AT18126U1

AT18126U1 - Agro-photovoltaische Anlage

Info

Publication number: AT18126U1
Application number: ATGM8012/2023U
Authority: AT
Inventors: Mair Christian
Original assignee: Mair Christian
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage (1), die dadurch einen geringen Bodendeckungsgrad erreicht, indem sie mehrere, auf einer geraden, vertikalen Halterungsstruktur (4) montierte, vertikal übereinander angeordnete Reihen von Photovoltaikmodulen (2) umfasst. Durch eine zusätzliche, gerade, nicht-vertikale Halterungsstruktur (5) wird die für die vertikale Übereinanderanordnung der Photovoltaikmodule (2) erforderliche statische Belastbarkeit der Photovoltaikanlage (1) bei seitlich wirkenden Windkräften erreicht.

Description

Beschreibung

AGRO-PHOTOVOLTAISCHE ANLAGE

TECHNISCHES GEBIET:

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage (1) gebildet durch eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (2).

STAND DER TECHNIK:

[0002] Freistehende Photovoltaikanlagen weisen meist eine Anordnung der Photovoltaikmodule auf, bei der diese mit einem bestimmten Neigungswinkel nebeneinander installiert sind. Diese Anordnungsweise führt bei bodennaher Ausführung dazu, dass die sich unterhalb der Photovoltaikmodule befindliche Bodenfläche nur mehr sehr eingeschränkt zugänglich ist und sich deshalb für eine weitere Nutzung kaum noch eignet. Diese Beanspruchung von Bodenfläche durch freistehende Photovoltaikanlagen wird als „Bodendeckungsgrad" bezeichnet und meint das Verhältnis aus installierter photovoltaisch aktiver Fläche einer freistehenden Photovoltaikanlage zu der durch diese Photovoltaikanlage in ihrer Zugänglichkeit eingeschränkten Bodenfläche.

[0003] Gerade bei Photovoltaikanlagen, die auf diese Weise freistehend auf agrarisch verwertbarem Gelände installiert werden, konkurriert diese Bodendeckung unmittelbar mit der Möglichkeit, die betroffene Bodenfläche weiterhin auch agrarisch, insbesondere mittels herkömmlicher agrarwirtschaftlicher Maschinen, zu nutzen. Aus diesem Grund wurden bisher zwei alternative Anordnungskonzepte für solche freistehende, agro-photovoltaischen Anlagen beschrieben, um den Bodendeckungsgrad von freistehenden Photovoltaikanlagen zu vermindern.

[0004] Der erste technische Ansatz, der etwa in DE 10 2020 204 684 A1. DE 10 2018 006 126 A1 oder US 2011/0315197 A1 beschrieben ist, montiert die mit einem bestimmten Neigungswinkel nebeneinander installierten Photovoltaikmodule auf einer Halterung einige Meter über dem Boden, so dass darunter weiter die Bewirtschaftung des Bodens durch konventionelle agrarische Maschinen möglich ist. Durch einen Abstand in der Größenordnung der Photovoltaikmodulbreiten zwischen den meist in Reihen angeordneten Photovoltaikmodulen wird auch ein ausreichender Lichteinfall auf die sich unterhalb der Photovoltaikmodule befindliche, agrarisch genutzte Bodenfläche gewährleistet. Da dadurch die unterhalb der Photovoltaikmodule liegende Bodenfläche fast zur Gänze (außer der Gründung der Halterungskonstruktion) agrarisch verwertbar ist, weist diese konstruktive Lösung auch einen sehr geringen Bodendeckungsgrad auf.

[0005] Der Nachteil dieses konstruktiven Ansatzes liegt in dem bezogen auf die installierte Photovoltaikfläche hohen Materialaufwand für die meterhohe Halterung der Photovoltaikmodule. Da bei diesem konstruktiven Ansatz die Photovoltaikmodule auch nur nebeneinander und mit beträchtlichem horizontalem Reihenabstand auf der gemeinsamen Halterungsstruktur montiert werden, muss diese so konstruiert sein, dass sie eine sehr viel größere horizontale Fläche umfasst, als es für den energetisch effizienten Betrieb der Solarmodule nötig wäre. Die Realisierung einer solchen großflächigen, wind- und schneelasttauglichen Halterungsstruktur ist entsprechend aufwendig.

[0006] Ein zweiter technischer Ansatz, um den Bodendeckungsgrad der Photovoltaikanlage zu minimieren, ist etwa in EP 3560098 A2 beschrieben und ordnet die Photovoltaikmodule nicht geneigt, sondern horizontal an, d.h. das auf den photovoltaisch aktiven Flächen errichtete Lot weist in eine horizontale Richtung, während schmale Seiten der Photovoltaikmodule nach oben und unten zeigen. Damit beschränkt sich die durch die Photovoltaikanlage überdeckte Bodenfläche bei bodennaher Installation nur auf die Gründung der Halterungskonstruktion sowie die nach unten weisende, schmale Seite der Photovoltaikmodule, was im Verhältnis zur verbauten photovoltaisch aktiven Fläche eine geringe Fläche darstellt und deshalb zu einem geringen Bodendeckungsgrad der Anlage führt. Zwischen den Reihen wird ausreichend Abstand vorgesehen, um ebenso eine großmaschinelle Bewirtschaftung der Bodenfläche zu ermöglichen. Dieser techni-

sche Ansatz lässt die Photovoltaikmodulreihen häufig in Nord-Südrichtung verlaufen - die photovoltaisch aktiven Modulflächen weisen also in Ost-West-Richtung. Diese in solartechnischer Hinsicht sehr ineffiziente Ausrichtungsweise der Photovoltaikmodule wird dadurch energetisch optimiert, dass anders als bei geneigt montierten Modulen bei dieser Form der Photovoltaik-Anlagen beidseitig photovoltaisch aktive Solarmodule („bifaciale Module“) Verwendung finden. Diese können auf Grund der horizontalen Ost-West-Ausrichtung der photovoltaisch aktiven Modulflächen die solare Strahlung sowohl in den Morgen- als auch in den Abendstunden verstärkt aufnehmen und führen so zu höheren Stromerträgen in den „solaren“ Tagesrandzeiten als monofaciale, geneigt und in Richtung Aquator ausgerichtete Photovoltaikmodule.

[0007] Im Vergleich zu Anlagen mit herkömmlich geneigt und in Richtung Äquator ausgerichteten Photovoltaikmodulen liegt der Nachteil dieses konstruktiven Ansatzes in dem über den gesamten Tagesverlauf betrachtet geringen solaren Ertrag bezogen auf die installierte photovoltaisch aktive Fläche. Dies wird vor allem durch die horizontale Ausrichtung der photovoltaisch aktiven Fläche, aber auch durch deren eventuell gegebene Ost-WestAusrichtung verursacht.

AUFGABE DER ERFINDUNG:

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine freistehende, aus einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (2) bestehenden Photovoltaikanlage (1) zu realisieren, die einen im Vergleich zu bisherigen freistehenden Photovoltaikanlagen geringen Bodendeckungsgrad bei gleichzeitig hohem solaren Energieertrag ermöglicht.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG: [0009] Dieser Patentschrift liegen folgende Begriffsbestimmungen zugrunde:

[0010] Freistehende Photovoltaikanlage: bezeichnet eine Photovoltaikanlage, deren Halterungsstrukturen für die Photovoltaikmodule selbsttragend ausgeführt und in ihrer statischen Auslegung für die Errichtung auf freiem Gelände geeignet sind. Insbesondere sind Photovoltaikanlagen, deren Halterungsstrukturen eine Verbindung mit Gebäuden oder anderen Bauwerken aufweisen oder nur in deren räumlicher Nähe eine ausreichende statische Belastbarkeit gegen Windlasten erreichen, keine freistehenden Photovoltaikanlagen.

[0011] Photovoltaikmodul: Vorrichtung, in der ein oder mehrere Solarzellen hermetisch verkapselt sind, aufweisend einen Stromanschluss.

[0012] Ausrichtung eines Photovoltaikmoduls: Richtung(en), in die das(die) auf der(den) photovoltaisch aktive(n) Seite(n) des Photovoltaikmoduls errichtete(n) Lot(e) gerichtet ist(sind).

[0013] Schmale Seiten eines Photovoltaikmoduls: Entsprechend der flachen Geometrie von Solarzellen, weisen auch Photovoltaikmodule in der Regel eine flache Geometrie auf, d.h. dass die Kantenlängen in einer Dimension sehr viel kleiner sind als in den anderen zwei Dimensionen. Außere Begrenzungsflächen, die durch diese sehr viel kleineren Kantenlängen begrenzt werden, sind die schmalen Seiten eines Photovoltaikmoduls.

[0014] Gerade Halterungsstruktur: Halterungsstruktur, die so konstruiert ist, dass die entlang der Längsachse der Halterungsstruktur durchgeführte Projektion jener Fläche, die durch die äußeren Umrisse der an einem Ende der Längsachse liegenden Querschnittsfläche begrenzt wird, zum überwiegenden Teil innerhalb der Fläche liegt, die durch die äußeren Umrisse der Querschnittsfläche der Halterungsstruktur am anderen Ende der Längsachse begrenzt wird.

[0015] Bodendeckungsgrad: Verhältnis aus installierter photovoltaisch aktiver Fläche einer Photovoltaikanlage zu der durch diese Photovoltaikanlage in ihrer Zugänglichkeit eingeschränkten Bodenfläche.

[0016] Eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage (1) weist eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (2) auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass

- die einzelnen Photovoltaikmodule (2) so an eine Halterungsstruktur montiert sind, dass die photovoltaisch aktiven Flächen (3) der Module jeweils in einem Neigungswinkel von

weniger als 90° zur Horizontalen stehen, d.h. dass die auf den photovoltaisch aktiven FIächen (3) errichteten Lote nicht horizontal verlaufen,

- mehrere solche Photovoltaikmodule (2) in dieselbe Richtung ausgerichtet und nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind,

- mehrere solche Modulreihen so vertikal übereinander angeordnet sind, dass sich die Projektionsflächen der übereinander angeordneten Reihen auf eine gedachte horizontale FIläche zum überwiegenden Teil überschneiden,

- die in dieser Weise übereinander angeordneten Modulreihen mit einer gemeinsamen, im Untergrund gegründeten, geraden, vertikalen Halterungsstruktur (4) verbunden sind,

- die genannte gerade, vertikale Halterungsstruktur (4) dadurch statisch verstärkt ist, dass eine zusätzliche gerade, nicht vertikale Halterungsstruktur (5) zwischen der geraden, vertikalen Halterungsstruktur (4) und dem Untergrund (6) montiert ist und die gerade, vertikale Halterungsstruktur (4) und die gerade, nicht-vertikale Halterungsstruktur (5) zusammen mit einer zu den jeweilig am Untergrund (6) liegenden Fußpunkten der Halterungsstrukturen parallel verlaufenden, gedachten Verbindungslinie eine dreieckige Form bilden.

[0017] Der erfinderische Kern der in dieser Patentschrift beschriebenen Photovoltaikanlage (1) liegt in der Erreichung eines geringen Bodendeckungsgrades der Anlage bei gleichzeitiger Vermeidung der im Stand der Technik beschriebenen technischen Nachteile. Dies wird dadurch erreicht, dass die Photovoltaikmodule (2) zwar in geneigter und nicht horizontaler Ausrichtung montiert sind (was zu einem hohen Solarertrag über den Tagesverlauf führt), allerdings nicht nebeneinander, sondern in Reihen übereinander angebracht sind. Dadurch wird im Vergleich zu einer entsprechenden freistehenden Photovoltaikanlagen mit nebeneinander montierten Modulen ein um einen entsprechenden Faktor geringerer Bodendeckungsgrad erreicht. Die Verminderung des Bodendeckungsgrades hängt dabei direkt von der Anzahl der übereinander angebrachten Modulreihen ab: Bei einer Photovoltaikanlage (1) mit drei übereinander angebrachten Modulreihen kann sich der Bodendeckungsgrad auf ca. ein Drittel verkleinern, eine Anlage mit vier übereinander angebrachten Modulreihen kann zu einem ca. viermal kleineren Bodendeckungsgrad führen usw. Dieser erfinderische Kern beinhaltet auch die damit einhergehende baustatisch erforderliche Erweiterung der Anlage mit zusätzlichen, nicht-vertikalen Halterungsstrukturen, um die durch die vertikale Ubereinanderanordnung der Modulreihen bedingte Vervielfachung von seitlichen Windlasten auf die Anlage statisch auffangen zu können.

[0018] Im Gegensatz zu Anlagen mit nebeneinander montierten Photovoltaikmodulen entstehen durch deren Ubereinanderanordnung zusätzliche Verschattungseffekte, insbesondere bei hohen Sonnenständen, da dann das jeweils in einer höheren Reihe angebrachte Photovoltaikmodul (2) einen Schatten nach unten wirft, der das darunter montierte Photovoltaikmodul (2) teils verschatten kann. Um diesen energetischen Verlust durch die gegenseitige Verschattung von Photovoltaikmodulen bei hohen Sonnenständen zu vermeiden, müssen entsprechende vertikale Abstände zwischen den Modulreihen realisiert werden. Diese optimalen Abstände ergeben sich aus einer solartechnischen Auslegung der Anlage, die die standortabhängigen jahreszeitlichen Sonnenhöchststände berücksichtigt.

[0019] Sowohl die gerade, vertikale Halterungsstruktur (4) als auch die gerade, nicht-vertikale Halterungsstruktur (5) müssen aus hinreichend zug- und druckfesten Materialien gefertigt sein, um die auftretenden statischen Belastungen aufnehmen zu können. Die materialtechnische und statische Auslegung für konkrete Anlagenhöhen und Photovoltaikmodulgrößen müssen im Rahmen der ingenieurstechnischen Routinearbeit erfolgen.

[0020] Bei einer vorteilhaften Variante einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage (1) sind die in einer Reihe, nebeneinander montierten Photovoltaikmodule (2) an einer gemeinsamen, drehbaren Achse montiert sind. Damit kann die Neigung dieser Solarmodule entsprechend dem Sonnenstand in vertikaler Richtung angepasst und somit der Energieertrag aus der Photovoltaikanlage (1) erhöht werden.

[0021] Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage (1) weist zusätzliche Halterungsstrukturen auf, die zwischen der geraden, vertikalen Halterungsstruktur (4) und der

geraden, nicht-vertikalen Halterungsstruktur (5) montiert sind. Dadurch kann die statische Auslegung der gesamten Halterungsstruktur gemäß den Festigkeiten der gewählten Materialien angepasst werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG:

[0022] In Fig. 1 und Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage (1) mit drei Photovoltaikreihen abgebildet.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Photovoltaikanlage

2 Photovoltaikmodule

3 photovoltaisch aktive Fläche

4 gerade, vertikale Halterungsstruktur

5 gerade, nicht-vertikale Halterungsstruktur

6 Untergrund

Claims

Ansprüche

1. Photovoltaikanlage (1) aufweisend eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (2), dadurch gekennzeichnet, dass

- die einzelnen Photovoltaikmodule (2) so an eine Halterung montiert sind, dass die photovoltaisch aktiven Flächen (3) der Module jeweils einen Neigungswinkel von weniger als 90° zur Horizontalen aufweisen, d.h. dass die auf den photovoltaisch aktiven Flächen (3) errichteten Lote nicht horizontal verlaufen,

- mehrere solche Modulreihen so vertikal übereinander angeordnet sind, dass sich die Projektionsflächen der übereinander angeordneten Reihen auf eine gedachte horizontale Fläche zum überwiegenden Teil überschneiden,

2. Photovoltaikanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Reihen aus nebeneinander angeordneten Photovoltaikmodulen (2) jeweils an einer gemeinsamen, drehbaren Achse montiert sind.

3. Photovoltaikanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der genannten dreieckigen Form zusätzliche Halterungsstrukturen angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen