Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von Lichtenergie, insbesondere von Sonnenlicht, in eine andere Energieform, insbesondere in elektrische Energie, wobei entsprechende Module zur Aufnahme des Lichts drehbar angeordnet sind.

Technisches Gebiet

Drehbare, der Sonne nachführbare Solarsysteme (kurz Drehsolar genannt) haben alle einen höheren Wirkungsgrad bei der Energieerzeugung als festmontierte Energiemodule. Drehsolar bringt aber nur dann einen Nutzen oder Gewinn, wenn der höhere Wirkungsgrad nicht durch die höheren Baukosten von„drehbar“ zunichte gemacht wird. Das ist der Grund, warum„drehbar“ für Solarkraftwerke bislang nicht aufkommt. Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, drehbare Solarsysteme so auszugestalten, dass ihre technische und wirtschaftliche Verwendung attraktiv wird.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Module auf einem Fachwerk aus Betonstahl angeordnet sind.

Betonstahl, Bewehrungsstahl oder Armierungseisen, früher auch Moniereisen genannt, dient bekanntermassen als Bewehrung (Verstärkung) von Stahlbetonbauteilen und wird nach dem Einbau in die Schalung mit Beton vergossen. Das neue an der vorliegenden Erfindung ist, diesen ganz normalen Betonstahl für einen neuen Zweck, nämlich als Träger von Solarmodulen zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch eine beachtliche Senkung der Baukosten durch die gewählte Fachwerkkonstruktionen. Die vorliegende Preissenkung von Drehsolar mit höherem Energiewirkungsgrad ist in der Preissenkung von Fachwerkkonstruktionen als Träger von Energie-Modulen begründet und durch die Verwendung des neuen Materials zum Bau von Fachwerken aus einem total anderen Fachgebiet, wie Betonstahlarmierung. Betonstahl ist hochfest und hat eine 30 % höhere Zugfestigkeit, ist 30 % preisgünstiger als z.B. der heute verwendete Winkelstahl 37. Dank seiner enormen Knickdruckfestigkeit ist der Betonstahl das neue Mittel für Fachwerk- Konstruktionen der verschiedensten Anwendungen, wie auch für Drehsolar.

Betonstahl ist nicht nur hochfest und preisgünstiger, sondern hat auch den Vorteil der sehr geringen Windangriffsfläche. Ca. 5 x geringer als die heute für Fachwerk verwendeten Winkelstähle und Rohre. Dies begründet wesentlich mehr Sicherheit bei Windböen- und Orkanen.

Zusammenfassung der Vorteile, die hochfester Betonstahl für den Fachwerkbau anstelle von Profilstahl 37 bringt:

1.) Betonstahl ist hochfest mit 30 % höherer Zugfestigkeit als Stahl 37.

2.) Betonstahl ist ca. 30 % preisgünstiger als Winkel-Stahl 37

3.) Flohe Knickdruckfestigkeiten

4.) Betonstahl-Fachwerkkonstruktionen haben bedeutend weniger, ca. 5 x geringere Windangriffsfläche als üblicher Winkelstahl

5) ca. 5 x geringeren Zinkverbrauch bei der Feuerverzinkung, dank 5 x geringeren Oberflächen

6.) Bifaciales Betonstahl-Fachwerk schattiert gegenüber üblichem Fachwerk aus Winkelstahl bedeutend weniger

7.) Sehr geringe Schattierung der Solar-bifacialen-Lichtreflektionen von unten

8.) Die Energie von Betonstahl Fachwerk-Solaranlagen wird preisgünstiger.

9) Der Einsatz von Betonstahl bringt nicht nur grosse Vorteile für Drehsolaranlagen, sondern auch für die meisten übrigen Fachwerksysteme eine erhebliche Preisvergünstigung.

10.) Der hochfeste Betonstahl wird aus im Ueberfluss vorhandenem Altmaterialrecycling (alte Autos) hergestellt, weshalb die neue Anwendung für Fachwerk-Konstruktionen auch ein grosser Beitrag zur Einsparung der zur Neige gehender Eisenerzvorräte beiträgt. Die neue Anwendung von Betonstahl für Fachwerke verkleinert ganz im Sinne des Umweltschutzes die stets wachsenden Berge von Autoschrott.

Dank diesen wichtigen Vorteilen von Betonstahl-Fachwerken ist Drehsolar praktisch preisgleich oder nur wenig teurer als festmontierte Energiemodule, sodass der Mehrenergiegewinn von„drehbar“ zu Buche schlägt.

Aber auch bei allen anderen Fachwerk-Anwendungen als für Drehsolar, bringt der Einsatz von Betonstahl, anstelle von Stahl 37 wirtschaftliche Vorteile.

Die Druck- bzw. Knickfestigkeitsversuche bei der schweizerischen Materialprüfanstalt EMPA in Dübendorf brachte erstaunlich gute Resultate.

Die Enden der Prüfstäbe sind angeschweisst.

Stäbe aus Betonstahl haben auf Druck folgende Knickfestigkeit:

Länge der Stäbe Durchmesser Druckfestigkeit

600 mm 12 mm 1 ,6 Tonnen

600 mm 14 mm 2,9 Tonnen

800 mm 16 mm 3,0 Tonnen

800 mm 18 mm 5,0 Tonnen

800 mm 20 mm 7,0 Tonnen

Mit einer einfachen Massnahme kann die Druckfestigkeit noch bedeutend erhöht werden, indem der Betonstahl-Stab in der Knickzone mit einem kurzen Rohrstück überschoben wird. Oder bei gleicher Druckfestigkeit kann die Stablänge z.B. verdoppelt werden. Die gleiche Druckfestigkeitserhöhung wird erreicht durch Anschweissen eines kurzen Betonstahlstückes in der Knickzone.

Durch die Anwendung von Betonstahl für Fachwerkkonstruktionen kann gegenüber der Verwendung von üblichem Stahl 37 ein beachtlicher Preisvorteil erreicht werden, woraus bei Drehsolar ein günstiger Strompreis resultiert. Die neuen bifacialen, von beiden Seiten wirksamen Solarmodule erzeugen auch Strom durch Lichtreflektion heller Flächen vom Boden her. Dies ist speziell effizient in höheren Lagen mit vielen Monaten Schnee.

Übliche Fachwerkkonstruktionen aus Winkeleisen würden das Licht von unten viel zu stark schattieren (abschatten). Runder Betonstahl schattiert gegenüber Winkelstahl viel weniger und ist auch in dieser Hinsicht weit überlegen bei bifacialen Solarmodulen.

Neuerdings werden in Deutschland Solaranlagen auch über landwirtschaftlichen Kulturen bewilligt und erfüllen sogar einen teilweisen Hagelschutz. Dies ermöglicht gegebenenfalls auch mehr als eine Ernte.

Die Module müssen so hoch über den Kulturen und möglichst weit abgestützt sein, sodass mit Traktoren- und Landmaschinen ungehindert unten durchgefahren werden kann. Diese Abstützweiten bis ca. 20 m sind nur mit dem Fachwerksystem zu erreichen. Eine ideale Anwendung für das neue preisgünstigere Betonstahl- Fachwerksystem.

Bei der vorliegenden Erfindung wird vor allem auf die Baukrantechnik zurückgegriffen. Hier bietet sich der waagrechte, dreieckige Teil des Baukran- Ausleger mit Fachwerkverstrebung an. Dieser kann für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Um 180° gedreht eignet er sich in waagrechter Lage zur idealen Auflage von Solarmodulen. Er wird dann an beiden Enden drehbar gelagert, wodurch in den Grundzügen ein axial drehbares Solarsystem mit weiten Abstützung erzeugt wird, wie es eben von der Landwirtschaft gefordert wird. Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Umwandeln von Lichtenergie in eine andere Energieform;

Figur 2 die Seitenansicht gemäss Figur 1 in einer weiteren Gebrauchslage;

Figur 3 eine Querschnittsansicht eines Drehsolar-Fachwerkmoduls aus der Vorrichtung gemäss Figur 1 ;

Figur 4 eine vergrössert dargestellte Seitenansicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels eines Drehsolar-Fachwerkmoduls gemäss den Figuren 1 und 2;

Figur 5 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Umwandeln von Lichtenergie in eine andere Energieform;

Figur 6 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels gemäss Figur 5;

Figur 7 eine Draufsicht auf eine parallelen Anordnung einer Mehrzahl von Vorrichtungen zum Umwandeln von Lichtenergie in eine andere Energieform.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemässes Fachwerk 1 aus einer Vielzahl von Betonstählen 2 dargestellt. Bevorzugt sind diese Betonstähle 2 fachwerkartig angeordnet und an Knotenpunkten 3 beispielsweise durch Schweissen miteinander verbunden. Der Raum zwischen diesen einzelnen Betonstählen 2 ist frei, so das der Wind ungehindert hindurch streichen kann. Gleichzeitig kann aber auch vom Boden 4 reflektiertes Licht an eine Unterseite 5 von Solarmodulen 6 gelangen, so das diese Solarmodule 6 bifacial ausgebildet sein können, d.h. , sie verwerten sowohl das Licht von oben als auch das Licht von unten.

Das Fachwerk 1 mit den Solarmodulen 6 ist zwischen zwei Masten 7.1 und 7.2 angeordnet. Diese Masten 7.1 und 7.2 sind im Boden 4 verankert. Das Fachwerk 1 ist über je einen beidseitigen Achsstummel 8.1 und 8.2 mit einer Lagerung 9.1 und 9.2 verbunden, wobei sich in zumindest einer Lagerung 9.1 und/oder 9.2 ein Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor, befindet, mit welchem das Fachwerk 1 um seine Horizontalachse A gedreht werden kann.

Die Drehung des Fachwerks 1 um 90° ist in Figur 2 gezeigt. Dies bedeutet somit, dass die Solarmodule 6 um maximal 180° gedreht werden können und damit dem Sonnenlauf folgen.

In Figur 3 ist erkennbar, dass das Fachwerk 1 im Querschnitt gesehen dreiecksförmig ausgestaltet ist. Bei der Konstruktion dieses Fachwerks 1 wird auf die Technik aus der Baukran-Konstruktion zurückgegriffen und lediglich die Anordnung um 180° gedreht, wodurch sich eine ideale waagrechte Auflage 10 für die Solarmodule 6 ergibt. Erkennbar ist auch, dass die Betonstähle 2 aus Rundstäben gebildet sind, wie sie eben aus der Baustahl-Technik bekannt sind. Die entsprechenden Rippen auf den Betonstählen sind allerdings in der Zeichnung nicht gezeigt, sie tragen allerdings tatsächlich wesentlich zur Steifigkeit der Betonstähle 2 bei.

In Figur 4 wird zusätzlich angedeutet, dass das Fachwerk 1 insbesondere in den Knick - oder auch Knotenpunkten beispielsweise durch einen angeschweisst zusätzlichen Betonstahl 2.1 verstärkt sein kann. In Figur 5 ist nochmals schematisch gezeigt, wie mehrere Fachwerke 1 in Linie zwischen Masten 7 angeordnet sind. Es ist auch erkennbar, dass der Abstand zwischen den Masten 7 sehr gross sein kann, so dass sich diese Anordnung besonders für Landwirtschaftskulturen eignet. Die Masten 7 haben auch eine ausreichende Pfostenhöhe, damit landwirtschaftliche Maschinen zwischen ihnen ungehindert hindurch fahren können.

Bei diesen Abständen der Masten 7 kann es möglich sein, dass die Verankerung der Masten 7 im Boden nicht mehr ausreichend stabil ist, insbesondere wenn Sturmböen auftreten. Dieses Problem wird erfindungsgemäss durch ein Drahtseil 11 gelöst, welches bevorzugt im oberen Drittel der Masten 7 befestigt ist. Die beiden Enden des Drahtseils 11 sind bevorzugt an sehr stabilen Masten angeordnet und gespannt.

In Figur 6 ist auch gezeigt, dass anstelle des Drahtseil 11 oder auch zusätzlich zu dem Drahtseil 11 die Masten 7 über eine eigene Fachwerkstruktur 13 miteinander verbunden sind. Hierdurch kann gegebenenfalls sogar eine bessere Lösung als mit dem Drahtseil erzielt werden.

Des weiteren ist in Figur 6, allerdings nur schematisch, gezeigt, dass die einzelnen Stummel 8 der Fachwerke 1 über einen gemeinsamen Antrieb 14 bewegt werden. Hierzu besteht mit dem Antrieb 14 über Anschlussstücke 15 und ein Seil oder Gestänge 16 eine gemeinsame Verbindung. Wie diese im einzelnen ausgestaltet ist, soll von untergeordneter Bedeutung sein. Denkbar sind viele Möglichkeiten. So ist auch mit dem Seile 16 ein Kraftspeicher 12 verbunden, der eine mechanische Rückholung des Antriebs 14 in eine Ausgangslage unterstützt. Dieser Kraftspeicher könnte auch ein einfaches Gewicht sein.

In Figur 7 ist gezeigt, dass eine Mehrzahl von Fachwerken 1 in Linie und parallel zueinander angeordnet sein können. Die entsprechenden Masten 7 können über Stahlseile 11 und/oder Fachwerkstrukturen 13 miteinander verbunden sein.

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WEISS, ARAT und Partner mbB

Patentanwälte und Rechtsanwalt

European Patent Attorney

Aktenzeichen: P 5553 PCT Datum: 12.01.2020

Bezugszeichenliste