall durch die Längsbewegung des
parallel zu den Tragseilen gespannten
Stellseils 13, das über die Kipphebel 14 mit den Modulen verbunden ist. Das Stellseil wird dabei erfindungsgemäß durch ein Spanngewicht 14 oder eine vergleichbare Einrichtung unter
Spannung gehalten und am zweiten Ende durch einen Zylinder 16 oder eine Winde entsprechend den Steuerbefehlen in Längsrichtung verschoben.
Figur 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der
Elevationsverstellung über Kipphebel und
Stellseil, aber bei dieser Lösung wird die
Seilspannung und die Möglichkeit der
Längsverschiebung durch einen geschlossenen
Zugseilring 17 erreicht. Die Kipphebel 14 sind gelenkig mit dem Strang des Zugseilringes verbunden, der durch Drehung von einer der
Umlenkscheiben 18 nach Bedarf in Längsrichtung bewegt werden kann.
In der Figur 5 wird eine weitere Möglichkeit zur Veränderung des Elevationswinkels
dargestellt, bei der die Verbindung zwischen Stellseil und Modul durch eine Schubstange 19 erfolgt. Die Schubstangen sind beidseitig über Kugelgelenke oder vergleichbaren Elemente angeschlossen und damit in der Lage,
Relativbewegungen in Querrichtung vom unteren gegenüber dem oberen Befestigungspunkt
auszugleichen. Derartige Relativbewegungen führen beim Fehlen einer Ausgleichsmöglichkeit zur seitlichen Ablenkung des Stellseiles, wenn Azimut- und Elevationsverstellung überlagert werden.
Eine weitere grundsätzliche Möglichkeit zur Elevationsverstellung besteht darin, das Zugseil durch eine Stange zu ersetzten die sowohl Zug- als auch Druckkräfte ubertragen kann, (hier nicht gezeichnet) Alle Übertragungselemente für die
Verstellbewegung befinden sich auf der der Sonne abgewandten Seite, wodurch eine
Verschattung der PV Fläche durch diese Teile nicht möglich ist.
Figur 6 zeigt in Form einer Zusammenstellung schematisch eine erfindungsgemäße Anlage bei der sowohl die Elevation α als auch der Azimut ß in einer und derselben Anlage entsprechend dem Sonnenstand verstellt werden kann.
Angedeutet wird die Elevationsver Stellung entsprechend Variante nach Figur 5.
Zwischenstützen 21 erhalten in diesem Fall vorzugsweise einen um die vertikale Achse 22 drehbaren Querbalken 23 der in Funktion und Ausführung grundsätzlich den Querbalken 10 der Endverankerung entspricht. Die Tragseile werden über die gelenkig fixierten Klemmen 2) mit den Enden des Querbalkens verbunden, wodurch sich dieser synchron zu den Querbalken 10 der
Endstützen (20) bzw. zum Tragelement 3 der Konsole verdreht.