AT528781A2 - Sturmfeste baumartige Photovoltaik Anlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauwerk, auf welchem Solarpaneele zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie befestigt sind. Es umfasst einen kastenförmigen Paneel-Träger (100) mit ausgedehnten Breitseiten und schlanken Schmalseiten. Eine Breitseite ist als Sonnenseite (114) zur Sonne, die andere als Schattenseite (115) zur Schneedecke bzw. Erde jeweils mit einem Winkel (105) von vorzugsweise 70° geneigt. Auf der Sonnenseite und der Schattenseite sind PV-Paneele (110) befestigt; optional tragen auch beide Schmalseiten PV-Paneele (113). Breitseiten und Schmalseiten sind ohne Überstände miteinander verbunden. Öffnungen an Unterseite (121) und Oberseite (122) sind durch ein luftdurchlässiges Sturmgitter abgeschlossen. Der Paneel-Träger (100) weist unten eine senkrechte Ausnehmung (109) zur Aufnahme einer tragenden Säule (101) auf. Die Unterkante (108) liegt vorzugsweise 2–3 m über der Erdoberfläche (103). Die Säule (101) ist in einem senkrechten Loch im Erdreich verankert; die Lochtiefe wird nach Bodeneigenschaft so gewählt, dass Windkräfte vom umgebenden Erdreich aufgenommen werden.

Description

Beschreibung

STURMFESTE BAUMARTIGE PHOTOVOLTAIK ANLAGE

[0001] Die Erfindung betrifft Bauwerk, auf welchem Solarpaneele zur Umwandlung der empfangenen Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie befestigt sind, wobei das Bauwerk aus einem kastenförmigen Paneel- Träger mit, insbesondere ausgedehnten, Breitseiten und, insbesondere schlanken, Schmalseiten besteht, dessen eine Breitseite, die Sonnenseite, mit einem Winkel von vorzugsweise 70 Grad zur Sonne geneigt ist, und dessen andere Breitseite, die Schattenseite, mit einem Winkel von vorzugsweise 70 Grad zur Schneedecke bzw. Erde geneigt ist, und wobei auf der Sonnenseite des Paneel-Trägers PV- Paneele , und auf der Schattenseite PVPaneele befestigt sind, wobei optional auf den beiden Schmalseiten PV-Paneele befestigt sind, und wobei die zwei Schmalseiten und die zwei Breitseiten des Paneel-Trägers ohne Überstände miteinander verbunden sind, und wobei Öffnungen auf einer Unterseite und einer Oberseite des Paneel-Trägers mit einem luftdurchlässigen Sturmgitter abgeschlossen sind.

[0002] Die Erfindung betrifft ein sturmfestes Bauwerk für den Einsatz in Höhenlagen, mit dem die Effizienz der Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne mittels Photovoltaik in elektrische Energie in den Wintermonaten verbessert wird.

[0003] Die Umwandlung der von der Sonne zur Erde gestrahlten Solarenergie in elektrische Energie spielt eine wesentliche Rolle in der Umstellung des Energiesystems von fossilen zu erneuerbaren Energiequellen. In einem Energiesystem, das auf fossile Energiequellen verzichtet, ist die elektrische Energie, die in Windanlagen und Photovoltaik (PV) Anlagen gewonnen wird, der zentrale Energieträger.

[0004] Gegenwärtig wird die Mehrzahl der PV Anlagen auf den Dächern vorhandener Gebäude oder auf Freiflächen im Tal installiert. Die PV Anlagen sind so ausgerichtet, dass sie im Sommer die meiste Energie produzieren und in den Wintermonaten einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen. Als Folge entsteht im Winter, wo zusätzliche elektrische Energie für den Betrieb der Wärmepumpen zur Heizung benötigt wird, eine elektrische Energielücke, die gegenwärtig durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe geschlossen wird.

[0005] Die vorliegende Erfindung leistet einen Beitrag zur Schließung der Energielücke im Winter durch die Konzeption eine Bauwerks zur innovativen Aufstellung der PV-Paneele, die zu einer besseren Energieausbeute aus Solaranlagen in den Wintermonaten führt.

[0006] Pro Quadratmeter treffen im Mittel im Winter wie im Sommer ca. 1,3 kW Strahlung von der Sonne auf eine zur Solarstrahlung senkrechte Fläche. In unseren Breiten treffen die Sonnenstrahlen im Hochwinter unter einem mittleren Winkel von ca. 15 Grad auf die Erdoberfläche. Wenn die Solarpaneele waagrecht aufgestellt werden, so ergibt sich unter diesen Bedingungen eine wirksame Fläche von ca. 25 % des Solarpaneels, wenn hingegen die Solarpaneele senkrecht stehen, ist die wirksame Fläche im Hochwinter ca. 97 % des Solarpaneels. Bei einem Winkel von 70° beträgt der Wirkungsgrad im Hochwinter ca. 99 %. Bei einem Winkel von 70° und steiler ist auch sichergestellt, dass anfallender Schnee von den Paneelen abrutscht.

[0007] Der Winkel der Neigung zur Sonne, vorzugsweise 70°, auch als Solarwinkel bezeichnet, wird dabei in Bezug auf die Horizontale gemessen.

[0008] Im Winter ist in Tallagen an vielen Tagen Hochnebel, der die eintreffenden Sonnenstrahlen absorbiert. Wenn die PV Anlagen in den Bergen über der Nebelobergrenze aufgebaut werden, so wird auch an Tagen, an denen die PV Anlagen im Tal keine Leistung erbringen, von PV Anlagen im Gebirge elektrische Energie produziert.

[0009] Im Hochgebirge liegt im Winter oft von Mitte November bis Mitte April eine Schneedecke. Diese Schneedecke reflektiert die eintreffenden Sonnenstrahlen (Albedo Effekt) und führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads einer PV Anlage. Die vorliegende Erfindung nutzt die Albedo Strahlung durch die Anbringung von PV-Paneelen auf einer zur Schneedecke geneigten Nordseite (der Schattenseite). Die gemessene Steigerung des Wirkungsgrads durch den Albedo Effekt im Winter liegt bei einer solchen Anlage bei ca. 20% bis 50%.

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[0010] Es gibt noch eine Anzahl weiterer Gründe, die für die Installation von PV Anlagen im Gebirge sprechen:

e Durch die tieferen Temperaturen im Gebirge wird der Wirkungsgrad von Solarzellen erhöht.

e Das solare Energieangebot ist im Gebirge höher als im Tal, da die Solarstrahlung durch die Atmosphäre, vor allem durch Nebel und Aerosole, vor dem Eintreffen auf die Solarzellen weniger abgeschwächt wird.

e Die Almflächen im Gebirge sind von geringerem landwirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Nutzen als die Flächen im Tal, die für die Produktion von Lebensmitteln benötigt werden.

[0011] Die große Herausforderung bei der Installation von PV Anlagen im Gebirge ist die Beherrschung der extremen Winde. Im Extremfall—beim Orkan Kyrill im Jänner 2007 — traten bei der Konkordiahütte in der Schweiz Windgeschwindigkeiten bis zu 225 km/h auf. In Lagen der Ostalpen treten in nicht exponierten Lagen Windgeschwindigkeiten von mehr als 140 km/h selten auf.

[0012] Bei den Windkräften unterscheidet man zwischen

(i) dem Druck auf die Bauteile (il) dem Druck auf das gesamte Bauwerk (ii) den Reibungskräften, die vom Wind ausgelöst werden.

[0013] Druck auf die Bauteile: Die Außenhaut des vorgeschlagenen Bauwerks zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie wird weitestgehend durch die Solarpaneele gebildet. Am Markt erhältliche Solarpaneele halten—bei entsprechender Montage— einem Außendruck von bis zu 6000 Pascal stand, das entspricht einem Flächendruck bei einer Windgeschwindigkeit von über 215 km/h. Wichtig ist jedoch, dass der Winddruck auf die Innenseite der PVPaneele, der Innendruck, zu keiner Beschädigung der Verankerung des Solarpaneels führt.

[0014] Druck auf das gesamte Bauwerk: Der Gesamtdruck auf ein Bauwerk wird im Wesentlichen durch die Windgeschwindigkeit und die Größe der vom Wind angegriffenen Fläche bestimmt und führt zu einem Drehmoment, dem das Fundament standhalten muss.

[0015] Reibungskräfte, die durch den Wind verursacht werden: Diese Reibungskräfte hängen von der Rauigkeit der Oberflächen und der Form des Bauwerks ab. Ein kompaktes Bauwerk, wo die Bauteile stimmig miteinander verbunden sind (d.h. keines der beiden Bauteile einer Verbindung reicht über die Verbindungskante), bildet eine wesentlich geringere Angriffsfläche für den Wind als Verbindungen, die einen Überstand aufweisen.

[0016] Das geplante Bauwerk besteht aus einem kastenförmigen Paneel-Träger (mit zwei Breitseiten und vier Schmalseiten), der auf einer zentralen Säule befestigt ist. Die der Sonne zugewandte Breitseite des Paneel-Trägers (die Sonnenseite) ist mit einem Winkel von vorzugsweise ca. 70 Grad nach Süden ausgerichtet. Auf der zweiten gegenüberliegenden Breitseite (der Schattenseite), die mit einem Winkel von vorzugsweise ca. 70° der Erdoberfläche zugewandt ist, sind die PV Paneele montiert, die primär die Albedo Strahlung aufnehmen. An den beiden nahezu senkechten Schmalseiten des Bauwerks sind ebenfalls PV Paneele montiert. An den Kanten des Bauwerks sind die Flächen stimmig miteinander verbunden, um dem Wind wenig Angriffsflächen zu bieten.

[0017] Das Bauwerk ist so konstruiert, dass im Winter eine hohe Energieausbeute der Sonnenstrahlung erreicht wird. Die bevorzugte 70 Grad Neigung des Paneel-Trägers Richtung Süden führt in den Wintermonaten, wo die Sonne im Mittel ca. 20 Grad über dem Horizont steht, zu einem optimalen Energieertrag der auf der Sonnenseite des Paneel-Trägers montierten PV Paneele. Die auf der Nordseite des Paneel-Trägers montierten PV- Paneele, die mit bevorzugt 70 Grad zur Horizontalen geneigt sind, wandeln im Winter die durch den Albedo-Effekt des Schnees reflektierten Sonnenstrahlen in elektrische Energie um.

[0018] Die Konstruktion des Bauwerks verhindert, dass ein Sturm direkt auf die Rückseite eines PV-Paneels trifft und dieses aus der Verankerung reißt.

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[0019] Bei der Konzeption des vorgestellten Bauwerks zur PV Energiegewinnung sind neben den diskutierten mechanischen und thermischen auch ökologische Aspekte berücksichtigt worden. Es ist vorgesehen, das Traggerüst des Bauwerks, das die Solarpaneele trägt, vornehmlich aus Holz zu bauen. Holz ist ein natürlicher Baustoff, der das aus der Luft aufgenommene CO-> enthält. Eine Verwendung von Holz in einem Bauwerk bindet das CO, über Jahrzehnte und dient somit als natürliche CO,2 Senke. Der Freiraum von ca. 2,5m bis 3m zwischen der Erdoberfläche und der Unterkante des Paneel-Trägers wird im Winter teilweise vom Schnee gefüllt. Im Sommer kann dieser Freiraum als Weide genutzt werden oder die Artenvielfalt durch die Anpflanzung von Hecken unterstützt werden.

[0020] Im Erneuerbaren-Ausbau-Gesetz (EAG) der österreichischen Bundesregierung aus dem Jahr 2021 ist in 8 4 vorgesehen, bis zum Jahre 2030 die Stromerzeugung aus Photovoltaik um 11 TWh zu steigern. Nimmt man die in Tabelle 1 angeführte Verteilung des PV Energieertrags über den Jahresverlauf als Basis so werden bei 1 TWh PV Energie im Hochwinter bei herkömmlichen Anlagen 100 GWh, bei dem beschriebenen Bauwerk hingegen 330 GWh elektrische Energie produziert.

Ertrag In % PV auf Dächern und Beschriebenes PV Fre-Anlagen im Tal | PV-Bauwerk im Gebirge

Hochwinter 10% 33% {Nov, Dez, Jan, Feb

Übergangszeit 35% 35% {Mrz, Apr, Aug, Sept

Hochsommer 55% 32% (Mai jun, Juf, Aug}

[0021] Tab. 1: ca. Angaben des PV Ertrags in Jahresverlauf

[0022] Die Erzeugung von 180 GWh elektrischer Energie mittels Gas verursacht Emissionen von ca 90 000 t CO>,, die durch das beschriebene Bauwerk vermieden werden. Bei 11 TWh elektrischer Energie ergibt dies eine CO; Einsparung von 1 Mio t pro Jahr.

[0023] In Österreich gibt es ca. 10 000 km? an wenig produktiven Flächen im Gebirge.

[0024] Wenn das beschriebene Bauwerk auf weniger als 5 % dieser Flächen, die im Rahmen einer Umweltprüfung für die Gewinnung von Solarenergie als Solarpark gewidmet werden, aufgebaut wird, könnte der gesamte Winterstrombedarf in Österreich gedeckt werden. Da das Bauwerk die dritte Dimension nützt, könnten die Flächen des Solarparks, d.s. die Almflächen, weiter in der gewohnten Form almwirtschaftlich bewirtschaftet werden.

[0025] Die im Rahmen von diversen Recherchen analysierte Patentliteratur, die eine senkrechte Aufstellung von Solarpaneelen zum Inhalt hat, ist im verwandten europäischen Patent EP 4 519 615 Sturmfeste Photovoltaik Anlage ausführlich diskutiert.

[0026] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Bauwerk bereitzustellen, welches wesentliche Vorteile für die Montage und die Haltbarkeit des Bauwerks bringt.

[0027] Diese Aufgabe wird mit einem eingangs genannten, beispielsweise freistehenden, Bauwerk dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der vorzugsweise unter 70 Grad geneigte PaneelTräger in einem unteren Teil eine senkrechte Ausnehmung aufweist, die eine senkrechte Säule aufnehmen kann bzw. aufnimmt, die den Paneel-Träger trägt, wobei vorzugsweise eine Unterkante bzw. Unterseite des Paneel-Trägers 2 m bis 3 m über einer Erdoberfläche liegt, und wobei die Säule in einem senkrechten Loch im Erdreich verankert ist, wobei eine Lochtiefe des senkrechten Loches entsprechend der gegebenen Bodeneigenschaft so festgelegt ist, dass die auf das Bauwerk einwirkenden Windkräfte durch das die Säule umgebende Erdreich aufgenommen werden können.

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[0028] Im Unterschied zum Patent EP 4 519 615 Sturmfeste Photovoltaik Anlage, in der ein Traggestell mit vier geraden Säulen beschrieben ist, wird im hier beschriebenen Bauwerk eine einzigen senkrechten Säule zur Halterung des in einem Winkel von vorzugsweise 70 Grad zur Sonne geneigten Paneel-Trägers verwendet. Dies bringt wesentliche Vorteile für die Montage und die Haltbarkeit des Bauwerks.

[0029] Der Unterteil der senkrechten Säule wird in einem senkrechten Bohrloch verankert, um die auf ihn wirkenden Kräfte an das umliegende Erdreich zu übertragen. Ein senkrechtes Bohrloch kann mit einer gängigen Erdbohrmaschine einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Säule muss stark genug sein, um das durch einen Sturm ausgelöste Biegemoment an dem Punkt, an dem die Säule in das Erdreich eindringt an den unteren Teil der im Erdreich verankerten Säule zu übertragen.

[0030] Wie bezeichnen den Oberteil des Bauwerks als die Baumkrone. Die Baumkrone umfasst den vorteilhafterweise aus Holz bestehenden Paneel-Träger mit den PV Paneelen. In einem automatisierten Fertigungsbetrieb kann die Baumkrone roboterunterstützt gefertigt werden. Bei der Montage auf der Baustelle wird dieses vorgefertigte Baumkrone mit einem Kran auf die bereitstehende senkrechter Säule aufgesetzt und fixiert. Durch diese vereinfachte Montage auf der Baustelle werden die Montagekosten wesentlich gesenkt.

[0031] Es kann vorgesehen sein, dass die Baumkrone horizontal gedreht werden und damit dem täglichen Sonnengang folgen kann. Durch diese Drehung kann die Leistung des PV Baums, vor allem im Sommer, um ca. 25 % steigern, wobei die zusätzliche Energieproduktion in den Tagesrandzeiten stattfindet. In den Tagesrandzeiten ist die Energieproduktion von herkömmlichen PV Anlagen relativ gering und in der Folge der Preis pro kWh erzielbare Preis wesentlich höher als in den Tagesmittelzeiten.

[0032] Es kann vorgesehen sein, dass die Säule aus Beton, insbesondere Stahlbeton gefertigt ist.

[0033] Es kann vorgesehen sein, dass die Säule eine — insbesondere im Querschnitt — rechteckige Form hat oder die Säule eine — insbesondere im Querschnitt — runde Form hat.

[0034] Es kann vorgesehen sein, dass die Säule zwei Segmente umfasst, nämlich einen Oberteil und einen Unterteil, wobei der Unterteil einen größeren Querschnitt als der Oberteil aufweist, und wobei vorzugsweise die Übergänge zwischen dem Oberteil und dem Unterteil verlaufend ausgebildet sind.

[0035] Es kann vorgesehen sein, dass der Paneel Träger um die feststehende Säule gedreht werden kann.

[0036] Es kann vorgesehen sein, dass zwischen einem waagrechten oberen Ende der feststehenden senkrechten Säule und einem waagrechten Abschluss der Ausnehmung des PaneelTräger ein ringförmiges Kugellager angeordnet ist.

[0037] Es kann vorgesehen sein, dass der Paneel-Träger um die Säule mittels einer elektrischen Drehvorrichtung so gedreht wird bzw. gedreht werden kann, dass die Sonnenseite des PaneelTrägers bei schönem Wetter der Sonne zugewandt ist.

[0038] Es kann vorgesehen sein, dass ein Sensor zur Messung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit vorgesehen ist, der beispielsweise auf dem Paneel-Träger montiert ist.

[0039] Es kann vorgesehen sein, dass der Paneel-Träger bei Sturm so gedreht wird bzw. gedreht werden kann, dass die Sonnenseite parallel zur Sturmrichtung ausgerichtet ist .

[0040] Weiters betrifft die Erfindung ein Bauwerksystem umfassend zwei oder mehrere der oben beschriebenen Bauwerke, wobei die zwei oder mehreren Bauwerke nahtlos nebeneinander aufgestellt sind. Wenn auf den beiden senkrechten Schmalseiten, der Ost- und Westseite, des Paneel-Trägers eines Bauwerks keine PV Paneele montiert sind, dann können mehrere dieser Bauwerke nahtlos nebeneinander aufgestellt werden, so dass eine geschlossene Reihe von Bauwerken entsteht, wobei die PV Paneele aller nebeneinander stehenden Bauwerke auf der Südseite,

der Sonnenseite, mit vorzugsweise ca. 70 Grad zur Sonne geneigt sind und die PV Paneele der Nordseite, der Schattenseite, mit vorzugsweise ca. 70 Grad zur Schneeoberfläche geneigt sind. ERKLÄRUNG VON VERWENDETEN BEGRIFFEN

[0041] Im Folgenden wird die angenommene Bedeutung von wichtigen Begriffen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, dargelegt.

[0042] Bauwerk: ist jedes durch menschliche Tätigkeit mit einem Grundstück verbundene Werk unabhängig von seinem Zweck oder Betretbarkeit durch Menschen. z.B.: Häuser, Strommasten, Dämme, Straßen, Kanäle, Brücken.

[0043] Baumkrone: Die Baumkrone umfasst den vorteilhafterweise aus Holz bestehenden Paneel-Träger mit den PV Paneelen.

[0044] Hochbauwerk: jener Teil eines Bauwerks, das über der Erdoberfläche steht. [0045] Hochsommer: Der Hochsommer umfasst die Monate Mai, Juni, Juli und August.

[0046] Hochwinter: Der Hochwinterumfasst die Monate November, Dezember, Jänner und Februar.

[0047] Paneel-Träger: Ein kastenförmiger Bauteil—ein Quader—, auf dem PV-Paneele montiert werden können. Der Paneel-Träger hat zwei Breitseiten, zwei senkrechte Schmalseiten, eine obere Schmalseite und eine untere Schmalseite.

[0048] PV-Paneel: Ein flacher Bauteil, im dem die Solarzellen zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie enthalten sind. PV-Paneele werden in verschiedenen Dimensionen am Markt angeboten. Im folgenden Beispiel werden PV Paneele mit einer Dimension von 1m x 2m und 1m x 1,4 m und einer maximalen elektrischen Leistung (Wp) von je ca. 500 Watt eingesetzt.

[0049] Schattenseite: Die Seite des Paneel-Trägers, die zur Erdoberfläche geneigt ist und die Albedo Strahlung aufnimmt.

[0050] Sonnenseite: Die Seite des Paneel-Trägers, die der Sonne zugewandt ist.

[0051] Stimmige Verbindung von Bauteilen: Zwei Bauteile sind stimmig miteinander verbunden, wenn keine der beiden Bauteile über die Verbindungskante reicht.

[0052] Sturmgitter: Ein Sturmgitter ist ein flacher Bauteil (z.B., ein Geflecht oder ein Lochplatte) der einerseits die Sturmkräfte reduziert und andererseits einen Luftstrom durchlässt.

[0053] Tagesmittelzeit: Die Zeit zwischen 9 Uhr und 16 Uhr, während der herkömmliche PV Anlagen bei Schönwetter eine optimale Leistung erbringen.

[0054] Tagesrandzeit: Die Zeit von Sonnenaufgang bis 9 Uhr und von 16 Uhr bis Sonnenuntergang, während der herkömmliche PV Anlagen eine geringe Leistung erbringen.

[0055] Übergangszeit: Die Übergangszeit umfasst die Monate September, Oktober, März und April.

[0056] Überstand der Überdachung: Der Teil einer Dachkonstruktion, der über einen unterlagerten Baukörper hinausreicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0057] Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielhaft erläutert.

[0058] Fig.1a zeigt eine der vielen möglichen Strukturen des Bauwerks im Aufriss aus der der Südseite,

[0059] Fig. 1b zeigt eine der vielen möglichen Strukturen des Bauwerks im Aufriss aus der Ost-Seite, und

[0060] Fig.2 zeigt eine Form der tragenden Säule.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0061] Im Folgenden wird eine der vielen möglichen Realisierungen der Erfindung im Detail an Hand eines konkreten Beispiels beschrieben. Das, in diesem Beispiel, freistehende Bauwerk der Fig. 1a, 1b zur Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne mittels Photovoltaik in elektrische Energie besteht aus einem kastenförmigen Paneel-Träger 100, der auf einer zentralen Säule 101 steht. In diesem Beispiel wird angenommen, dass ein PV- Paneel die Maße von ca. 1 m Breite und ca. 2 m Höhe hat und eine Leistung von ca. 500 Wp aufweist.

[0062] Fig. 1a zeigt die Sonnenseite im Aufriss. In diesem Beispiel sind 12 Paneele 110 auf der breiten Sonnenseite,12 Paneele auf der breiten Schattenseite und jeweils 1 Paneel auf der schmalen West- und Ostseite des Paneel-Träger 100 befestigt, insgesamt also 26 Paneele. Auf einem freien sonnigen Standort im Gebirge über der Nebelobergrenze wird der Jahresenergieertrag eines solchen Bauwerks auf ca. 12 MWh/Jahr geschätzt wobei ca. die Hälfte der Energie im Winterhalbjahr produziert wird.

[0063] Ein (Unter-) Teil 142 der Säule 101 ist, beispielsweise ca. 4 m tief, in einem Erdloch verankert. Der freie (Ober-)Teil 141 der Säule 101 weist beispielsweise eine Länge von ca. 2.5 m über der Erdoberfläche 103 auf. Der Teil der Säule, der innerhalb des Paneel-Trägers 100 steht, ist beispielsweise ca. 1.5 m lang (siehe Fig. 1b). Die Gesamtlänge der Säule ist somit in diesem Beispiel ca. 8 m. Die Säule 101 kann im Querschnitt rund oder rechteckig sein. Bei dem Einsatz von Stahlbeton hat eine runde Säule 101 einen Durchmesser von vorzugsweise ca. 40 bis 60 cm (siehe Fig 2) abhängig von der erwarteten Sturmlast und der gegebenen Bodenmechanik. Am oberen Rand des Paneel-Trägers 100 kann ein Sensor 130 zur Messung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit montiert sein. Beim Auftreten eines Sturms kann der Paneel Träger 100 so gedreht werden, dass die Sonnenseite 114 parallel zur Sturmrichtung ausgerichtet wird.

[0064] Auf der sichtbaren Ostseite (Fig. 1b) ist im Bild ein PV-Paneel 113 zu sehen. Die Sonnenseite 114 des Paneel-Trägers 100 ist mit einem Winkel 105 von vorzugsweise 70 Grad (gemessen zu der Erdoberfläche/Horizontalen; Winkel zwischen der Sonnenseite und der Horizontalen) zur Sonne geneigt. Der untere Teil der Schattenseite 115 des PaneelTrägers 100 ist mit demselben Winkel zur Erdoberfläche geneigt, um die Albedo-strahlung aufzunehmen. Auf der Unterseite 108 und auf der Ostseite 122 des Paneel-Trägers 100 ist ein Sturmgitter zur Belüftung und Entlüftung des Paneel-Trägers 100 angebracht.

[0065] Fig. 1b zeigt die Baumkrone aus östlicher Sicht. Durch die Neigung der Sonnenseite 114 um den Winkel 105 von vorzugsweise 70 Grad treffen im Hochwinter die Sonnenstrahlen senkrecht zu Sonnenseite 114 ein. Der untere Teil der Schattenseite 115 ist mit demselben Winkel von vorzugsweise 70 Grad zur Erdoberfläche geneigt, so dass die vom Schnee reflektierte Albedo Strahlung aufgenommen werden kann. Im oberen Teil der Ostseite ist über dem PV Paneel 113 ist das Sturmgitter 122 zur Entlüftung des Paneel-Trägers 100 zu sehen. In die Ausnehmung 109 des Paneel-Trägers 100 findet das obere Ende der Säule 101 Platz. Optional ist ein rundes Kugellager 104, das die Last einer drehbaren Baumkrone aufnimmt ist, am Kopf der Säule 101 montiert. Auf der unteren Schmalseite 108 des Paneel-Trägers 100 ist vorzugsweise ein Sturmgitter zur Belüftung des Paneel-Trägers 100 montiert.

[0066] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Säule 101. Die Säule 101 hat zwei Segmente, einen Oberteil 141 und einen Unterteil 142, wobei vorzugsweise wie dargestellt das Unterteil 142 einen größeren Querschnitt als das Oberteil 141 besitzt. Der Übergang 145 zwischen dem Oberteil 141 und dem Unterteil 142, der vorzugsweise oberhalb der Erdoberfläche liegt, ist als stetiger Übergang ausgebildet und weist keine sprunghaften Querschnittsänderungen auf. Bei einer im Wesentlichen runden Ausbildung der Säule 101 ist der Übergang 145 konisch ausgebildet.

[0067] Die Querschnittsausbildung der Säule 101 ist an den entlang der Säule 101 bei Windoder Sturmereignissen auftretenden Biegemomenten orientiert. Die maximalen Biegemomente treten im Bereich des Punktes 103a auf, an dem die Säule 101 in den Untergrund eingebunden ist. In diesem Bereich übernimmt das starke Unterteil 142 der Säule 101 im Wesentlichen die Aufnahme

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und Weiterleitung der auftretenden Biegemomente.

[0068] Die Säule 101 kann am Aufstellungsort des Bauwerks in Stahlbeton hergestellt werden. Hierzu wird zunächst ein Bohrloch mit einem Durchmesser entsprechend dem Unterteil 142 der Säule 101 erstellt. Danach wird eine Verschalung vorgesehen, welche die äußere Form des oberhalb der Geländeoberfläche angeordneten Teils der Säule 101 definiert. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Bewehrung in die Verschalung eingebracht und positioniert.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Bauwerk, auf welchem Solarpaneele zur Umwandlung der empfangenen Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie befestigt sind, wobei das Bauwerk aus einem kastenförmigen Paneel-Träger (100) mit, insbesondere ausgedehnten, Breitseiten und, insbesondere schlanken, Schmalseiten besteht, dessen eine Breitseite, die Sonnenseite (114), mit einem Winkel (105) von vorzugsweise 70 Grad zur Sonne geneigt ist, und dessen andere Breitseite, die Schattenseite (115), mit einem Winkel (105) von vorzugsweise 70 Grad zur Schneedecke bzw. Erde geneigt ist, und wobei auf der Sonnenseite des Paneel-Trägers PV-Paneele (110), und auf der Schattenseite PV-Paneele (110) befestigt sind, wobei optional auf den beiden Schmalseiten PV-Paneele (113) befestigt sind, und wobei die zwei Schmalseiten und die zwei Breitseiten des Paneel-Trägers ohne Überstände miteinander verbunden sind, und wobei Öffnungen auf einer Unterseite (121) und einer Oberseite (122) des Paneel-Trägers mit einem luftdurchlässigen Sturmgitter abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise unter 70 Grad geneigte Paneel-Träger (100) in einem unteren Teil eine senkrechte Ausnehmung (109) aufweist, die eine senkrechte Säule (101) aufnehmen kann bzw. aufnimmt, die den Paneel-Träger (100) trägt, wobei vorzugsweise eine Unterkante (108) bzw. Unterseite des Paneel-Trägers 2 m bis 3 m über einer Erdoberfläche (103) liegt, und wobei die Säule (101) in einem senkrechten Loch im Erdreich verankert ist, wobei eine Lochtiefe des senkrechten Loches entsprechend der gegebenen Bodeneigenschaft so festgelegt ist, dass die auf das Bauwerk einwirkenden Windkräfte durch das die Säule (101) umgebende Erdreich aufgenommen werden können.

2. Bauwerk nach Anspruch 1, wobei die Säule (101) aus Beton, insbesondere Stahlbeton gefertigt ist.

3. Bauwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Säule (101) eine — insbesondere im Querschnitt — rechteckige Form hat.

4. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Säule (101) eine — insbesondere im Querschnitt — runde Form hat.

5. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Säule (101) zwei Segmente umfasst, nämlich einen Oberteil (141) und einen Unterteil (142), wobei der Unterteil einen größeren Querschnitt als der Oberteil aufweist, und wobei vorzugsweise die Übergänge zwischen dem Oberteil (141) und dem Unterteil (142) verlaufend ausgebildet sind.

6. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Paneel Träger (100) um die feststehende Säule (101) gedreht werden kann.

7. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einem waagrechten oberen Ende der feststehenden senkrechten Säule (101) und einem waagrechten Abschluss der Ausnehmung (109) des Paneel-Träger (100) ein ringförmiges Kugellager (104) angeordnet ist.

8. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Paneel-Träger (100) um die Säule (101) mittels einer elektrischen Drehvorrichtung so gedreht wird bzw. gedreht werden kann, dass die Sonnenseite des Paneel-Trägers (100) bei schönem Wetter der Sonne zugewandt ist, und wobei der Paneel-Träger (100) bei Sturm so gedreht wird bzw. gedreht werden kann, dass die Sonnenseite (114) parallel zur Sturmrichtung ausgerichtet ist.

9. Bauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sensor zur Messung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit vorgesehen ist, der beispielsweise auf dem Paneel-Träger (100) montiert ist.

10. Bauwerksystem umfassend zwei oder mehrere Bauwerke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehreren Bauwerke nahtlos nebeneinander aufgestellt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen