WO2024256529A1 - Tauchfähige solaranlage - Google Patents

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WO2024256529A1
WO2024256529A1 PCT/EP2024/066345 EP2024066345W WO2024256529A1 WO 2024256529 A1 WO2024256529 A1 WO 2024256529A1 EP 2024066345 W EP2024066345 W EP 2024066345W WO 2024256529 A1 WO2024256529 A1 WO 2024256529A1
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WO
WIPO (PCT)
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solar
buoyancy body
submersible
buoyancy
solar system
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PCT/EP2024/066345
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English (en)
French (fr)
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Klaus Schuwerk
Leonhardt Matteo SCHUWERK
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Original Assignee
Individual
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/70—Waterborne solar heat collector modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a submersible solar system with a device for achieving a floating state at a predetermined diving depth.
  • a submersible solar system according to claim 1 is provided.
  • WO2022135729A1 The solar panels are several meters away from the water and thus form a surface for wind to attack. The system is also complex and material-intensive. Another typology involves mounting solar panels directly on aluminum floating bodies (e.g. WO2021 130283A1). According to the description, the system is only suitable for protected or limited water areas such as lakes or bays.
  • One object of the invention is to provide a solar system that can withstand severe weather, particularly on bodies of water, for example storms on the open sea with accompanying high waves.
  • a further object is to provide a solar system that can provide an increased energy yield.
  • the invention should enable simple, efficient and cost-effective transport, as well as assembly and dismantling of the solar system.
  • the submersible solar system comprises: a solar panel; at least one buoyancy body connected to the solar panel; wherein the solar panel and the at least one buoyancy body have a positive buoyancy on a water surface of a body of water; and a diving means adapted to submerge the submersible solar system to apply a negative buoyancy force; wherein the at least one buoyancy body has a first buoyancy body which is at least partially reversibly compressible.
  • the first buoyancy body the at least partially reversibly compressible buoyancy body, is compressed to a predetermined volume due to the hydrostatic pressure.
  • a buoyancy body can preferably be dimensioned using the following calculation formulas so that gravity and buoyancy balance each other out at the predetermined diving depth and thus the solar system can float at the predetermined diving depth. Floating occurs when the total buoyancy force is approximately zero Newtons. Approximately zero Newtons in the sense of this invention is preferably a positive or negative buoyancy force of less than 100 N, more preferably 50 N; 40 N; 30 N; 20 N; 10 N; 5 N; 4 N; 3 N; 2 N; most preferably less than 1 N.
  • a solar system in the sense of this invention is preferably a system which comprises one or more solar panels and is preferably intended for the production of electrical energy.
  • a solar panel in the sense of this invention is preferably a substantially planar device which is adapted to convert sunlight into electrical energy.
  • Various technologies suitable for this purpose are well known to those skilled in the art.
  • a reversibly compressible buoyant body in the sense of this invention is preferably a body which essentially complies with the law by Boyle and Mariotte, ie its volume is inversely proportional to the ambient pressure at a constant temperature.
  • a compressible buoyancy body can be used to influence the total buoyancy of the solar system at predetermined diving depths in such a way that this is advantageous for the disclosure. It is advantageous for the disclosure if the solar system floats on the surface and preferably hovers at the intended diving depth.
  • An at least partially reversibly compressible buoyancy body in the sense of this invention is a buoyancy body that has a reversibly compressible portion and optionally an incompressible portion.
  • An at least partially reversibly compressible buoyancy body can essentially follow Boyle and Mariotte's law up to a predetermined diving depth. From a predetermined water depth up to the maximum diving depth in intended use, the partially reversibly compressible buoyancy body can essentially no longer be compressed. It is clear that the transition from the compressible to the incompressible state can also be set smoothly, for example by using a less elastic material and/or geometry of the reversibly compressible buoyancy body.
  • An at least partially compressible buoyancy body serves to influence the overall buoyancy of the solar system at predetermined diving depths in such a way that this is advantageous for the disclosure.
  • At least partially reversibly compressible in the sense of this invention means that a buoyant body can be either partially reversibly compressible or completely reversibly compressible.
  • An at least partially reversibly compressible buoyancy body may comprise a shell, of which at least a portion or the shell as such is adapted to compress at a certain pressure, which preferably is within the foreseen diving depth to be reversibly compressed.
  • the at least one section of the casing or the casing as such can be made of a reversibly plastically deformable plastic material.
  • the predetermined diving depth can be, for example, between 5 and 50 meters, preferably between 10 and 40 meters, 15 and 30 meters, or 20 and 25 meters.
  • a structure of the reversibly compressible buoyancy body or the partially reversibly compressible buoyancy body can be adapted for the predetermined diving depths.
  • the reversible compressibility or partially reversible compressibility occurs predominantly, for example and preferably over at least 50%, for example at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, or at least 95% of the total volume of the reversibly compressible buoyancy body or the reversibly compressible partial volume of the partially reversibly compressible buoyancy body, down to the predetermined diving depth.
  • the compression of the total volume of the reversibly compressible buoyancy body or the partial volume of the partially reversibly compressible buoyancy body can take place essentially linearly.
  • a reversibly compressible buoyancy body can be designed in such a way that its total volume is reversibly reduced by at least 60% during a transition from the water surface to a predetermined diving depth, for example 20 meters.
  • An incompressible buoyancy body in the sense of this invention can be a body that essentially maintains its volume when the ambient pressure changes, whereby the volume can be filled with a fluid or fluid mixture, e.g. air and/or water.
  • the one or more incompressible buoyancy bodies can be used to adjust the total buoyancy of the solar system independently of the diving depth in such a way that this is advantageous for the invention.
  • Incompressible buoyancy bodies can be buoys, such as buoyancy buoys or corner buoys, and diving bells.
  • the incompressible buoyancy body can have a first device, e.g. a pump, wherein the first device is adapted to exchange the fluid or fluid mixture, e.g. water for air, or another gas or gas mixture, at least partially.
  • the incompressible buoyancy body can further have a second device, e.g. one or more valves, wherein the second device is adapted to allow entry of fluid or fluid mixture, e.g. water, into the incompressible buoy
  • An incompressible buoyancy body may have a shell which is substantially non-compressed or non-deformed at a certain pressure, which preferably prevails within the intended diving depth.
  • a substantial maintenance of the volume of a buoyancy body in the sense of this invention is preferably the case when the volume of a body at the intended diving depth is compressed to not less than 90%, preferably to not less than 95%; 96%; 97%; or 98%; most preferably to not less than 99% based on the volume at atmospheric pressure.
  • Incompressibility in the sense of this invention is when the volume of a body can be assumed to be constant despite the application of force or pressure change, for example due to a pressure increase by a factor of two. It is clear to the person skilled in the art that incompressibility is only an idealized assumption for the simplified description of physical processes. In the sense of this invention, solids and liquids are considered incompressible, while gases are compressible.
  • the reversibly compressible buoyancy body or the partially compressible buoyancy body can have a fluid space, usually a Air space to generate positive buoyancy.
  • the air space can contain atmospheric air as a compressible gas. Other gases or mixtures thereof can be included, provided they generate positive buoyancy in the volume of the reversibly compressible buoyancy body or partially compressible buoyancy body.
  • a flexible plastic material such as an elastomer or a thermoplastic, which contains an air space can be used as a reversibly compressible buoyancy body.
  • the flexible plastic material can comprise a single or multiple air spaces.
  • the flexible plastic material can have a pore structure, for example.
  • the at least one compressible buoyancy body and an incompressible buoyancy body may be two separate buoyancy bodies.
  • the at least one reversibly compressible buoyancy body and one incompressible buoyancy body can be part of a partially reversibly compressible buoyancy body, i.e. this partially compressible buoyancy body has a reversibly compressible and an incompressible part.
  • the partially reversibly compressible buoyancy body is a buoyancy body that can be compressed up to a certain pressure and then cannot be compressed any further.
  • An example embodiment of this preferred embodiment can have a buoyancy body with a completely or partially compressible outer shell, e.g. made of an elastomer, and an incompressible but air-permeable core spaced apart from it, e.g. made of solid open-pore aluminum foam or a hollow metal body with a small opening.
  • Fig. 11 A profile is elastically compressible to the extent that, for example, a free central web touches the opposite side and thus further compression is prevented.
  • the decisive factor for the preferred design with a partially compressible buoyancy body is the principle that the buoyancy body can be compressed to a certain degree and is then essentially no longer compressible. It is clear to the expert that other design variants are possible in addition to the two presented.
  • the incompressible buoyancy body and/or the compressible buoyancy body can simultaneously form the frame of the solar panel.
  • several solar panels can share a compressible and/or an incompressible and/or a partially compressible buoyancy body.
  • the incompressible buoyancy body can be omitted, since the solar panel and the compressible buoyancy body together already have the ideal buoyancy on the water surface and at the predetermined diving depth. As shown in Figs. 9 and 10, this can be the case, for example, with certain flexible and/or thin-film panels, since these can have little negative buoyancy due to their lightweight design.
  • This type of embodiment can have the advantage that the material used is significantly reduced compared to a variant with glass-glass panels.
  • a negative buoyancy force in the sense of this invention is a force with a direction that is opposite to the direction of the positive buoyancy force.
  • the solar panel and the buoyancy body(s) can be arranged such that the entire solar panel is below the water surface. This can be achieved, for example, by arranging at least part of the buoyancy body above the surface of the solar panel.
  • the solar system can have a desired positive or negative total buoyancy at a predetermined diving depth by selecting larger or smaller buoyancy bodies.
  • the solar system can have a plurality of solar panels which are arranged in a planar manner, and wherein the solar panels can be flexibly connected to one another.
  • the solar system can have a cable net which is connected to the at least one buoyancy body and the immersion means, wherein preferably the force exerted by the immersion means acts on the at least one buoyancy body substantially uniformly.
  • a substantially uniform effect of a force from a diving device on a plurality of connection points of the at least one buoyancy body in the sense of this invention means that, mathematically, when there is no wind or waves and the diving device and the solar system are at a standstill at the same time, the smallest force and the largest force on the different connection points preferably differ by less than 100%, more preferably by less than 50%; 40%; 30%; 20%; 10%; 5%; 4%; 3%; 2%; 1%; most preferably not.
  • Examples of diving equipment can include a pulling system, which can be designed as a winch or winch system, for example.
  • a rope net in the sense of this invention can be a substantially flat rope construction which has at least one rope arranged in a substantially chain line shape and to which a plurality of straight hanging ropes can be attached in order to transmit the forces.
  • the underlying static concept corresponds to that of the suspension bridge and is well known to the person skilled in the art.
  • a rope net can be arranged parallel to the water surface.
  • the rope net preferably consists of four or more ropes arranged in a chain line, which can preferably be connected to a diving device at the corners of the solar system, optionally via an incompressible buoyancy body, e.g. a buoy, and a plurality of straight hanging ropes, each of which can be connected at one end to the rope arranged in a chain line and at the other end to the at least one solar panel.
  • the rope net can ensure that the force from the diving device is introduced essentially evenly into the entire edge of the solar panel field.
  • the solar system can have a pulling system and an anchoring, wherein a pulling system can be provided at four or more fastening points, which is adapted to pull the solar system to the predetermined diving depth.
  • An anchor can hold the solar system in position.
  • the expert is aware of the various anchoring options depending on the forces occurring and the nature of the water bed.
  • the solar system can additionally have a buoy that is connected to the traction system and the cable net.
  • the buoy can be a buoyant body that can be incompressible, compressible or partially compressible. When this buoy is pulled by the traction system in the direction of the anchoring point on the bottom of the water, it generates a buoyant force with a vector from the buoy in a vertical direction upwards. The pull of the traction system simultaneously generates a further force with a vector from the buoy in the direction of the anchoring point.
  • the resulting horizontal force with which the field of solar panels is held in position can be determined using a force parallelogram.
  • a favorable horizontal force can be set.
  • a favorable horizontal force can be between 100,000 N and 1,000 N, for example.
  • the optional buoy can also be integrated into the diving device or other parts of the solar system.
  • a solar system in the sense of the present invention provides at least one compressible air space and can comprise a solar panel; an incompressible buoyancy body; an elastic connection between the solar panels; a rope net; an anchoring system; a diving device; a buoy; an electrical cable connection; a solar charge controller and a transformer.
  • the air space of a compressible or partially compressible buoyancy body can also be partially formed by immovable and/or stretchable material. It is also clear that only one section of the compressible buoyancy body can move or stretch, while the other section remains unmoved or unstretched.
  • the compressible buoyancy body can form a compressible air space and essentially follow the Boyle-Mariotte law.
  • the weight of the solar system can correspond to the weight of the displaced water and the solar system can float according to the Archimedes principle.
  • any buoyancy force at the surface and any diving depth at which the system floats can be determined. The necessary calculation methods are set out below.
  • the resulting buoyancy force F of a body in water is calculated as follows:
  • V V pwater g - V pbody g (1 ), where V is the volume of the body, p is the bulk density and g is the location factor ( « 9.81 N/kg).
  • the total buoyancy force of the solar system is divided into a fixed part (solar panel; incompressible buoyancy body) and a variable part (reversibly compressible buoyancy body).
  • a glass-glass solar module can have a negative buoyancy of 250 N, an incompressible buoyancy body a buoyancy of 247.5 N, and a reversibly compressible buoyancy body at the water surface a buoyancy of 7.5 N.
  • a partially reversibly compressible buoyancy body can be used.
  • Fvar is the proportion of the buoyancy force of the flexible part of the partially reversibly compressible buoyancy body.
  • a glass-glass solar module can have a negative buoyancy of 250 N, an incompressible buoyancy body a buoyancy of 200 N, and a partially reversibly compressible buoyancy body at the water surface a buoyancy of 55 N.
  • the partially reversibly compressible buoyancy body can be designed in such a way that it can be compressed to a maximum of 10/11 of its initial volume, ie according to the Boyle-Mariotte law it has reached its minimum volume at a diving depth of one meter.
  • this partially compressible buoyancy body of the The example shown has an air space of approximately 5,500 ml on the water surface, of which 5,000 ml is in a rigid part and 500 ml is air in a flexible part, and the parts are connected to each other via an opening.
  • the solar module in the example floats on the water surface and hovers at a diving depth of 1 m or deeper.
  • buoyancy bodies in particular the minimum and maximum possible air pressure in the area of use, the minimum and maximum possible water temperature in the area of use and the minimum and maximum possible density of the water in the area of use, in particular in the case of salty sea water.
  • An advantage of the invention is that the solar system can not only be pulled into the depths, but can also simply be kept at a predetermined diving depth in order to survive unfavorable climatic conditions such as storms. In particular, no vertical force is required at depth to hold the position of the solar system.
  • the solar system can move with any water movements that may be present at depths without problematic forces building up, similar to a sail that moves with the wind or a manta ray that glides through the water seemingly weightlessly.
  • This may require a relatively small number of dips and anchors, preferably 1 dip per 100 or more panels, more preferably per 1,000 or more panels, even more preferably per 10,000 or more panels.
  • the resulting arrays of solar panels can be very large, which has a positive effect on the overall manufacturing costs of the solar system.
  • the force of the traction system required to pull down the solar system can be optimized by selecting the appropriate size of the buoyancy bodies. This allows smaller and more cost-effective traction systems to be used.
  • a further advantage of the invention is that, in contrast to systems on land, the solar panels of the solar system according to the invention are cooled via direct contact with the water and can therefore provide an immediately higher energy yield of up to 15%.
  • the dependence of the energy yield on the operating temperature of photovoltaic panels is known to those skilled in the art.
  • the constant water temperature control of the invention has the advantage that the solar panels and their components degrade less over the years because large temperature fluctuations are avoided.
  • the correspondingly longer service life of the system can generate an additional energy gain of up to 20% compared to conventional solar systems.
  • the expert is aware of the negative effects of temperature fluctuations on photovoltaic panels.
  • the solar system does not offer any surface for wind to attack. This prevents a disaster like the 2019 accident at Yamakura Dam, even if the solar system is on the water surface. If the system is pulled deeper, the risk is reduced even further and at the same time the components of the solar system are protected.
  • a further advantage is that the solar system according to the invention is suitable for prefabrication. This allows the overall costs to be reduced considerably.
  • a further advantage is that the assembly and dismantling can be carried out efficiently and cost-effectively.
  • a further advantage of the invention is that the solar system is hardly visible, in contrast to common floating solar systems, land-based solar systems and wind turbines. Even at a distance of a few hundred meters from the coast, it can be practically invisible due to its low profile. There are therefore relatively few concerns with regard to landscape protection.
  • a further advantage of the invention is that the solar system according to the invention can be built from materials that can be completely recycled after their intended use.
  • a further advantage is that the solar system is easy to clean with fully automatic cleaning robots due to its modularity and simple geometry.
  • Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 2 is a side sectional view of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 3 is a perspective view of a section of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 4 is a perspective view of a section of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 5 is a sectional view of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 6 is a perspective sectional view of an inventive execution of the solar system
  • Fig. 7 is a sectional view of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 8 is a perspective sectional view of an embodiment of the solar system according to the invention.
  • Fig. 9 shows a section through an embodiment of the solar system according to the invention with a flexible and/or thin-film panel and a compressible buoyancy body;
  • Fig. 10 is a perspective sectional view of an embodiment of the solar system according to the invention with a flexible and/or thin-film panel and a compressible buoyancy body;
  • Fig. 11 shows a section through an embodiment of the solar system according to the invention with a one-piece, partially reversibly compressible buoyancy body
  • Fig. 12 is a view of an embodiment of the transport and assembly system according to the invention during the unfolding process on a water surface;
  • Fig. 13 is a perspective view of an embodiment of the transport and assembly system according to the invention during movement by means of a crane system;
  • Fig. 14 is a perspective view of an embodiment of the transport and assembly system according to the invention during the unfolding process on a water surface;
  • Fig. 15 is a perspective view of an embodiment of a diving means according to the invention comprising a diving means designed as a winch;
  • Fig. 16 is a perspective detailed view of an embodiment of a diving means according to the invention comprising a diving means designed as a winch, with the inspection cover removed;
  • Fig. 17 is a perspective view of an embodiment of the solar system
  • Fig. 18 is a perspective view of a section of the underside of the solar system according to an embodiment.
  • Fig. 19 is a perspective view of another section of the Solar system according to one embodiment.
  • a submersible solar system 1 can comprise a plurality of solar panels 16; a partially reversibly compressible buoyancy body 41 with an incompressible portion 23, a reversibly compressible portion 24 and an air-conducting connection 25; a flexible connection 17 between the solar panels, preferably made of an elastomer; an electrical connection 18; a solar charge controller; a voltage converter; a cable net 2; a buoy 3; a submersible means 4 and an anchor 6.
  • the reversibly compressible portion 24 can, for example, consist of an elastomer, in particular of silicone rubber with a wall thickness of 1 mm, and be designed in such a way that complete compression occurs at a water depth of, for example, two meters.
  • the submersible means 4 can here be a steel cable 5; a dipping means 26 designed as a winch; an electric motor 28 and batteries 27.
  • ropes or textiles made of fibers based on polymers with a high molecular weight of, for example, 10 6 mol g/mol or more, preferably polyethylene with an ultra-high molecular weight (Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene PE-UHMW) of 2 x 10 6 mol g/mol to 6 x 10 6 mol g/mol, can also be used.
  • the described embodiment of the solar system 1 can comprise a plurality of solar panels 16, which are connected to one another along the side and longitudinal edges by means of a flexible connection 17.
  • the plurality of solar panels 16 can be connected to the cable net 2 in the edge region by means of fastening elements 15.
  • the cable net 2 can comprise four catenary-shaped cables 13, which are preferably connected to four buoys 3, and a A plurality of suspension cables 14, which establish the connection between the catenary-shaped cables 13 and the fastening elements 15.
  • the cable network 2 ensures the even distribution of the force from the anchoring 6 and the immersion means 4 to the plurality of solar panels 16.
  • the buoys 3 at the corner points of the solar system 1 can partly contain a reversibly compressible and partly an incompressible buoyancy body, whereby the buoyancy at the surface and at the desired diving depth can be predetermined by means of the calculation methods described above.
  • the diving means 4 can be flexibly connected to the buoy 3 and can, for example, consist of a diving means 26 for steel cables designed as a conventional winch or standard winch.
  • a steel cable 5 in the described embodiment can be guided from the winch to a pulley near the anchor 6 and back to the winch, where it can be attached to its housing, preferably made of corrosion-resistant coated steel. This can form a simple pulley system that halves the forces on the winch.
  • the winch and the steel cable can be easily replaced without the need for a diver.
  • the winch can be protected by a housing which can be open towards the bottom of the water 11 and thus remains dry, similar to a diving bell.
  • the steel cable 5 can move freely through the opening.
  • the air pressure in the winch system thus adapts to the respective ambient pressure and there is no pressure load on the steel housing and the seal 29 of the inspection opening.
  • the air volume in the steel housing can be calculated so that it can compress accordingly without electrical and electronic components coming into contact with water.
  • the winch 26 can comprise an electric motor 28 which can be operated by means of batteries 27, which in turn can be charged by solar panels.
  • the control can be carried out via sonar transponders or via cable connections. Suitable systems are known to those skilled in the art. Control algorithms and electronic components are also well known to those skilled in the art.
  • the anchoring 6 on the bottom of the body of water 11 can be carried out by means of screw anchors. These and alternative anchoring methods for different subsoils are well known to the person skilled in the art.
  • the solar system 1 can be provided with all the usual electrical connections required for proper functioning. These are well known to the person skilled in the art.
  • the intended electrical connections 18 can be pre-installed in the factory so that, for example, as in the example shown in Fig. 14, only two commercially available waterproof plug connections (positive and negative) are required for each one hundred and eighty standard panels 31 that fit in a 40-foot transport container.
  • the panels can be mounted in a folded arrangement on a frame 30 in the factory and provided with suspension cables 32 and all the necessary electrical connections 18.
  • the panels can be wired in series and in parallel in accordance with the design layout of the solar system 1.
  • Favorable arrangements are well known to those skilled in the art.
  • a flexible electrical connection 7 can go from a solar system 1 according to the invention to a point held by a buoyancy body and an anchor. Preferably, this point can be located halfway between the water surface and the intended maximum depth of the solar system 1. From From this point, a vertical electrical connection 8 can lead to the bottom of the water. From there, a ground cable 9 can be led to an inverter and a voltage converter, possibly even to land if this is not too far away. Suitable cables and technologies are known to experts from offshore wind projects and other renewable technologies on the open sea.
  • a frame 30 in the sense of this invention is a static construction on which a plurality of solar panels can be arranged for the purpose of transport.
  • the frame with the solar panels 31 arranged thereon can be adapted to be moved with a crane system 33.
  • a frame has one or more fastening points for attaching suspension cables 32.
  • a container in the sense of this invention is a container adapted for transport into which the base frame with the solar panels arranged thereon can be placed and is thus protected from damage during transport.
  • the container can preferably be a 40-foot ISO container that is open at the top (40' open top container).
  • Folding in the sense of this invention can be a folding of a flat object according to the principle of leprorello or zigzag folding.
  • the intended electrical cable connections in the sense of this invention can include all cable connections necessary for the intended function of the solar system 1. These are well known to the person skilled in the art.
  • the large number of solar panels 31 on the frame 30 can be brought directly from the container into a body of water by means of a crane system 33 and suspension ropes 32 (Fig. 13), preferably directly from a ship. By taking advantage of the buoyancy of the panels, these then unfolded using a horizontal force, e.g. with a traction cable 35 and a watercraft 36. The unfolded panels 34 then float on the water surface 12 (Fig. 12 and 14). The units of connected solar panels can then be connected to the pre-installed cable net and the adjacent units.
  • the units can then be connected directly to a central solar charge controller on land or on a floating platform via electrical cables 7; 8; 9. From there, a voltage converter can form the connection to the power grid.
  • a large-scale solar system e.g. with an output of more than one megawatt, can be set up in a short time in this way.
  • the solar system 1 can be operated on the water surface and produces electrical energy when there is sufficient solar radiation.
  • An anchoring system can hold the solar system 1 in position.
  • the solar system 1 can be pulled in the direction of the bottom of the water 11 by means of the diving means 4, preferably comprising a winch 26, and the solar panels can float at a predetermined diving depth 10.
  • Fig. 2 shows, by way of example, a total depth of a body of water of thirty meters and a diving depth 10 of the solar system 1 of twenty meters.
  • FIG. 7 and Fig. 8 show the detailed structure of individual solar panels with frames and buoyancy bodies of a preferred embodiment.
  • a glass-glass solar panel 16 can be held, for example, by a frame 20 made of aluminum, which is clipped onto an aluminum buoyancy body in a force-fitting manner.
  • the buoyancy bodies 19 can be designed to be incompressible.
  • the buoyancy body can be designed to be partially compressible, with a compressible portion 24 being connected via an air-conducting connection 25 can be connected to the incompressible portion 23. If the solar module is moved towards the bottom of the water, the compressible portion 24 is completely compressed at a predetermined water depth and the buoyancy force is reduced such that the solar module can float in the water column.
  • a flexible connection 17 between the solar panels can, for example, consist of two aluminum parts, which can, for example, be inserted into grooves on the buoyancy bodies, and a middle part, preferably made of an elastomer, for example silicone rubber, which is connected to the aluminum parts in a force-fitting manner.
  • an elastomer for example silicone rubber
  • the buoyancy body can be a one-piece, partially compressible buoyancy body 37.
  • An exemplary embodiment is shown in Fig. 11.
  • a profile can be compressed by the increasing pressure until, for example, a central web touches the opposite side. After that, essentially no further compression can take place until the intended diving depth is reached.
  • the solar system 1 can comprise, for example, a flexible thin-film panel 39 and a flexible, reversibly compressible buoyancy body 40, as shown in FIGS. 9 and 10. Due to a low negative buoyancy force of the solar panel, the incompressible buoyancy body or its portion can be omitted, and the solar system 1 can still have positive buoyancy on the surface and neutral buoyancy at the predetermined depth. The expert can easily calculate this using the formulas shown above.
  • the solar system 1 according to the invention can be intended for use in the production of energy.
  • FIG. 17 a perspective view of an embodiment of the solar system 1 is shown.
  • Corner connections 38 are provided with second incompressible buoyancy bodies designed as buoys 3.
  • the buoys 3 are designed as elongated, in particular cylindrical, floating bodies, with the longitudinal ends of each buoy 3 being connected to corners of the cable net. This results in improved, in particular uniform, buoyancy of the solar system 1.
  • the corner connections 38 are each connected to an incompressible second buoyancy body as the immersion medium 4 via connecting means designed as steel cables 5.
  • steel cables 5 ropes or textiles made of fibers based on polymers with a high molecular weight of, for example, 10 6 mol g/mol or more, preferably polyethylene with an ultra-high molecular weight (Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene PE-UHMW) of 2 x 10 6 mol g/mol to 6 x 10 6 mol g/mol, can be used.
  • the immersion medium 4 has a pump 52 with a line 54 that connects the immersion medium 4 to the water surface.
  • the immersion means 4 is designed, for example, as a hollow body made of a substantially incompressible material, e.g. aluminum or steel of suitable wall thickness, wherein the volume defined by the hollow body can be filled with water, air or a water-air mixture in order to provide a desired buoyancy.
  • a substantially incompressible material e.g. aluminum or steel of suitable wall thickness
  • several immersion means e.g. 2, 3 or 4 immersion means 4 can be provided.
  • the immersion means 4 can provide different volumes and be connected to at least one of the corner connections 38.
  • the steel cables 5 are also connected to the immersion means 4 via a roller or deflection roller 58 anchored to the bottom of the water.
  • a force acting vertically upwards, in particular a wave, on one of the corner connections 38 generates a tensile force in the steel cable 5 connected thereto and pulls the immersion means 4 downwards, thereby relieving the other steel cables 5 and the corner connections 38 connected thereto and reducing stress peaks.
  • FIG. 18 a perspective view of a section of a bottom side 60 of the solar system 1 is shown according to an embodiment.
  • two incompressible buoyancy bodies as second buoyancy bodies 62 and a partially reversibly compressible buoyancy body as first buoyancy body 64 are attached essentially symmetrically to each of the solar panels 16 shown.
  • a connection of the solar panels 16 to one another and to the (not shown, optional) frame 20 is provided via flexible connections 17.
  • the frame 20 is, as mentioned above, optional and can be omitted.
  • the first and second buoyancy bodies 62, 64 are tubular and adapted to allow the solar system 1 to float on a water surface 12.
  • the tubular design enables simple and cost-effective production from simple materials, e.g. aluminum of a suitable wall thickness, for the second buoyancy body 62.
  • the first buoyancy body 64 which provides a reversibly compressible air volume, is adapted to be compressed at a water depth of, for example, 2 m and thus to provide a predetermined positive buoyancy that is lower than at the water surface.
  • the first buoyancy body 64 is designed not to be compressed further at greater water depths, for example of more than 2 m.
  • the second buoyancy bodies 62 which provide a constant incompressible air volume, can only provide a small amount of buoyancy such that the solar system 1 can be moved at and below this water depth with reduced energy input by the diving means 4.
  • FIG. 19 a further perspective view of a section of the solar system 1 according to an embodiment is shown.
  • the solar panels 16 are connected to one another via flexible connecting elements 17, in rows 70, 72, 74, 76, wherein the flexible
  • Connecting elements 17, which are also arranged in a row 70', 72', 74', 78', are designed as rotating elements which alternately enable rotation in an opposite direction such that the rows 70, 72, 74, 76 can be folded in a Leprorello or zigzag manner.
  • floating bodies 80 can be temporarily attached to the connecting elements 17 of the rows 72', 76', etc. and weights 82 can be attached to the connecting elements 17 of the rows 70', 74', etc. With a suitable choice of the buoyancy forces of the Floating body 80 and weights 82 allow the solar system 1 to fold itself together, thus enabling simple and cost-efficient dismantling.
  • a possible method of manufacturing a solar system 1 according to the invention is also described below. It is clear to the person skilled in the art that a solar system 1 according to the invention can also be obtained using other manufacturing methods.
  • a solar panel 16 can be laminated from five layers.
  • the layers can be constructed as follows: rear wall glass 3mm, tempered; POE film; photovoltaic cells; POE film; front glass 3mm, tempered.
  • the frame 20 and the incompressible portion of the partially compressible buoyancy body 23 can be made from saltwater-resistant aluminum using an extrusion process.
  • the person skilled in the art is familiar with corresponding aluminum alloys.
  • the corner connection 38 can be made using an aluminum die-casting process.
  • the watertightness and stability can be guaranteed with O-rings and spot welding or, alternatively, by complete welding. Suitable welding processes such as friction stir welding are known to the person skilled in the art.
  • additional aluminum angles can be inserted into the frame 20, as is usual with conventional framed solar panels and in facade construction.
  • the solar panel 16 can be glued into the frame 20 using silicone rubber, for example.
  • the reversibly compressible part of the partially compressible buoyancy body can be made, for example, from polypropylene using the extrusion process.
  • the ends can be sealed watertight using the thermo-welding process.
  • the air-conducting connection 25 between the two parts of the partially compressible buoyancy body can be made by an annular Snap connection with integrated O-rings. The relevant methods and designs are known to the expert.
  • a flexible connection 17 between the panels can consist of two die-cast aluminum parts, which are overmolded in the center with elastic silicone rubber using an injection molding process.
  • the geometry of the aluminum part can be adapted so that it can be pushed into the groove in the frame profile and clipped in.
  • Alternative fastening methods are well known to those skilled in the art.
  • a fastening element 15 can also be manufactured using the aluminum die-casting process.
  • the geometry can also be adapted so that it can be inserted and clipped into the groove in the frame profile.
  • connection box 22 with the electrical connections can be cast with saltwater-resistant casting compound. Suitable materials are known to those skilled in the art.
  • a rope net 2 can be made from suitable ropes, preferably made of synthetic fibers. Methods and materials are well known to those skilled in the art.
  • a buoy at the corner of the solar array 1 can be a simple steel construction. It can contain partly a compressible and partly an incompressible buoyancy body, whereby the buoyancy at the surface and in the depth can be predetermined by means of the calculation methods described above.
  • a compressible buoyancy body in the sense of this invention can always be produced via an air space that is open at the bottom, similar to the principle of the diving bell.
  • a diving device 4 can be designed as a winch system and can be flexibly attached to the buoy using ropes. It can consist of a standard winch for steel ropes with a steel housing for protection. The steel housing can be open towards the bottom of the water and thus remain dry. The air pressure in the winch system can thus adapt to the ambient pressure.
  • the winch system can be operated using rechargeable batteries 27, e.g. LiFePo batteries, which can be charged by the solar panels 16.
  • the control can be carried out via sonar transponders or via cable connections. Suitable systems are known to those skilled in the art. Control algorithms and electronic components are also well known to those skilled in the art.
  • Anchoring 6 on the bottom of the water body can be carried out by means of screw anchors in the case of sandy subsoil. These and alternative anchoring methods are well known to the person skilled in the art.
  • All materials may preferably be selected so that they can be fully recycled after the planned period of use.
  • Cleaning dirt and algae growth on the top of the solar panels can be done manually or, for example, with commercially available semi- or fully-automatic cleaning robots for solar panels.
  • semi- or fully-automatic cleaning robots for swimming pools can also be used.
  • the cleaning robots can be operated using batteries, which in turn can be charged with solar power.
  • Algae, pox and mussel growth is to be expected on the underside of the solar panels and the buoyancy bodies, which can lead to a reduction in buoyancy in the long term.
  • the growth can preferably not be removed.
  • the calculated ideal buoyancy behavior can be restored by attaching a buoyancy body and the need for periodic cleaning of the underside of the solar panels can be eliminated.
  • Example 1 Disclosed is a submersible solar system comprising: a solar panel; at least one buoyancy body connected to the solar panel; wherein the solar panel and the at least one buoyancy body have a positive buoyancy on a water surface of a body of water; and a diving means adapted to apply a negative buoyancy force to the submersible solar system; wherein the at least one buoyancy body has a first buoyancy body that is at least partially reversibly compressible.
  • the at least one buoyancy body comprises an incompressible second buoyancy body.
  • the at least one buoyancy body forms a frame structure that at least partially surrounds the solar panel.
  • the solar panel comprises a plurality of solar panels and flexible connecting elements, wherein the plurality of solar panels are interconnected via the flexible connecting elements.
  • the at least one buoyancy body is designed as a flexible connecting element.
  • the plurality of solar panels are arranged in a plurality of rows, the plurality of rows comprising a first row and an adjacent second row, wherein flexible connecting elements arranged between the first row and the second row have a swivel joint such that the second row can be placed substantially congruently on the first row.
  • the solar system comprises a Connecting means, e.g. a rope net, which is connected to the at least one buoyancy body and the diving means.
  • a Connecting means e.g. a rope net
  • Example 7 Preferably, a force exerted by the diving means acts on the at least one buoyancy body substantially uniformly.
  • the diving means comprises a pulling system; wherein the pulling system is attached to the at least one buoyancy body at several, e.g. four or more, attachment points, wherein the pulling system is adapted to pull the solar panel and the at least one buoyancy body to a predetermined diving depth.
  • the traction system has an anchor which is attached to a substrate of the water body.
  • the traction system comprises at least one incompressible buoyancy body, a plurality of connecting means and at least one roller, wherein the plurality of connecting means are guided over the at least one roller, wherein the plurality of connecting means each connect one of the plurality of fastening points to at least one of the at least one incompressible buoyancy body, and optionally to another of the one or more fastening points, such that a force acting on a specific fastening point and/or the incompressible buoyancy body can be distributed to the further fastening points and/or the at least one incompressible buoyancy body, preferably substantially evenly.
  • the at least one roller is attached to a substrate of the water body.
  • Example 12 Disclosed is a use of the present submersible solar system for generating electrical energy.
  • Example 13 Disclosed is a transport system for the present submersible solar system, comprising a container; and a plurality of solar panels; wherein the plurality of solar panels are interconnected via flexible connecting elements, wherein the flexible connecting elements are adapted to transport the plurality of To reversibly convert solar panels from a flat first state into a folded second state, wherein in the second state at least several of the plurality of solar panels are positioned one above the other in such a way that it is possible to accommodate the plurality of solar panels in the container.
  • the transport system comprises a frame which is connected to the plurality of solar panels such that the plurality of solar panels can be transferred from the second state to the first state or from the first state to the second state by applying a force to the frame.
  • Example 15 Disclosed is a use of the present transport system for transporting the present submersible solar system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine tauchfähige Solaranlage umfassend: ein Solarpanel; mindestens einen Auftriebskörper, der mit dem Solarpanel verbunden ist; wobei das Solarpanel und der mindestens eine Auftriebskörper an einer Wasseroberfläche eines Gewässers einen positiven Auftrieb aufweisen; und ein Tauchmittel, das dazu angepasst ist, die tauchfähige Solaranlage mit einer negativen Auftriebskraft zu beaufschlagen; wobei der mindestens eine Auftriebskörper einen reversibel kompressiblen ersten Auftriebskörper aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung der tauchfähigen Solaranlage zur Erzeugung von elektrischer Energie, ein Transportsystem für eine tauchfähige Solaranlage, sowie eine Verwendung des Transportsystems.

Description

Tauchfähige Solaranlage
[0001] Die Erfindung betrifft eine tauchfähige Solaranlage mit einer Vorrichtung zum Erreichen eines Schwebezustandes in einer vorbestimmten Tauchtiefe. Hierfür wird eine tauchfähige Solaranlage nach Anspruch 1 bereitgestellt.
[0002] Solaranlagen und im besonderen Photovoltaikanlagen gehören zu den großen Hoffnungsträgem der Zukunft da sie den CO2- Ausstoss der Menschheit reduzieren und damit die Erderwärmung aufhalten können. Ein Problem dafür ist jedoch der große Landverbrauch für derartige Anlagen. Diese Flächen werden unter anderem für die Landwirtschaft benötigt.
[0003] Schwimmende Solaranlagen auf künstlichen und natürlichen Seen, sowie auf dem Meer bieten hierfür einen Ausweg. Künstliche Seen stehen dabei nur im begrenzten Umfang zur Verfügung. Bei natürlichen Seen bestehen oft Bedenken Aufgrund des Landschaftsschutzes. Ein ungelöstes Problem bei Anlagen auf offener See ist die Überlebensfähigkeit von Stürmen mit einhergehendem hohem Wellengang.
[0004] Die heute bei schwimmenden Solaranlagen am meisten verbreitete Typologie sieht Auftriebskörper aus Kunststoff vor auf denen konventionelle Photovoltaikpanele montiert werden (z. B. US9132889B2). Das System ist laut Beschreibung nur für geschützte bzw. begrenzte Wasserflächen wie Seen geeignet. In mindesten einem Fall führte ein Wirbelstürm bei diesem System selbst auf einer begrenzten Wasserfläche zu einem Desaster (siehe Kyocera Solar Accident 2019 in Yamakura Dam). Eine weitere Typologie nutzt das System ringförmiger Auftriebskörper von Fischzuchtfarmen mit einer darin eingespannten PVC-Folie auf der flexible Photovoltaikpanele montiert sind (z.B. NO20160927). Laut Beschreibung ist dieses System nicht für die offene See geeignet. Eine weitere Typologie benutzt eine Plattform aus Solarmodulen auf einer Metallkonstruktion mit darunterliegenden Auftriebskörpern (z.B. WO2022135729A1 ). Die Solarpanele haben hierbei eine Distanz von mehreren Metern zum Wasser und bilden damit eine Angriffsfläche für Wind. Das System ist außerdem aufwändig und materialintensiv. Eine weitere Typologie sieht die Montage von Solarpanelen direkt auf Schwimmkörpern aus Aluminium vor (z.B. WO2021 130283A1 ). Das System ist laut Beschreibung nur für geschützte bzw. begrenzte Wasserflächen wie Seen oder Buchten geeignet.
[0005] Alle bekannten Systeme weisen den Nachteil auf, dass sie nicht für Unwetter, beispielsweise Stürme auf offener See mit einhergehendem hohem Wellengang, geeignet sind. Außerdem ist der Auf- und Abbau aller bekannten Systeme relativ kompliziert und damit teuer in Bezug auf die enormen Flächen die für die Produktion von elektrischer Energie im Gigawatt-Bereich notwendig sind.
[0006] Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Solaranlage, die Unwetter, insbesondere auf Gewässern, beispielsweise Stürme auch auf offener See mit einhergehendem hohem Wellengang, überstehen kann. Eine weitere Aufgabe ist es eine Solaranlage bereitzustellen, die einen erhöhten Energieertrag bereitstellen kann. Zusätzlich soll die Erfindung einen einfachen, effizienten und kostengünstigen Transport, sowie Auf- und Abbau der Solaranlage ermöglichen.
[0007] Es wurde gefunden, dass mit der tauchfähigen Solaranlage nach Anspruch 1 die vorstehenden Aufgaben gelöst werden.
[0008] So umfasst die tauchfähige Solaranlage: ein Solarpanel; mindestens einen Auftriebskörper, der mit dem Solarpanel verbunden ist; wobei das Solarpanel und der mindestens eine Auftriebskörper an einer Wasseroberfläche eines Gewässers einen positiven Auftrieb aufweisen; und ein Tauchmittel, das dazu angepasst ist, die tauchfähige Solaranlage mit einer negativen Auftriebskraft zu beaufschlagen; wobei der mindestens eine Auftriebskörper einen ersten Auftriebskörper aufweist, der zumindest teilweise reversibel kompressibel ist.
[0009] Weiterhin wird eine Verwendung der tauchfähigen Solaranlage zur Erzeugung von elektrischer Energie, ein Transportsystem für eine tauchfähige Solaranlage, sowie eine Verwendung des Transportsystems bereitgestellt.
[0010] Wird die Solaranlage in eine vorbestimmte Tauchtiefe gebracht, wird der erste Auftriebskörper, der zumindest teilweise reversibel kompressible Auftriebskörper, aufgrund des hydrostatischen Drucks auf ein vorbestimmtes Volumen komprimiert. Vorzugsweise kann ein Auftriebskörper mit den folgenden Berechnungsformeln so bemessen werden, dass sich Schwerkraft und Auftriebskraft in der vorbestimmten Tauchtiefe ausgleichen und somit die Solaranlage in der vorbestimmten Tauchtiefe schweben kann. Ein Schweben ist dann der Fall, wenn die Gesamtauftriebskraft annähernd null Newton beträgt. Annähernd null Newton im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise eine positive oder negative Auftriebskraft von weniger als 100 N, mehr vorzugsweise 50 N; 40 N; 30 N; 20 N; 10 N; 5 N; 4 N; 3 N; 2 N; am meisten bevorzugt weniger als 1 N.
[0011] Eine Solaranlage im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise eine Anlage, die ein oder mehrere Solarpanele umfasst und vorzugsweise zur Produktion von elektrischer Energie bestimmt ist.
[0012] Ein Solarpanel im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise eine im Wesentlichen flächige Vorrichtung, die dazu angepasst ist, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Dem Fachmann sind unterschiedliche dazu geeignete Technologien gut bekannt.
[0013] Ein reversibel kompressibler Auftriebskörper im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise ein Körper der im Wesentlichen dem Gesetz von Boyle und Mariotte folgt, d.h. sein Volumen sich bei konstanter Temperatur invers proportional zum Umgebungsdruck verhält. Ein kompressibler Auftriebskörper kann dazu dienen den Gesamtauftrieb der Solaranlage in vorbestimmten Tauchtiefen so zu beeinflussen, dass dies von Vorteil für die Offenbarung ist. Von Vorteil für die Offenbarung ist es, wenn die Solaranlage an der Oberfläche schwimmt und vorzugsweise in der bestimmungsgemäßen Tauchtiefe schwebt.
[0014] Ein zumindest teilweise reversibel kompressibler Auftriebskörper im Sinne dieser Erfindung ist ein Auftriebskörper, der einen reversibel kompressiblen Anteil und optional einen inkompressiblen Anteil hat. Ein zumindest teilweise reversibel kompressibler Auftriebskörper kann bis zu einer vorbestimmten Tauchtiefe im Wesentlichen dem Gesetz von Boyle und Mariotte folgen. Ab einer vorbestimmten Wassertiefe bis zur maximalen Tauchtiefe im bestimmungsgemäßen Gebrauch kann der teilweise reversible kompressible Auftriebskörper im Wesentlichen nicht mehr komprimiert werden. Es ist klar, dass der Übergang vom kompressiblen zum inkompressiblen Zustand zum Beispiel durch die Verwendung eines weniger elastischen Materials und/oder Geometrie des reversibel kompressiblen Auftriebskörpers auch fließend eingestellt werden kann. Ein zumindest teilweise kompressibler Auftriebskörper dient dazu den Gesamtauftrieb der Solaranlage in vorbestimmten Tauchtiefen so zu beeinflussen, dass dies von Vorteil für die Offenbarung ist.
[0015] Zumindest teilweise reversibel kompressibel im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass ein Auftriebskörper entweder teilweise reversibel kompressibel oder vollständig reversibel kompressibel sein kann.
[0016] Ein zumindest teilweise reversibel kompressibler Auftriebskörper kann eine Hülle aufweisen, von welcher mindestens ein Abschnitt oder die Hülle als solche angepasst ist, bei einem bestimmten Druck, welcher vorzugsweise innerhalb der vorhergesehenen Tauchtiefe herrscht, reversibel komprimiert zu werden. Der mindestens einen Abschnitt der Hülle oder die Hülle als solche kann dabei aus einem reversibel plastisch verformbaren Kunststoffmatenal gebildet sein.
[0017] Die vorbestimmte Tauchtiefe kann bspw. zwischen 5 und 50 Metern, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Meter, 15 und 30 Meter, oder 20 und 25 Metern, liegen. Ein Aufbau des reversibel kompressiblen Auftriebskörpers bzw. des teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörpers kann für die vorbestimmten Tauchtiefen angepasst sein. So tritt bei einem reversibel kompressiblen Auftriebskörper und/oder teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörper die reversible Kompressibilität bzw. teilweise reversible Kompressibilität überwiegend, bspw. und vorzugsweise über mindestens 50%, bspw. mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90%, oder mindestens 95% des Gesamtvolumens des reversibel kompressiblen Auftriebskörpers bzw. des reversibel kompressible ausgestalteten Teilvolumens des teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörpers, bis in die vorbestimmte Tauchtiefe auf. Die Kompression des Gesamtvolumens des reversibel kompressiblen Auftriebskörpers bzw. des Teilvolumens des teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörpers kann dabei im Wesentlichen linear erfolgen. So kann ein reversibel kompressibler Auftriebskörper beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass dessen Gesamtvolumen bei einem Übergang von der Wasseroberfläche zu einer vorbestimmten Tauchtiefe, von bspw. 20 Metern, um mindestens 60% reversibel verringert wird.
[0018] Ein inkompressibler Auftriebskörper im Sinne dieser Erfindung kann ein Körper sein der sein Volumen im Wesentlichen beibehält, wenn sich der Umgebungsdruck ändert, wobei das Volumen mit einem Fluid oder Fluidgemisch, bspw. Luft und/oder Wasser, befüllt sein kann. Der eine oder mehrere inkompressible Auftriebskörper kann dazu dienen den Gesamtauftrieb der Solaranlage unabhängig von der Tauchtiefe so einzustellen, dass dies von Vorteil für die Erfindung ist. Inkompressible Auftriebskörper können Bojen, wie Auftriebsbojen oder Eckbojen, und Taucherglocken umfassen. Der inkompressible Auftriebskörper kann eine erste Vorrichtung, bspw. einer Pumpe, aufweisen, wobei die erste Vorrichtung angepasst ist, das Fluid oder Fluidgemisch auszutauschen, bspw. Wasser gegen Luft, oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, zumindest teilweise auszutauschen. Der inkompressible Auftriebskörper kann weiterhin eine zweite Vorrichtung, bspw. ein oder mehrere Ventile, aufweisen, wobei die zweite Vorrichtung dazu angepasst ist, einen Eintritt von Fluid oder Fluidgemisch, bspw. Wasser, in den inkompressible Auftriebskörper zu ermöglichen.
[0019] Ein inkompressibler Auftriebskörper kann eine Hülle aufweisen, die bei einem bestimmten Druck, welcher vorzugsweise innerhalb der vorhergesehenen Tauchtiefe herrscht, im Wesentlichen nicht komprimiert bzw. deformiert wird.
[0020] Ein im Wesentlichen Beibehalten des Volumens eines Auftriebskörpers im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise dann der Fall, wenn das Volumen eines Körpers in der bestimmungsgemäßen Tauchtiefe auf nicht weniger als 90%, vorzugsweise auf nicht weniger als 95%; 96%; 97%; oder 98%; am meisten vorzugsweise auf nicht weniger als 99% bezogen auf das Volumen bei Atmosphärendruck komprimiert wird.
[0021] Inkompressibilität im Sinne dieser Erfindung ist, wenn das Volumen eines Körpers trotz einer Krafteinwirkung oder Druckänderung, bspw. durch eine Druckerhöhung um den Faktor zwei, als konstant angenommen werden kann. Dem Fachmann ist klar, dass die Inkompressibilität nur eine idealisierende Annahme zur vereinfachten Beschreibung physikalischer Vorgänge ist. Im Sinne dieser Erfindung werden Festkörper und Flüssigkeiten als inkompressibel angesehen, während Gase kompressibel sind.
[0022] Der reversibel kompressible Auftriebskörper bzw. der teilweise kompressible Auftriebskörper kann einen Fluidraum, in der Regel einen Luftraum, enthalten, um den positiven Auftrieb zu erzeugen. Der Luftraum kann dabei Atmosphärenluft als kompressibles Gas enthalten. Andere Gase oder Gemische davon können enthalten sein, sofern diese in dem Volumen des reversibel kompressiblen Auftriebskörpers bzw. teilweise kompressiblen Auftriebskörpers einen positiven Auftrieb erzeugen.
[0023] Als reversibel kompressiblen Auftriebskörper kann bspw. ein flexibles Kunststoffmaterial, bspw. ein Elastomer oder ein Thermoplast, verwendet werden, das einen Luftraum enthält. Beispielsweise kann das flexible Kunststoffmaterial einen einzigen oder mehrere Lufträume umfassen. Das flexible Kunststoffmaterial kann bspw. eine Porenstruktur aufweisen.
[0024] In einer vorzugsweisen Ausführung können der mindestens eine kompressible Auftriebskörper und ein inkompressibler Auftriebskörper zwei separate Auftriebskörper sein.
[0025] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung können der mindestens eine reversibel kompressible Auftriebskörper und ein inkompressibler Auftriebskörper Teil eines teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörpers sein, d.h. dieser teilweise kompressible Auftriebskörper hat einen reversibel kompressiblen und einen inkompressiblen Anteil.
[0026] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung ist der teilweise reversibel kompressible Auftriebskörper ein Auftriebskörper der sich bis zu einem bestimmten Druck komprimieren lässt und danach nicht weiter zu komprimieren ist. Eine beispielsweise Ausführungsart dieser vorzugsweisen Ausführung kann einen Auftriebskörper mit einer ganz oder teilweise kompressiblen Außenschale z.B. aus einem Elastomer und einen dazu distanzierten inkompressiblen, aber luftoffenen Kern, z.B. aus festem offenporigem Aluminiumschaum oder einem hohlen Metallkörper mit kleinen Öffnung, haben. Eine weitere Beispiel dieser Ausführungsart ist in Fig. 11 dargestellt: Ein Profil ist bis zu dem Grad elastisch komprimierbar bis beispielsweise ein freier Mittelsteg die gegenüberliegende Seite berührt und damit eine weitere Komprimierung verhindert wird. Entscheidend für die vorzugsweise Ausführung mit einem teilweise kompressiblen Auftriebskörper ist das Prinzip, dass sich der Auftriebskörper bis zu einem gewissen Grad komprimieren lässt und danach im Wesentlichen nicht mehr komprimierbar ist. Dem Fachmann ist klar, dass weitere Ausführungsvarianten außer den beiden vorgestellten möglich sind.
[0027] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann der inkompressible Auftriebskörper und/oder der kompressible Auftriebskörper gleichzeitig den Rahmen des Solarpanels bilden.
[0028] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung können sich mehrere Solarpanele einen kompressiblen und/oder einen inkompressiblen und/oder einen teilweise kompressiblen Auftriebskörper teilen.
[0029] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung entsprechend Anspruch 1 kann der inkompressible Auftriebskörper entfallen, da das Solarpanel und der kompressible Auftriebskörper gemeinsam schon den idealen Auftrieb an der Gewässeroberfläche und in der vorbestimmten Tauchtiefe haben. Wie auf Fig. 9 und 10 dargestellt, kann dies bspw. bei bestimmten flexiblen und/oder Dünnfilm-Panelen der Fall sein, da diese aufgrund ihrer leichten Bauform von sich aus wenig negative Auftriebskraft haben können. Diese Ausführungsart kann den Vorteil haben, dass sich der Materialeinsatz gegenüber einer Ausführungsvariante mit Glas-Glas-Panelen nochmals erheblich senkt.
[0030] Eine negative Auftriebskraft im Sinne dieser Erfindung ist eine Kraft mit einer Richtung die der Richtung der positiven Auftriebskraft entgegengesetzt ist. [0031] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung können das Solarpanel und der bzw. die Auftriebskörper so angeordnet sein, dass das gesamte Solarpanel sich unter der Wasseroberfläche befindet. Dies kann bspw. über die Anordnung von mindestens einem Teil des Auftriebskörpers oberhalb der Oberfläche des Solarpanels hergestellt werden.
[0032] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann die Solaranlage durch die Wahl von größeren oder kleineren Auftriebskörpern einen gewünschten positiven oder negativen Gesamtauftrieb in einer vorbestimmten Tauchtiefe haben.
[0033] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann die Solaranlage eine Vielzahl von Solarpanelen aufweisen, die flächig angeordnet sind, und wobei die Solarpanele untereinander flexibel verbunden sein können.
[0034] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann die Solaranlage ein Seilnetz aufweisen, das mit dem mindestens einen Auftriebskörper und dem Tauchmittel verbunden ist, wobei vorzugsweise die von dem Tauchmittel ausgeübte Kraft auf den mindestens einen Auftriebskörper im Wesentlichen gleichmäßig wirkt.
[0035] Ein im Wesentlichen gleichmäßiges Wirken einer Kraft aus einem Tauchmittel auf eine Mehrzahl von Anbindungspunkten des mindestens einen Auftriebskörpers im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass rechnerisch bei Wind- und Wellenstille und gleichzeitigem Stillstand des Tauchmittels und der Solaranlage die kleinste Kraft und die größte Kraft auf die unterschiedlichen Anbindungspunkte sich vorzugsweise um weniger als 100%, mehr bevorzugt um weniger als 50%; 40%; 30%; 20%; 10%; 5%; 4%; 3%; 2%; 1%; am meisten bevorzugt nicht unterscheiden. Es ist dabei klar, dass die in der Praxis auftretenden Kräfte, ausgelöst zum Beispiel durch Wasserwellen oder zum Beispiel dynamische Kräfte aus dem Betätigen des Tauchmittels, zu wesentlich größeren Unterschieden führen können. Beispielhafte Tauchmittel können ein Zugsystem umfassen, das bspw. als Winsch bzw. Winsch- Anlage ausgestaltet sein kann.
[0036] Ein Seilnetz im Sinne dieser Erfindung kann eine im Wesentlichen flächige Seilkonstruktion sein, die mindestens ein im Wesentlichen kettenlinienförmig angeordnetes Seil aufweist und an welchem jeweils eine Vielzahl von geraden Abhangseilen zur Weiterleitung der Kräfte angebracht sein können. Das zugrundeliegende statische Konzept entspricht dem der Hängebrücke und ist dem Fachmann gut bekannt.
[0037] Vorzugsweise kann parallel zur Wasseroberfläche ein Seilnetz angeordnet sein. Das Seilnetz besteht vorzugsweise aus vier oder mehr kettenlinienförmig angeordneten Seilen die vorzugsweise an den Ecken der Solaranlage, optional über einen inkompressiblen Auftriebskörper, bspw. eine Boje, mit einem Tauchmittel verbunden sein können und einer Vielzahl von geraden Abhangseilen die jeweils an einem Ende mit dem kettenlinienförmig angeordneten Seil und am anderen Ende mit dem mindestens einen Solarpanel verbunden sein können. Das Seilnetz kann dafür sorgen, dass die Kraft aus dem Tauchmittel im Wesentlichen gleichmäßig in den gesamten Rand des Solarpanelfeldes eingeleitet wird.
[0038] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann die Solaranlage ein Zugsystem und eine Verankerung aufweisen, wobei an vier oder mehr Befestigungspunkten ein Zugsystem vorgesehen sein kann, welches dazu angepasst ist die Solaranlage auf die vorbestimmte Tauchtiefe zu ziehen.
[0039] Eine Verankerung kann dabei die Solaranlage in Position halten. Dem Fachmann sind dabei die verschiedenen Möglichkeiten der Verankerung entsprechend der auftretenden Kräfte und der Beschaffenheit des Gewässergrundes bekannt. [0040] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann die Solaranlage zusätzlich eine Boje aufweisen, die mit dem Zugsystem und dem Seilnetz verbunden ist. Die Boje kann hierbei einen Auftriebskörper darstellen, der inkompressibel, kompressibel oder teilweise kompressibel ausgeführt sein kann. Wenn diese Boje mittels des Zugsystems in Richtung des Verankerungspunktes am Gewässergrund gezogen wird, erzeugt sie eine Auftriebskraft mit einem Vektor von der Boje in vertikaler Richtung nach oben. Der Zug des Zugsystems erzeugt gleichzeitig eine weitere Kraft mit einem Vektor von der Boje in Richtung Verankerungspunkt. Mit einem Kräfteparallelogramm kann die resultierende horizontale Kraft ermittelt werden mit der das Feld aus Solarpanelen in Position gehalten wird. Mit einer entsprechenden Wahl der Art und Größe des Auftriebskörpers der Boje kann eine günstige horizontale Kraft eingestellt werden. Eine günstige horizontale Kraft kann hierbei bspw. zwischen 100.000 N und 1.000 N liegen.
[0041] Es versteht sich von selbst, dass die optionale Boje auch in das Tauchmittel oder in andere Teile der Solaranlage integriert werden kann.
[0042] Es versteht sich hierbei außerdem von selbst, dass während des Ab- und Auftauchvorgangs oder wenn die Solarpanele einen positiven oder negativen Auftrieb erzeugen, auch eine resultierende Kraft mit einer anderen Richtung als die der Horizontalen entstehen kann.
[0043] Eine Solaranlage im Sinne der vorliegenden Erfindung stellt mindestens einen kompressiblen Luftraum bereit und kann hierbei ein Solarpanel; einen inkompressiblen Auftriebskörper; eine elastische Verbindung zwischen den Solarpanelen; ein Seilnetz; ein Verankerungssystem; ein Tauchmittel; eine Boje; eine elektrische Kabelverbindung; einen Solarladeregler und einen Transformator umfassen.
[0044] Es ist klar, dass der Luftraum eines kompressiblen bzw. teilweise kompressiblen Auftriebskörpers teilweise auch durch nicht bewegbares und/oder dehnbares Material ausgebildet werden kann. Es ist ferner klar, dass sich auch lediglich ein Abschnitt des kompressiblen Auftriebskörpers bewegen bzw. dehnen kann, wobei der andere Abschnitt unbewegt bzw. ungedehnt verbleibt. Dabei kann der kompressible Auftriebskörper einen kompressiblen Luftraum ausbilden und im Wesentlichen dem Gesetz von Boyle-Mariotte folgen.
[0045] Die genauen physikalischen Bedingungen werden im Folgenden dargestellt:
Bei steigendendem hydrostatischen Druck wird der reversibel kompressible Auftriebskörper komprimiert, wodurch sich der Auftrieb der Anlage im Sinne der vorliegenden Erfindung verringert. In einer vorbestimmten Tauchtiefe kann die Gewichtskraft der Solaranlage der Gewichtskraft des verdrängten Wassers entsprechen und die Solaranlage kann entsprechend dem archimedischen Prinzip schweben. Für die Solaranlage im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jede beliebige Auftriebskraft an der Oberfläche und jede beliebige Tauchtiefe, in der die Anlage schwebt, bestimmt werden. Im Folgenden werden die notwendigen Rechenverfahren dargelegt.
Die resultierende Auftriebskraft F eines Körpers im Wasser wird wie folgt berechnet:
F = V pwasser g - V pkörper g (1 ), wobei V das Volumen des Körpers, p die Rohdichte und g der Ortsfaktor (« 9,81 N/kg) ist.
[0046] In einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung teilt sich die Gesamtauftriebskraft der Solaranlage in einen fixen Teil (Solarpanel; inkompressibler Auftriebskörper) und in einen variablen Teil (reversibel kompressibler Auftriebskörper).
An der Wasseroberfläche gilt:
Fgesamt = Ffix + Fvar (2)
In der Tauchtiefe t (in Meter) gilt:
Fgesamt = Ffix + 1/ (t/10+1 ) ■ Fvar (3). [0047] In einem konkreten Beispiel kann ein Glass-Glass-Solarmodul einen negativen Auftrieb von 250 N haben, ein inkompressibler Auftriebskörper einen Auftrieb von 247,5 N, und ein reversibel kompressibler Auftriebskörper an der Wasseroberfläche einen Auftrieb von 7,5 N.
Daraus folgt an der Wasseroberfläche:
Fgesamt = -250N + 247, 5N + 7,5N = 5, 0N (4)
In der Tauchtiefe t = 20 m gilt:
Fgesamt = -250N + 247, 5N + 1/ (20/10+1 ) ■ 7,5N = -2,5N + 2,5N = 0,0N (5) Das heißt, dass das Solarmodul an der Wasseroberfläche schwimmt und in 20 m Tauchtiefe schwebt.
[0048] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung kann ein teilweise reversibel kompressibler Auftriebskörper verwendet werden. Hier gilt an der Gewässeroberfläche:
F gesamt = Ffix + Fvar (6)
Fvar ist hierbei der Anteil der Auftriebskraft des flexiblen Teils des teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörpers.
Bis zu einer vorherbestimmten Wassertiefe x (in Meter) gilt bei einer Tauchtiefe t (in Meter):
Fgesamt = Ffix + 1/ (t/10+1 ) ■ Fvar (7)
Ab einer vorherbestimmten Wassertiefe x oder tiefer gilt: Fgesamt = Ffix + 1/ (x/10+1 ) ■ Fvar (8).
[0049] In einem konkreten Beispiel kann ein Glass-Glass-Solarmodul einen negativen Auftrieb von 250 N haben, ein inkompressibler Auftriebskörper einen Auftrieb von 200 N, und ein teilweise reversibel kompressibler Auftriebskörper an der Wasseroberfläche einen Auftrieb von 55 N. Der teilweise reversibel kompressible Auftriebskörper kann dabei so ausgebildet sein, dass er maximal auf 10/11 seines Ausgangsvolumens komprimierbar ist, d.h. nach dem Gesetz von Boyle- Mariotte in einem Meter Tauchtiefe sein Minimalvolumen erreicht hat. Konkret kann dieser teilweise kompressible Auftriebskörper des dargestellten Beispiels an der Wasseroberfläche einen Luftraum von ca. 5.500 ml haben wovon sich 5.000 ml in einem starren Teil und 500 ml Luft in einem flexiblen Teil befinden und deren Teile über eine Öffnung miteinander verbunden sind.
In diesem konkreten Beispiel gilt an der Wasseroberfläche:
Fgesamt = -250N + 200N + 55N = 5N (9)
In einer Tauchtiefe von 1 m oder tiefer gilt:
Fgesamt = -250N + 200N + 50N = ON (10)
Das heißt, dass das Solarmodul des Beispiels an der Wasseroberfläche schwimmt und in einer Tauchtiefe von 1 m oder tiefer schwebt.
[0050] Dem Fachmann ist klar, dass auch weitere Faktoren einen Einfluss auf den Auftrieb haben können und vorzugsweise bei der Dimensionierung der Auftriebskörper berücksichtigt werden, insbesondere der minimal und maximal mögliche Luftdruck im Einsatzgebiet, die minimal und maximal mögliche Wassertemperatur im Einsatzgebiet und die minimal und maximal mögliche Dichte des Wassers im Einsatzgebiet, insbesondere bei salzhaltigem Meerwasser.
[0051] Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Solaranlage nicht nur in die Tiefe gezogen werden kann, sondern auch einfach in einer vorherbestimmten Tauchtiefe gehalten werden kann um ungünstige klimatische Bedingungen, wie Stürme überstehen zu können. In der Tiefe wird insbesondere keine vertikale Kraft zum Halten der Position der Solaranlage benötigt. Die Solaranlage kann sich mit den eventuell in der Tiefe vorhandenen Wasserbewegungen mitbewegen, ohne dass sich problematische Kräfte aufbauen, analog zu einem Segel das sich mit dem Wind bewegt oder einem Manta der scheinbar schwerelos durch das Wasser gleitet.
[0052] Dadurch wird ggf. eine relativ geringe Anzahl an Tauchmitteln und Verankerungen benötigt, vorzugsweise 1 Tauchmittel pro 100 oder mehr Panelen, mehr vorzugsweise pro 1.000 oder mehr Panelen, noch mehr vorzugsweise pro 10.000 oder mehr Panelen. Die daraus resultierenden Felder aus Solarpanelen können hierbei sehr groß sein, was sich günstig auf die Gesamtherstellungskosten der Solaranlage auswirkt.
[0053] Die Kraft des Zugsystems, die für das Hinunterziehen der Solaranlage benötigt wird, kann über die entsprechende Wahl der Größe der Auftriebskörper optimiert werden. Dadurch können kleinere und kostengünstigere Zugsysteme eingesetzt werden.
[0054] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass im Gegensatz zu Anlagen an Land die Solarpanele der erfindungsgemäßen Solaranlage über den direkten Kontakt zum Wasser gekühlt werden und dadurch einen unmittelbar höheren Energieertrag von bis zu 15% bereitstellen können. Dem Fachmann ist die Abhängigkeit des Energieertrags von der Betriebstemperatur bei Photovoltaikpanelen bekannt.
[0055] Außerdem bringt die ständige Wassertemperierung der Erfindung den Vorteil mit sich, dass die Solarpanele und deren Komponenten im Laufe der Jahre weniger degradieren da große Temperaturschwankungen vermieden werden. Die entsprechend längere Lebensdauer der Anlage kann einen zusätzlichen Energiegewinn von bis zu 20 % gegenüber herkömmlichen Solaranlagen generieren. Dem Fachmann sind die negativen Auswirkungen von Temperaturschwankungen auf Photovoltaikpanele bekannt.
[0056] Die Solaranlage bietet gegenüber herkömmlichen schwimmenden Solaranlagen keine Angriffsfläche für Wind. Ein Desaster wie der Unfall von 2019 in Yamakura Dam wird dadurch verhindert, selbst wenn sich die Solaranlage an der Wasseroberfläche befinden sollte. Wird die Anlage in die Tiefe gezogen reduziert sich das Risiko nochmals und gleichzeitig werden die Komponenten der Solaranlage geschont. [0057] Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die erfindungsgemäße Solaranlage zur Vorfabrizierung anbietet. Dadurch können die Gesamtkosten erheblich gesenkt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Auf- und Abbau rationell und kostengünstig ausgeführt werden kann.
[0058] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Solaranlage im Gegensatz zu verbreiteten schwimmenden Solaranlagen, zu landbasierten Solaranlagen und zu Windkraftanlagen wenig sichtbar ist. Schon bei wenigen hundert Meter Entfernung von der Küste kann sie Aufgrund ihres niedrigen Profils praktisch unsichtbar sein. Es bestehen damit relativ wenig Bedenken im Hinblick auf den Landschaftsschutz.
[0059] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die erfindungsgemäße Solaranlage aus Materialien gebaut werden kann, die nach ihrem geplanten Einsatz vollständig recycelt werden können.
[0060] Ein weiterer Vorteil ist, dass die Solaranlage aufgrund ihrer Modularität und einfachen Geometrie einfach mit vollautomatischen Reinigungsrobotern zu reinigen ist.
[0061] Die die Erfindung erläuternden Zeichnungen zeigen, ohne sie darauf zu begrenzen, worin:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 2 eine seitliche Schnittsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 5 eine Schnittsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 6 eine perspektivische Schnittsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 7 eine Schnittsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 8 eine perspektivische Schnittsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage;
Fig. 9 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführung der Solaranlage mit einem flexiblen und/oder Dünnschichtpanel und einem kompressiblen Auftriebskörper;
Fig. 10 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Solaranlage mit einem flexiblen und/oder Dünnschichtpanel und einem kompressiblen Auftriebskörper;
Fig. 11 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführung der Solaranlage mit einem einteiligen teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörper;
Fig. 12 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung des Transport- und Montagesystems während des Auffaltungsvorgangs an einer Gewässeroberfläche;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung des Transport- und Montagesystems während der Bewegung mittels einer Krananlage;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung des Transport- und Montagesystems während des Auffaltungsvorgangs an einer Gewässeroberfläche;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Tauchmittels umfassend ein als Winsch ausgestaltetes Tauchmittel;
Fig. 16 eine perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Tauchmittels umfassend ein als Winsch ausgestaltetes Tauchmittel, bei abgenommener Revisionsabdeckung;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Solaranlage;
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Unterseite der Solaranlage gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausschnitts der Solaranlage gemäß einer Ausführungsform darstellt.
[0062] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die ein nicht einschränkendes Beispiel darstellt, wird im Folgenden näher beschrieben.
[0063] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine tauchfähige Solaranlage 1 bereitgestellt. Die tauchfähige Solaranlage 1 kann eine Vielzahl von Solarpanelen 16; einen teilweise reversibel kompressiblen Auftriebskörper 41 mit einem inkompressiblen Anteil 23, einem reversibel kompressiblen Anteil 24 und eine luftleitende Verbindung 25; eine flexible Verbindung 17 zwischen den Solarpanelen, vorzugsweise aus einem Elastomer bestehend; eine Elektroverbindung 18; einen Solarladeregler; einen Spannungsumwandler; ein Seilnetz 2; eine Boje 3; ein Tauchmittel 4 und eine Verankerung 6 umfassen. Der reversibel kompressible Anteil 24 kann bspw. aus einem Elastomer, insbesondere aus Silikon-Kautschuk mit 1mm Wandstärke, bestehen und derart ausgebildet sein, dass in einer Wassertiefe von bspw. zwei Meter eine vollständige Kompression eintritt. Das Tauchmittel 4 kann hierbei ein Stahlseil 5; ein als Winsch ausgestaltetes Tauchmittel 26; einen Elektromotor 28 und Batterien 27 umfassen. Anstelle des Stahlseils 5 können auch Seile oder Textilien aus Fasern auf der Basis von Polymeren mit hoher Molekülmasse von bspw. 106 mol g/mol oder mehr, vorzugsweise Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse (Ultra-High- Molecular-Weight Polyethylene PE-UHMW) von 2 x 106 mol g/mol bis 6 x 106 mol g/mol, verwendet werden.
[0064] Die beschriebene Ausführungsform der Solaranlage 1 kann eine Vielzahl von Solarpanelen 16 umfassen, die entlang der Seiten- und Längskanten untereinander mittels einer flexiblen Verbindung 17 flächig verbunden sind. Die Vielzahl von Solarpanelen 16 kann im Randbereich mittels Befestigungselementen 15 mit dem Seilnetz 2 verbunden sein. Das Seilnetz 2 kann vier kettenlinienförmig angeordnete Seile 13 umfassen, die vorzugsweise mit vier Bojen 3 verbunden sind, und einer Vielzahl von Abhangseilen 14, die die Verbindung zwischen den kettenlinienförmig angeordneten Seilen 13 und den Befestigungselementen 15 herstellen. Das Seilnetz 2 gewährleistet die gleichmäßige Verteilung der Krafteinwirkung von der Verankerung 6 und dem Tauchmittel 4 auf die Vielzahl von Solarpanelen 16.
[0065] Die Bojen 3 an den Eckpunkten der Solaranlage 1 können teilweise einen reversibel kompressiblen und teilweise einen inkompressiblen Auftriebskörper beinhalten, wodurch der Auftrieb an der Oberfläche und in der gewünschten Tauchtiefe mittels der oben beschriebenen Berechnungsmethoden vorbestimmt werden kann.
[0066] Das Tauchmittel 4 kann flexibel mit der Boje 3 verbunden sein und kann zum Beispiel aus einem ein als herkömmlich Winsch bzw. Standardwinsch ausgestalteten Tauchmittel 26 für Stahlseile bestehen. Ein Stahlseil 5 in der beschriebenen Ausführungsform kann von der Winsch zu einer Umlenkrolle in der Nähe der Verankerung 6 und zurück zur Winsch geführt werden, wo es an dessen Gehäuse, vorzugsweise aus korrosionsbeständig beschichtetem Stahl, befestigt sein kann. Dadurch kann sich ein einfacher Flaschenzug bilden, der die Kräfte auf der Winsch halbiert. Außerdem kann dadurch die Winsch und das Stahlseil einfach ausgetauscht werden ohne dass dafür ein Taucher benötigt wird.
[0067] Die Winsch kann dabei durch ein Gehäuse geschützt sein, welches in Richtung Gewässergrund 11 offen sein kann und dadurch analog einer Tauchglocke trocken bleibt. Durch die Öffnung kann sich das Stahlseil 5 frei bewegen. Der Luftdruck in der Winschanlage passt sich dadurch dem jeweiligen Umgebungsdruck an und es entsteht keine Druckbelastung auf das Stahlgehäuse und die Abdichtung 29 der Revisionsöffnung. Das Luftvolumen im Stahlgehäuse kann so berechnet werden, dass sich dieses entsprechend komprimieren kann, ohne dass elektrische und elektronische Bauteile mit Wasser in Berührung kommen. [0068] Die Winsch 26 kann einen Elektromotor 28 umfassen, der mittels Batterien 27 betrieben werden kann, die ihrerseits durch Solarpanele geladen werden können. Die Steuerung kann über Sonartransponder oder über Kabelverbindungen erfolgen. Dem Fachmann sind geeignete Systeme bekannt. Ebenfalls sind Regelalgorithmen und elektronische Bauteile dem Fachmann wohlbekannt.
[0069] Die Verankerung 6 auf dem Grund des Gewässers 11 kann im Falle von sandigem Untergrund mittels Schraubankern erfolgen. Diese und alternative Verankerungsmethoden für unterschiedliche Untergründe sind dem Fachmann wohlbekannt.
[0070] Die Solaranlage 1 kann mit allen üblichen elektrischen Verbindungen die für das ordnungsgemäße Funktionieren erforderlich sind versehen werden. Dem Fachmann sind diese wohlbekannt.
[0071] Die bestimmungsgemäßen Elektroverbindungen 18 können im Werk so vorinstalliert werden, dass bspw. wie in dem in Fig. 14 dargestellten Beispiel pro einhundertachtzig Standardpanelen 31 die in einem 40-Fuss Transportcontainer Platz finden, nur zwei handelsübliche wasserdichte Steckerverbindungen (positiv und negativ) benötigt werden. Die Panele können dazu im Werk in gefalteter Anordnung auf ein Gestell 30 aufgebracht und mit Abhangseilen 32 und allen erforderlichen Elektroverbindungen 18 versehen werden. Die Panele können dabei entsprechend dem Entwurfslayout der Solaranlage 1 seriell und parallel verkabelt werden. Dem Fachmann sind günstige Anordnungen gut bekannt.
[0072] Von einer erfindungsgemäßen Solaranlage 1 kann eine flexible Elektroverbindung 7 zu einem durch einen Auftriebskörper und eine Verankerung gehaltenen Punkt gehen. Vorzugsweise kann sich dieser Punkt auf halber Höhe zwischen der Gewässeroberfläche und der bestimmungsgemäßen Maximaltiefe der Solaranlage 1 befinden. Von diesem Punkt kann eine vertikale Elektroverbindung 8 zum Grund des Gewässers führen. Von dort kann eine Grundleitung 9 bis zu einem Inverter und einem Spannungswandler geführt werden, eventuell auch bis an Land, falls dieses nicht zu weit entfernt ist. Geeignete Kabel und Technologien sind dem Fachmann von Offshore-Wind-Projekten und anderen erneuerbaren Technologien auf dem offenen Meer bekannt.
[0073] Ein Gestell 30 im Sinne dieser Erfindung ist eine statische Konstruktion auf der eine Vielzahl von Solarpanelen zum Zwecke des Transports angeordnet werden können. Das Gestell mit den darauf angeordneten Solarpanelen 31 kann angepasst sein um mit einer Krananlage 33 bewegt zu werden. Vorzugsweise weist ein Gestell einen oder mehrere Befestigungspunkte zur Anbringung von Abhangseilen 32 auf.
[0074] Ein Behälter im Sinne dieser Erfindung ist ein für den Transport angepasster Behälter in welchen das Untergestell mit den darauf angeordneten Solarpanelen eingestellt werden kann und so während des Transports vor Beschädigungen geschützt ist. Vorzugsweise kann der Behälter ein nach oben offener 40-Fuss ISO- Container (40' Open Top Container) sein.
[0075] Ein Falten im Sinne dieser Erfindung kann ein Zusammenlegen eines flächigen Objekts nach dem Prinzip der Leprorello- bzw. Zickzackfaltung sein.
[0076] Die bestimmungsgemäßen elektrischen Kabelverbindungen im Sinne dieser Erfindung können alle zur bestimmungsgemäßen Funktion der Solaranlage 1 notwendigen Kabelverbindungen umfassen. Dem Fachmann sind diese gut bekannt. Die Vielzahl von Solarpanelen 31 auf dem Gestell 30 können mittels einer Krananlage 33 und Abhangseilen 32 direkt aus dem Behälter in ein Gewässer eingebracht werden (Fig. 13), vorzugsweise direkt von einem Schiff. Unter Ausnutzung der Schwimmfähigkeit der Panele können diese anschließend mit Hilfe einer horizontalen Kraft, z.B. mit einem Zugseil 35 und einem Wasserfahrzeug 36 aufgefaltet werden. Die aufgefalteten Panele 34 schwimmen anschließend an der Gewässeroberfläche 12 (Fig. 12 und 14). Die Einheiten aus verbundenen Solarpanelen können dann mit dem vorab installierten Seilnetz und den angrenzenden Einheiten verbunden werden. Anschließend können die Einheiten über Elektrokabel 7; 8; 9 direkt mit einem zentralen Solarladeregler an Land oder auf einer schwimmenden Plattform verbunden werden. Von dort kann ein Spannungsumwandler den Anschluss an das Stromnetz bilden. Eine großflächige Solaranlage 1 , bspw. in der Leistungsgröße von mehr als einem Megawatt, kann derart in kurzer Zeit aufgebaut werden.
[0077] Bei geeigneten klimatischen Bedingungen kann die Solaranlage 1 an der Gewässeroberfläche betrieben werden und produziert bei entsprechender Sonneneinstrahlung elektrische Energie. Ein Verankerungssystem kann die Solaranlage 1 in Position halten.
[0078] Bei kritischen klimatischem Bedingungen, insbesondere bei hohem Wellengang, kann die Solaranlage 1 mittels des Tauchmittels 4, vorzugsweise aufweisend eine Winsch 26, in die Richtung des Gewässergrundes 11 gezogen werden und die Solarpanele können in einer vorbestimmten Tauchtiefe 10 schweben. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Gesamttiefe eines Gewässers von dreißig Metern und eine Tauchtiefe 10 der Solaranlage 1 von zwanzig Metern.
[0079] Fig. 7 und Fig. 8 zeigen den detaillierten Aufbau einzelner Solarpanele mit Rahmen und Auftriebskörper einer bevorzugten Ausführungsvariante. Ein Glas-Glas-Solarpanel 16 kann beispielsweise durch einen Rahmen 20 aus Aluminium gefasst werden, welcher auf einen Auftriebskörper aus Aluminium kraftschlüssig aufgeklippst wird. An drei Seiten des Solarpanels können die Auftriebskörper 19 inkompressibel ausgeführt sein. An einer vierten Seite des Solarpanels kann der Auftriebskörper teilweise kompressibel ausgeführt werden, wobei ein kompressibler Anteil 24 über eine luftleitende Verbindung 25 mit dem inkompressiblen Anteil 23 verbunden sein kann. Wird das Solarmodul in Richtung Gewässergrund bewegt, komprimiert sich der kompressible Anteil 24 in einer vorbestimmten Wassertiefe vollständig und die Auftriebskraft verringert sich derart, dass das Solarmodul in der Wassersäule schweben kann.
[0080] Eine flexible Verbindung 17 zwischen den Solarpanelen kann bspw. aus zwei Aluminiumteilen bestehen, welche bspw. in Nuten an den Auftriebskörpern eingeschoben werden können, und einem mit den Aluminiumteilen kraftschlüssig verbundenen Mittelteil, vorzugsweise aus einem Elastomer, bspw. aus Silikonkautschuk.
[0081] Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Auftriebskörper ein einteiliger teilweise kompressibler Auftriebskörper 37 sein. Eine beispielhafte Ausführung ist in Fig. 11 dargestellt. Ein Profil kann durch den steigenden Druck so lange komprimiert werden bis bspw. ein Mittelsteg die gegenüberliegende Seite berührt. Danach kann im Wesentlichen bis zur bestimmungsgemäßen Tauchtiefe keine weitere Komprimierung erfolgen.
[0082] Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Solaranlage 1 wie auf Fig. 9 und 10 dargestellt bspw. ein flexibles Dünnschichtpanel 39 und einen flexiblen reversibel kompressiblen Auftriebskörper 40 umfassen. Durch eine geringe negative Auftriebskraft des Solarpanels kann der inkompressible Auftriebskörper bzw. dessen Anteil entfallen, und trotzdem kann die Solaranlage 1 an der Oberfläche einen positiven Auftrieb und in der vorbestimmten Tiefe einen neutralen Auftrieb aufweisen. Mit den oben dargestellten Formeln kann der Fachmann dies einfach berechnen.
[0083] Es ist klar, dass aus Teilen der dargestellten Ausführungsvarianten neue Ausführungsvarianten kombiniert werden können. Es ist außerdem klar, dass Teile der Solaranlage 1 in andere Teile der Solaranlage 1 integriert werden können, wie bspw. eine Boje in ein Tauchmittel integriert werden kann.
[0084] Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Solaranlage 1 zur Verwendung der Gewinnung von Energie bestimmt sein.
[0085] Unter Bezug auf die Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Solaranlage 1 . gezeigt.
[0086] Eckverbindungen 38 sind mit als Bojen 3 ausgeführten zweiten inkompressiblen Auftriebskörper bereitgestellt. Die Bojen 3 sind als längliche, insbesondere zylindrische, Schwimmkörper aufgeführt, wobei die Längsenden jeweils einer Boje 3 mit Ecken des Seilnetzes verbunden sind. Hierdurch wird ein verbesserter, insbesondere gleichmäßiger, Auftrieb der Solaranlage 1 erhalten.
[0087] Die Eckverbindungen 38 sind jeweils über als Stahlseile 5 ausgeführte Verbindungsmittel mit einem inkompressiblen zweiten Auftriebskörper als Tauchmittel 4 verbunden. Anstelle von Stahlseilen 5 können auch Seile oder Textilien aus Fasern auf der Basis von Polymeren mit hoher Molekülmasse von bspw. 106 mol g/mol oder mehr, vorzugsweise Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse (Ultra-High- Molecular-Weight Polyethylene PE-UHMW) von 2 x 106 mol g/mol bis 6 x 106 mol g/mol, verwendet werden. Das Tauchmittel 4 weist eine Pumpe 52 mit Leitung 54, die das Tauchmittel 4 mit der Wasseroberfläche verbindet. Das Tauchmittel 4 ist beispielsweise als Hohlkörper aus einem im Wesentlichen inkompressiblen Material, bspw. Aluminium oder Stahl geeigneter Wandstärke ausgebildet, wobei das von dem Hohlkörper definierte Volumen mit Wasser, Luft oder einem Wasser-Luft-Gemisch befüllt werden kann, um einen gewünschten Auftrieb bereitzustellen. Anstelle eines einzelnen Tauchmittels 4 können mehrere Tauchmittel, bspw. 2, 3 oder 4 Tauchmittel 4 vorgesehen sein. Die Tauchmittel 4 können verschiedene Volumen bereitstellen und mit mindestens einer der Eckverbindungen 38 verbunden sein. [0088] Die Stahlseile 5 sind ferner über eine am Gewässergrund verankerte Rolle bzw. Umlenkrolle 58 mit dem Tauchmittel 4 verbunden. Hierdurch kann bei einer, bspw. auf eine der Eckverbindungen 38 wirkenden, bspw. durch eine Welle verursachten, lokalen Kraftauswirkung, eine Umverteilung der Kraftauswirkung über das Tauchmittel 4 auf die weiteren Eckverbindungen 38 erreicht werden. Hierdurch können lokale, auf die Solaranlage 1 wirkende Kräfte, vorzugsweise lokale Kräfte wie bspw. Wellen bei Seegang, gleichmäßig über die Solaranlage 5 verteilt und Beschädigungen vermieden werden. Weiterhin kann eine, ggf. störanfällige und wartungsintensive, Steuerungselektronik zur gleichmäßigen Verteilung der Kräfte auf die Eckverbindungen 38 entfallen. Beispielsweise erzeugt eine vertikal nach oben wirkende Kraft, insbesondere eine Welle, auf eine der Eckverbindungen 38 eine Zugkraft im damit verbundenen Stahlseil 5 und zieht das Tauchmittel 4 nach unten, wodurch die anderen Stahlseile 5 und die damit verbundenen Eckverbindungen 38 entlastet und Spannungsspitzen werden.
[0089] Unter weiterem Bezug auf die Fig. 18 wird eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Unterseite 60 der Solaranlage 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. An der Unterseite 60 der Solaranlage 1 sind an jedem der gezeigten Solarpanele 16 zwei inkompressible Auftriebskörper als zweite Auftriebskörper 62 und ein teilweise reversibel kompressibel Auftriebskörper als erster Auftriebskörper 64 im Wesentlichen symmetrisch befestigt. Eine Verbindung der Solarpanele 16 untereinander und mit dem (nicht gezeigten, optionalen) Rahmen 20 wird über flexible Verbindungen 17 bereitgestellt. Der Rahmen 20 ist, wie vorstehend erwähnt, optional und kann weggelassen werden.
[0090] Die ersten und zweiten Auftriebskörper 62, 64 sind röhrenförmig ausgeführt und dazu angepasst, ein Schwimmen der Solaranlage 1 auf einer Gewässeroberfläche 12 zu ermöglichen. Die röhrenförmige Ausführung ermöglich eine einfache und kostengünstige Herstellung aus einfachen Werkstoffen, bspw. Aluminium einer geeigneten Wandstärke, für den zweiten Auftriebskörper 62.
[0091] Der erste Auftriebskörper 64, der ein reversibel kompressibles Luftvolumen bereitstellt, ist dazu angepasst bei einer Wassertiefe von bspw. 2 m komprimiert zu sein und damit einen vorstimmten positiven Auftrieb bereitzustellen, der niedriger ist als an der Wasseroberfläche ist. Der erste Auftriebskörper 64 ist dabei dazu ausgestaltet bei höherer Wassertiefe, bspw. von mehr als 2 m, nicht weiter komprimiert zu werden. Die zweiten Auftriebskörper 62, die ein konstantes inkompressibles Luftvolumen bereitstellen, können lediglich einen geringen Auftrieb derart bereitstellen, das die Solaranlage 1 an und unterhalb dieser Wassertiefe mit verringertem Energieeinsatz durch das Tauchmittel 4 bewegt werden kann.
[0092] Unter Bezug auf die Fig. 19 wird eine weiter perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Solaranlage 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform sind die Solarpanele 16 untereinander über flexible Verbindungselemente 17, in Reihen 70, 72, 74, 76 ausgebildet, wobei die flexiblen
Verbindungselemente 17, die ebenfalls in einer Reihe 70', 72', 74', 78' angeordnet sind, als Drehelemente ausgebildet sind, die alternierend eine Drehung in eine entgegengesetzte Richtung derart ermöglichen, dass die Reihen 70, 72, 74, 76 deckungsgleich gemäß einer Leprorello- bzw. Zickzackfaltung verbracht werden können. Dadurch kann der Transport und/oder Auf- bzw. Abbau der Solaranlage 1 erheblich vereinfacht werden, bspw. kann ein Auffalten oder Zusammenfalten der Solaranlage 1 auf der Gewässeroberfläche mit geringer Krafteinwirkung oder mit Hilfe eines Wasserfahrzeugs erfolgen. Für den Abbau der Solaranlage 1 können temporär an den Verbindungselementen 17 der Reihen 72’, 76’, etc. Schwimmkörper 80 angebracht werden und an den Verbindungselementen 17 der Reihen 70', 74’, etc. Gewichte 82 angebracht werden. Bei geeigneter Wahl der Auftriebskräfte der Schwimmkörper 80 und der Gewichte 82 faltet sich die Solaranlage 1 von selbst zusammen und ermöglicht somit einen einfachen und kosteneffizienten Abbau.
[0093] Im Folgenden wird ferner ein möglicher Herstellungsweg einer erfindungsgemäßen Solaranlage 1 beschrieben. Dem Fachmann ist klar, dass eine erfindungsgemäße Solaranlage 1 auch über andere Herstellungsverfahren erhalten werden kann.
[0094] Ein Solarpanel 16 kann aus fünf Schichten laminiert werden. Die Schichten können folgendermaßen aufgebaut sein: Rückwandglas 3mm, gehärtet; POE-Folie; Photovoltaik-Zellen; POE-Folie; Frontglas 3mm, gehärtet.
[0095] Der Rahmen 20 und der inkompressible Anteil des teilweise kompressiblen Auftriebskörpers 23 können aus salzwasserfestem Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt werden. Dem Fachmann sind entsprechende Aluminium-Legierungen bekannt. Die Eckverbindung 38 kann im Aluminium-Druckgussverfahren hergestellt werden. Die Wasserdichtigkeit und die Stabilität kann mit O-Ringen und einer Punktverschweißung oder alternativ über eine vollständige Verschweißung garantiert werden. Geeignete Schweißverfahren wie das Rührreibschweißen sind dem Fachmann bekannt. Zur weiteren Stabilisierung können zusätzliche Aluminiumwinkel in den Rahmen 20 eingeschoben werden wie es bei herkömmlichen gerahmten Solarpanelen und im Fassadenbau üblich ist. Das Solarpanel 16 kann bspw. mit Silikonkautschuk in den Rahmen 20 eingeklebt werden.
[0096] Der reversibel kompressible Anteil des teilweise kompressiblen Auftriebskörpers kann bspw. aus Polypropylen im Strangpressverfahren hergestellt werden. Die Enden können mit dem Thermoschweißverfahren wasserdicht verschlossen werden. Die luftleitende Verbindung 25 zwischen den beiden Teilen des teilweise kompressiblen Auftriebskörpers kann durch eine ringförmige Schnappverbindung mit integrierten O-Ringen hergestellt werden. Dem Fachmann sind entsprechende Methoden und Bauformen bekannt.
[0097] Eine flexible Verbindung 17 zwischen den Panelen kann aus zwei Aluminium-Druckgussteilen bestehen, die im Zentrum mit elastischem Silikonkautschuk im Spritzgussverfahren kraftschlüssig übergespritzt werden. Die Geometrie des Aluminiumteils kann so angepasst sein, dass dieses in die Nut im Rahmenprofil eingeschoben und eingeklipst werden kann. Alternative Befestigungsarten sind dem Fachmann gut bekannt.
[0098] Ein Befestigungselement 15 kann ebenfalls im Aluminium- Druckgussverfahren hergestellt werden. Die Geometrie kann ebenfalls so angepasst sein, dass dieses in die Nut im Rahmenprofil eingeschoben und eingeklipst werden kann.
[0099] Die erforderlichen Elektroverbindungen 18 können über salzwasserfeste Kabel realisiert werden. Die Anschlussbox 22 mit den Elektroanschlüssen kann mit salzwasserfester Vergussmasse vergossen werden. Dem Fachmann sind geeignete Materialien bekannt.
[0100] Ein Seilnetz 2 kann aus dafür geeigneten Seilen vorzugsweise aus Kunstfasern angefertigt werden. Methoden und Materialien sind dem Fachmann wohlbekannt.
[0101] Eine Boje am Eckpunkt der Solaranlage 1 kann eine einfache Stahlkonstruktion sein. Sie kann teilweise einen kompressiblen und teilweise einen inkompressiblen Auftriebskörper enthalten, wodurch der Auftrieb an der Oberfläche und in der Tiefe mittels der oben beschriebenen Berechnungsmethoden vorbestimmt werden kann.
[0102] Ein kompressibler Auftriebskörper im Sinne dieser Erfindung kann immer auch über einen nach unten offenen Luftraum hergestellt werden, ähnlich dem Prinzip der Tauchglocke. [0103] Ein Tauchmittel 4 kann als Winschanlage ausgeführt werden und kann flexibel mittels Seilen an der Boje angebracht sein. Sie kann aus einer Standardwinsch für Stahlseile mit einem Stahlgehäuse zum Schutz bestehen. Das Stahlgehäuse kann in Richtung Gewässergrund offen und dadurch trocken bleiben. Der Luftdruck in der Winschanlage kann sich damit dem Umgebungsdruck anpassen. Die Winschanlage kann mittels wiederaufladbaren Batterien 27, bspw. LiFePo-Batterien, betrieben werden, die durch die Solarpanele 16 geladen werden können. Die Steuerung kann über Sonartransponder oder über Kabelverbindungen erfolgen. Dem Fachmann sind geeignete Systeme bekannt. Ebenfalls sind Regelalgorithmen und elektronische Bauteile dem Fachmann wohlbekannt.
[0104] Eine Verankerung 6 auf dem Grund des Gewässers kann im Falle von sandigem Untergrund mittels Schraubankern erfolgen. Diese und alternative Verankerungsmethoden sind dem Fachmann wohlbekannt.
[0105] Alle Materialien können vorzugsweise so ausgewählt werden, dass sie nach der geplanten Einsatzzeit vollständig zu recyceln sind.
[0106] Die Reinigung von Verschmutzungen und Algenbewuchs der Oberseite der Solarpanele kann manuell oder bspw. mit handelsüblichen halb- oder vollautomatischen Reinigunsrobotern für Solarpanele durchgeführt werden. Beispielsweise können auch halb- oder vollautomatischen Reinigungsroboter für Schwimmbecken verwendet werden. Die Reinigunsroboter können hierbei über Batterien betrieben werden, die wiederum mit Solarstrom aufgeladen werden können.
[0107] Auf der Unterseite der Solarpanele und der Auftriebskörper ist Algen-, Pocken- und Muschelbewuchs zu erwarten, welcher langfristig zu einer Verringerung des Auftriebs führen kann. Der Bewuchs kann vorzugsweise nicht entfernt werden. Durch kleine nachträglich angebrachten Auftriebskörper kann das berechnete ideale Auftriebsverhalten wiederhergestellt werden und eine intervallmäßige Reinigung der Unterseite der Solarpanele kann eingespart werden.
[0108] Die vorliegende Offenbarung umfasst weiterhin die nachstehend aufgeführten Beispiele:
Beispiel 1 . Offenbart ist eine tauchfähige Solaranlage, umfassend: ein Solarpanel; mindestens einen Auftriebskörper, der mit dem Solarpanel verbunden ist; wobei das Solarpanel und der mindestens eine Auftriebskörper an einer Wasseroberfläche eines Gewässers einen positiven Auftrieb aufweisen; und ein Tauchmittel, das dazu angepasst ist, die tauchfähige Solaranlage mit einer negativen Auftriebskraft zu beaufschlagen; wobei der mindestens eine Auftriebskörper einen ersten Auftriebskörper aufweist, der zumindest teilweise reversibel kompressibel ist.
Beispiel 2. Vorzugsweise weist der mindestens eine Auftriebskörper einen inkompressiblen zweiten Auftriebskörper auf.
Beispiel 3. Vorzugsweise bildet der mindestens eine Auftriebskörper eine Rahmenstruktur aus, die das Solarpanel zumindest teilweise umgibt.
Beispiel 4. Vorzugsweise weist das Solarpanel eine Vielzahl von Solarpanelen und flexible Verbindungselemente auf, wobei die Vielzahl von Solarpanelen über die flexiblen Verbindungselemente untereinander verbunden sind.
Beispiel 5. Vorzugsweise ist der mindestens eine Auftriebskörper als flexibles Verbindungselement ausgestaltet.
Beispiel 6. Vorzugsweise ist die Vielzahl von Solarpanelen in mehreren Reihen angeordnet, wobei die mehreren Reihen eine erste Reihe und eine daran angrenzende zweite Reihe aufweisen, wobei zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnete flexible Verbindungselemente ein Drehgelenk derart aufweisen, dass die zweite Reihe auf die erste Reihe im Wesentlichen deckungsgleich verbracht werden kann.
Beispiel 6. Vorzugsweise umfasst die Solaranlage ein Verbindungsmittel, bspw. ein Seilnetz, das mit dem mindestens einen Auftriebskörper und dem Tauchmittel verbunden ist.
Beispiel 7. Vorzugsweise wirkt eine von dem Tauchmittel ausgeübte Kraft auf den mindestens einen Auftriebskörper im Wesentlichen gleichmäßig.
Beispiel 8. Vorzugsweise weist das Tauchmittel ein Zugsystem auf; wobei das Zugsystem an mehreren, bspw. vier oder mehr, Befestigungspunkten an dem mindestens einen Auftriebskörper befestig ist, wobei das Zugsystem dazu angepasst ist, das Solarpanel und den mindestens einen Auftriebskörper auf eine vorbestimmte Tauchtiefe zu ziehen.
Beispiel 9. Vorzugsweise weist das Zugsystem eine Verankerung aufweist, die an einem Untergrund des Gewässers befestigt ist.
Beispiel 10. Vorzugsweise umfasst das Zugsystem mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörper, mehrere Verbindungsmittel und mindestens eine Rolle, wobei über die mindestens eine Rolle die mehreren Verbindungsmittel geführt werden, wobei die mehreren Verbindungsmittel jeweils einen der mehreren Befestigungspunkte mit mindestens einem des mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörpers, und ggf. mit einem weiteren des einen oder mehreren Befestigungspunkte, derart verbinden, dass eine auf einen bestimmten Befestigungspunkt und/oder den inkompressiblen Auftriebskörper wirkende Kraft, auf die weiteren Befestigungspunkte und/oder den mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörper, vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig, verteilt werden kann.
Beispiel 11. Vorzugsweise ist die mindestens eine Rolle an einem Untergrund des Gewässers befestigt.
Beispiel 12. Offenbart ist eine Verwendung der vorliegenden tauchfähigen Solaranlage zur Erzeugung von elektrischer Energie.
Beispiel 13. Offenbart ist ein Transportsystem für die vorliegende tauchfähige Solaranlage, umfassend einen Behälter; und eine Vielzahl von Solarpanelen; wobei die Vielzahl von Solarpanelen über flexible Verbindungselemente untereinander verbunden sind, wobei die flexiblen Verbindungselemente dazu angepasst sind, die Vielzahl von Solarpanelen von einem flächigen ersten Zustand in einen gefalteten zweiten Zustand reversibel zu überführen, wobei in dem zweiten Zustand zumindest mehrere der Vielzahl von Solarpanelen derart übereinander positioniert sind, dass eine Aufnahme der Vielzahl von Solarpanelen in den Behälter ermöglicht ist.
Beispiel 14. Vorzugsweise weist das Transportsystem ein Gestell auf, das mit der Vielzahl von Solarpanelen derart verbunden ist, dass die Vielzahl von Solarpanelen durch eine Krafteinwirkung auf das Gestell von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand bzw. von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden können.
Beispiel 15. Offenbart ist eine Verwendung des vorliegenden Transportsystems zum Transport der vorliegenden tauchfähigen Solaranlage.

Claims

Ansprüche
1. Tauchfähige Solaranlage (1 ), umfassend: ein Solarpanel (16); mindestens einen Auftriebskörper (21 ), der mit dem Solarpanel verbunden ist; wobei das Solarpanel und der mindestens eine Auftriebskörper an einer Wasseroberfläche eines Gewässers (12) einen positiven Auftrieb aufweisen; und ein Tauchmittel (4, 26), das dazu angepasst ist, die tauchfähige Solaranlage mit einer negativen Auftriebskraft zu beaufschlagen; wobei der mindestens eine Auftriebskörper einen ersten Auftriebskörper aufweist, der zumindest teilweise reversibel kompressibel ist.
2. Tauchfähige Solaranlage nach Anspruch 1 ; wobei der mindestens eine Auftriebskörper einen inkompressiblen zweiten Auftriebskörper (19) aufweist.
3. Tauchfähige Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei der mindestens eine Auftriebskörper eine Rahmenstruktur ausbildet, die das Solarpanel zumindest teilweise umgibt.
4. Tauchfähige Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Vielzahl von Solarpanelen (16) und flexible Verbindungselemente (17), wobei die Vielzahl von Solarpanelen über die flexiblen Verbindungselemente untereinander verbunden sind,
5. Tauchfähige Solaranlage nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Auftriebskörper als flexibles Verbindungselement ausgestaltet ist.
6. Tauchfähige Solaranlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Vielzahl von Solarpanelen in mehreren Reihen angeordnet ist, wobei die mehreren Reihen eine erste Reihe und eine daran angrenzende zweite Reihe aufweisen, wobei zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnete flexible Verbindungselemente ein Drehgelenk derart aufweisen, dass die zweite Reihe auf die erste Reihe im Wesentlichen deckungsgleich verbracht werden kann.
7. Tauchfähige Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Verbindungsmittel, bspw. ein Seilnetz (2), das mit dem mindestens einen Auftriebskörper und dem Tauchmittel verbunden ist.
8. Tauchfähige Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine von dem Tauchmittel ausgeübte Kraft auf den mindestens einen Auftriebskörper im Wesentlichen gleichmäßig wirkt.
9. Tauchfähige Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tauchmittel (4) ein Zugsystem aufweist; wobei das Zugsystem an mehreren, bspw. vier oder mehr, Befestigungspunkten an dem mindestens einen Auftriebskörper befestig ist, wobei das Zugsystem dazu angepasst ist, das Solarpanel und den mindestens einen Auftriebskörper auf eine vorbestimmte Tauchtiefe (10) zu ziehen.
10. Tauchfähige Solaranlage nach Anspruch 9, wobei das Zugsystem eine Verankerung (6) aufweist, die an einem Untergrund des Gewässers befestigt ist.
11. Tauchfähige Solaranlage nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Zugsystem mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörper, mehrere Verbindungsmittel und mindestens eine Rolle umfasst, über welche die mehreren Verbindungsmittel geführt werden, wobei die mehreren Verbindungsmittel jeweils einen der mehreren Befestigungspunkte mit mindestens einem des mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörpers, und ggf. mit einem weiteren des einen oder mehreren Befestigungspunkte, derart verbinden, dass eine auf einen bestimmten Befestigungspunkt und/oder den inkompressiblen Auftriebskörper wirkende Kraft, auf die weiteren Befestigungspunkte und/oder den mindestens einen inkompressiblen Auftriebskörper verteilt werden kann, vorzugsweise wobei die mindestens eine Rolle am einem Untergrund des Gewässers befestigt ist.
12. Verwendung der tauchfähigen Solaranlage nach einem der Ansprüche 1-11 zur Erzeugung von elektrischer Energie.
13. Transportsystem für eine tauchfähige Solaranlage nach einem der Ansprüche 1-11 , umfassend einen Behälter; und eine Vielzahl von Solarpanelen (16); wobei die Vielzahl von Solarpanelen über flexible Verbindungselemente (17) untereinander verbunden sind, wobei die flexiblen Verbindungselemente dazu angepasst sind, die Vielzahl von Solarpanelen von einem flächigen ersten Zustand in einen gefalteten zweiten Zustand reversibel zu überführen, wobei in dem zweiten Zustand zumindest mehrere der Vielzahl von Solarpanelen derart übereinander positioniert sind, dass eine Aufnahme der Vielzahl von Solarpanelen in den Behälter ermöglicht ist.
14. Transportsystem für eine tauchfähige Solaranlage nach Anspruch 13, aufweisend ein Gestell (30), das mit der Vielzahl von Solarpanelen derart verbunden ist, dass die Vielzahl von Solarpanelen durch eine Krafteinwirkung auf das Gestell von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand bzw. von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden können.
15. Verwendung des Transportsystems nach einem der Anspruch 13 oder 14 zum Transport einer tauchfähigen Solaranlage nach einem der Ansprüche 1-11.
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