DE102007021438A1 - Energy system for using regenerative energy mode for recovery of energy for e.g. solar energy, wind energy, potential energy of rainfall water, has roof support frame arranged with shifting system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kombinierten Nutzung von Sonnen-, Wind- und/oder Wasserenergie zur Energiegewinnung über Verkehrsflächen und ist dem Gebiet der Energie- und Verkehrstechnik zuzuordnen.The Invention relates to a system for the combined use of solar, Wind and / or water energy for energy via Traffic areas and is the field of energy and traffic engineering assigned.
Mit Bauflächen sind im Sinne der Stadtplanung Flächen, die zur baulichen Nutzung vorgesehenen Flächen wie Wohngebiete, Dorfgebiete, Gewerbegebiete, Industriegebiete, Kerngebiete, Kleinsiedlungsgebiete, Mischgebiete und Sondergebiete gemeint und unter Verkehrsflächen sind im Sinne der Stadtplanung Flächen zu verstehen, die dem Straßen-, Schienen- oder Luftverkehr sowie Landflächen, die dem Verkehr auf Wasserstraßen dienen, einschließlich der Flächen von Wasserstraßen.With Construction areas are in the sense of urban planning areas, the land intended for constructional use, such as residential areas, Village areas, commercial areas, industrial areas, core areas, small settlement areas, Meant mixed areas and special areas and under traffic areas are understood in terms of urban planning areas that road, rail or air traffic and land areas which to serve traffic on waterways, including the surfaces of waterways.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der Patentschrift
Die
statisch feste Montage von Solarenergieanlagen auf der Gesamtanlage
lässt keine optimale Ausrichtung der Solarenergieanlagen
nach dem jahreszeitlichen und täglichen Sonnenverlauf zu.
Desweiteren ist durch
Die einachsige Verschiebung von Solarenergieanlagen bewirkt, dass i. A. keine optimale Ausrichtung der Solarenergieanlagen nach dem Sonnenverlauf möglich ist, da eine Achse zur Ausrichtung einer Fläche in beliebige Himmelsrichtungen nicht genügt, sondern dafür mindestens ein zweiachsiges Schwenksystem nötig ist.The uniaxial displacement of solar energy systems causes i. A. no optimal alignment of the solar energy systems after the sun's course is possible because an axis to align a surface not enough in any direction, but for that at least one biaxial pivot system is needed.
Außerdem gibt es eine Vielzahl verschiedener Nachführ-Anlagen für Solarenergieanlagen mit ein- und zweiachsigen (bis hin zu mehrachsigen) Schwenkmechanismen, welche meist für die Montage von in viele, kleinere, segmentierte Solaranlage zu einem großen Solarfeld als "solares Kraftwerk" konzipiert wurden. Diese Anlagen benötigten jedoch eine Trägeranlage für die Installation über Verkehrswegen und sind ungeeignet für eine derart große Dimensionierung, wie man sie über Verkehrswegen erwartet. Bei den bekannten ein- und mehrachsigen Schwenkmechanismen ist eine Segmentierung und somit auch eine Einhaltung von Abstand zwischen installierten Solarmodulen aufgrund von Abschattungseffekten benachbarter Solarmodule erforderlich. Daraus resultiert eine geringere relative Flächenausnutzung je nutzbarer Fläche im Gegensatz zu der Möglichkeit eine nutzbare Fläche als eine "große, durchgängige Fläche" auszunutzen.Furthermore There are a lot of different tracking systems for Solar energy systems with one-axle and two-axle (up to multi-axis) swing mechanisms, which mostly for the assembly of in many, smaller, segmented Solar system to a large solar field as a "solar power plant" were designed. However, these systems required a carrier system for installation over traffic routes and are unsuitable for such a large dimensioning, how to expect them via traffic routes. In the known Single and multi-axis pivoting mechanisms is a segmentation and thus a compliance of distance between installed Solar modules due to shading effects of neighboring solar modules required. This results in a lower relative area utilization the usable area as opposed to the possibility a usable area as a "large, continuous Area "exploit.
Zudem
ist aus der Offenlegungsschrift
Die
Anwendung der Offenlegungsschrift
Die
Zweckbestimmung der Offenlegungsschrift
Allgemeiner Stand der Technik sind Dächer bestehend aus Dachtragwerk und dazwischen und/oder einer darüber gespannter Dachhaut über Gebäuden oder Hallen.general State of the art roofs consisting of roof structure and in between and / or over a stretched roof over buildings or halls.
Aufgabetask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, regenerative Energiearten zur Energiegewinnung über Verkehrsflächen zu nutzen und dabei die einseitige Ausrichtung von Solarenergieanlagen durch eine vielseitige, optimale Ausrichtung zu verbessern, Abschattungseffekte zu minimieren und eine höhere, relative Flächenausnutzung für die Solarenergiegewinnung zu bewirken.Of the Invention is based on the object of regenerative types of energy to use energy via traffic areas and thereby the one-sided orientation of solar energy systems to improve a versatile, optimal alignment, shading effects to minimize and higher, relative area utilization for solar energy production.
Es wird durch diese Erfindung eine dem zusätzliche, aufgelagerte Rotationsachse angebracht, welche im Allgemeinen parallel zu einer Tangente an der äußeren Profilkontur der Führung auf dem (Dach-)Tragwerk liegt und welche ein Solarfeld trägt, auf dem bekannte und/oder künftige Solarenergieanlagen befestigt sind, so dass diese Solarenergieanlagen rotierend um diese Rotationsachse bewegt werden können. Die dadurch erzielten Vorteile sind:
- – Eine optimale Ausrichtung von Solarenergieanlagen über Verkehrswegen, unabhängig vom Himmelsrichtungs-Verlauf der Verkehrswege wird erreicht.
- – Die Installation eines Solarfeldes auf großer Fläche, welches die gesamte Verkehrsfläche überdeckt, anstelle von mehreren, kleinen Flächen, wird erreicht. Dadurch kommt es zu weniger Abschattungseffekten bzw. zu einer höheren relativen Flächennutzung, weil es bei einer großen durchgängigen Solarfeld-Fläche, keine „leeren" Zwischenräume wie bei kleineren, nebeneinander, angeordneten Solarfeld-Flächen gibt.
- - An optimal alignment of solar energy systems via traffic routes, regardless of the direction of the sky direction of the traffic routes is achieved.
- - The installation of a solar field on a large area, which covers the entire traffic area, instead of several, small areas, is achieved. This results in less shadowing effects or a higher relative land use, because there are no "empty" spaces between smaller solar fields, arranged side by side, with a large continuous solar field surface.
Es ist eine Anlage zu entwickeln, welche es ermöglicht die vorhandenen, natürlichen, regenerativen Energiearten (Sonnen-/Wind-/Wasserenergie) auf/über Verkehrsflächen für die Energiegewinnung mithilfe konventioneller oder zukünftiger Energiegewinnungsanlagen und/oder Energiespeicherung nutzbar zu machen.It is to develop a plant which makes it possible existing, natural, regenerative types of energy (solar / wind / water) up / down Traffic areas for energy use conventional or future energy production plants and / or to make energy storage usable.
Die Anlage soll eine allgemeine Lösung dafür liefern, Solarenergieanlagen (fotovoltaisch, thermisch, o. a.) automatisch dem täglichen und jahreszeitlichen Sonnenverlauf optimal nachzuführen, unabhängig vom Himmelsrichtungsverlauf der Verkehrsfläche.The Plant should provide a general solution for Solar energy systems (photovoltaic, thermal, or similar) automatically optimal for the daily and seasonal course of the sun track, regardless of the direction of the sky the traffic area.
Die Anlage soll eine Lösung dafür liefern, Windenergie auf/über Verkehrsflächen nutzbar zu machen, indem entsprechende Windkraftanlagen in die Gesamtanlage eingegliedert werden. Die Anlage soll eine Lösung dafür liefern, die potentielle Energie von Niederschlagswasser auf/über Verkehrsflächen nutzbar zu machen.The Plant should provide a solution, wind energy on / via traffic areas harnessed by appropriate wind turbines integrated into the overall system become. The plant should provide a solution the potential energy of rainfall on / over To make traffic areas usable.
Dabei muss die Anlage weiterhin die Funktionsfähigkeit (Fortführung des Verkehrs und Transportes) und Sicherheit der Verkehrsfläche für Verkehrsteilnehmer voll gewährleisten, da die Energiegewinnung sich als eine weitere Funktion der Verkehrsfläche neben der eigentlichen Funktion des Verkehrs harmonisch einreihen soll und nicht etwa zum Widerspruch werden darf. there the system must continue to function (continued traffic and transport) and traffic safety fully guarantee for road users, since the energy production itself as another function of the traffic area harmoniously rank next to the actual function of the traffic should and should not become a contradiction.
Die (Dach-)Tragwerkskonstruktion, welche die Verkehrsfläche überspannt, ist Träger einer wasserdurchlässigen Dachhaut, trägt die Energiegewinnungsanlagen (z. B. Solarenergieanlagen, Windenergiekonverter und Wasserkraftanlagen), die Anlagen, welche zur Bewegung der Energiegewinnungsanlagen dienen, Infrastruktur und Transportleitungen, sowie Speicherbehälter und -einrichtungen.The (Roof) supporting structure, which spans the traffic area, is a carrier of a water-permeable roof, bears the energy production facilities (eg solar energy plants, Wind energy converters and hydroelectric plants), plants using serve for the movement of energy production facilities, infrastructure and transport conduits, and storage containers and facilities.
Die Dachhaut fängt Niederschläge über der Verkehrsfläche auf und leitet diese in ein Entwässerungssystem. Das Entwässerungssystem kann über Verkehrsflächen aufgefangenes Niederschlagswasser in Behältern über und/oder unter dem Erdboden zwischenspeichern, Wasser durch Rohrleitungen und Wasserkraftanlagen leiten und es von der Verkehrsfläche abführen. Die Wasserkraftanlagen bestehend aus Wasserradturbinen, Übertragungswellen und Stromgeneratoren, können die potentielle Energie des Niederschlagswassers in elektrische Energie umwandeln. Neben der möglichen Energiegewinnung wirkt sich das Auffangen von Niederschlägen auch verkehrstechnisch vorteilig aus, da sich durch trockene Fahrbahnen die Verkehrssicherheit erhöht und außerdem Einsparungen beim Winterdienst möglich sind.The Roofing catches rainfall over the traffic area and leads them into a drainage system. The drainage system can catch rainwater collected over traffic areas store in containers above and / or below the ground, Passing water through pipelines and hydropower plants and it remove from the traffic area. The hydroelectric plants consisting of water wheel turbines, transmission shafts and Electricity generators, can reduce the potential energy of the rainwater convert into electrical energy. In addition to the possible energy production The catching up of rainfall also has a traffic-related effect advantageous because increased by dry roads traffic safety and also savings in winter service possible are.
Desweiteren kann durch die „umhüllende" Bauform des verkehrsflächenüberspannenden Tragwerkes die Funktion des Lärm- und Emissionsschutzes auf Verkehrsflächen integriert werden. Die Nutzung einer zusätzlichen Rotationsachse ermöglicht die Bewegung einer viel größeren Fläche eines Solarfeldes als es durch das Aneinanderreihen vieler, kleinerer Ausrichtungsanlagen möglich ist. Da zum Beispiel solarthermische, Anlagen eine direkte Sonnenbestrahlung zur Konzentrierung der Energie (z. B. durch Parabolspiegel) und somit für optimale Energieausbeuten benötigen, ist eine optimale, automatisierte Ausrichtung der Solarenergieanlagen nach dem Sonnenstand für die solarthermische Energiegewinnung über Verkehrsflächen erforderlich, insbesondere wenn Verkehrsflächen für solarthermische Energiegewinnung genutzt werden sollen. Es ist denkbar, dass die Energieanlage auch zur Energiespeicherung eingesetzt wird. Zum Beispiel kann eine Energiespeicherung durch die unmittelbar Energieumwandlung von elektrischer Energie in chemisch gespeicherte Energie (Brennstoff, Wasserstoff) erfolgen oder durch das Umpumpen von Fluiden und die Speicherung und Rückgewinnung derer potentieller Energie. Die dazu benötigte physische Speicherung von Stoffen in Behältern kann unmittelbar auf der Energieanlage oder neben der Verkehrsfläche erfolgen.Furthermore can by the "enveloping" design of the traffic area spanning Structure the function of noise and emission protection be integrated into traffic areas. The use of a additional rotation axis allows movement a much larger area of a solar field as it does by stringing together many, smaller registration systems is possible. As for example solar thermal, plants one direct sunlight for concentration of energy (eg by parabolic mirror) and thus for optimal energy yields need is optimal, automated alignment the solar energy plants according to the position of the sun for solar thermal Energy generation over traffic areas required, especially if traffic areas for solar thermal energy should be used. It is conceivable that the power plant too is used for energy storage. For example, an energy storage by the immediate energy conversion of electrical energy in chemically stored energy (fuel, hydrogen) or by pumping fluids and storing and recovering their potential energy. The required physical Storage of substances in containers can be immediate the power plant or next to the traffic area.
Durch die zusätzliche Nutzung von Verkehrsflächen für Energiegewinnung, neben der bisherigen Funktion des Verkehrs und Transportes von Personen und Gütern, findet auch eine Effektivierung der Flächennutzung statt. Energiegewinnung über Verkehrsflächen erhöht den auf die Gesamtfläche bezogenen, relativen Flächennutzen von Verkehrsflächen und verschonen dadurch entweder unberührte Naturräume oder sorgen dafür, dass bereits kultivierte Flächen anstelle der Nutzung für regenerative Energiegewinnung für Agrar- und Energiebepflanzung oder für andere nützliche Zwecke verwendet werden können. Somit werden unberührte Naturräume und Umwelt geschützt.By the additional use of traffic areas for Energy generation, in addition to the previous function of transport and Transportation of persons and goods, also finds an effectivation land use instead. Energy generation over Traffic areas increases the total area related, relative land use of traffic areas and thereby spare either untouched natural spaces or ensure that already cultivated areas instead of use for renewable energy for agricultural and energy planting or for others useful purposes can be used. Consequently untouched natural spaces and the environment are protected.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments shown schematically.
Es zeigen die Zeichnungen im Folgenden:
- – Die
bauliche Anlage und das Prinzip der Ausrichtung der Solarenergiegewinnungsanlagen durch
Verschiebung des Schlittens entlang der Führungseinrichtung
auf der Dachrahmenkonstruktion, einschließlich Kennzeichnung
der Bewegungsachsen der Anlage, in frontaler Ansicht, wobei sich
die Bildebene senkrecht zum Verkehrsweg befindet (
1 ) in seitlicher Ansicht, wobei sich die Bildebene parallel zum Verkehrsweg befindet (2 ). Das Ausführungsbeispiel (1 u.2 ) zeigt die Anwendung der Erfindung auf einem konventionellen Verkehrsweg (1 ) (z. B. einer Autobahn). Der Verkehrsweg (1 ) ist mit einem teilweise geraden Dachtragwerk (2 ) und einem teilweise annährend kreisbogenförmigen Dachtragwerk (3 ) überspannt. Zwischen dieser Dachrahmenkonstruktion ist eine Dachhaut (4 ) befestigt. Die Dachhaut (4 ) mündet nach unten in einem Entwässerungssystem (5 ) bestehend aus Rohren, Rinnen und Behältern, welches Niederschläge über dem Verkehrsweg aufmfägt und abführt. Unmittelbar auf dem teilweise kreisbogenförmigen, abgespannten Dachtragwerk ist Führungselement I (6 ) (z. B. Schiene, Rinne, Röhre, etc.), welche mit dem entsprechenden Gegenstück an der Unterseite des Schlittens (8 ), dem Führungselement II (7 ) (z. B. Rollen, Räder, Gleitschlitten, etc.) ein Verschiebesystem (9 ) bildet, welches eine geführte Verschiebung des Schlittens (8 ) entlang der Kreisbogenform des Dachtragwerkes (3 ) bzw. des Verschiebesystems (9 ) ermöglicht. Der Schlitten trägt Lagerungselemente (10 ) zur Lagerung der zusätzlichen, zweiten Rotationsachse (11 ), welche an der Unterseite eines Solarfeldes befestigt ist. Das Solarfeld (12 ) trägt Solarenergieanlagen (13 ). Die Verschiebe- und die Rotationsbewegung wird über eine elektro-mechanische, hydraulische und/oder pneumatische Antriebseinheit (14 ) (z. B. Elektromotor, hydraulische oder pneumatische Antriebe, etc.) mittels mechanischer Verbindungselemente (15 ) (z. B. Getriebe, Ketten-, Seilzug, Teleskopgestänge, etc.) realisiert. Auf dem Solarfeld sind mindestens drei Lichtsensoren (16 ) befestigt. Auf den geraden Dachtragwerk (2 ) sind Windenergiekonverter (17 ) angeordnet. Desweiteren sind auf dem geraden Dachtragwerk (2 ) Transportleitungen für Energie, Stoff und Information (18 ), Recheneinheiten (19 ) zur automatisierten Steuerung und Kontrolle der Bewegungsabläufe der Anlage und Speicherbehälter (20 ) angeordnet. Seitlich und unterhalb der Dachhaut über dem Verkehrsweg sind am (Dach-)Tragwerk Wasserkraftanlagen (21 ) eingebaut, welche durch das Entwässerungssystem (5 ) mit Wasser gespeist werden. Seitlich und unterhalb des Verkehrsweges befinden sich Speicherbehälter (20 ). - – Die Antriebseinheit und Prinzip der Realisierung von
Verschiebe- und Rotationsbewegung mit Elektromotor und hydraulischem
Teleskopstab (
3 ). - – Die Antriebseinheit und Prinzip der Realisierung von
Verschiebe- und Rotationsbewegung mit Elektromotor und Kettenantrieb
(
4 ).
- - The structure and the principle of alignment of the solar energy production facilities by moving the carriage along the guide device on the roof frame construction, including identification of the movement axes of the installation, in frontal view, with the image plane perpendicular to the traffic route (
1 ) in lateral view, wherein the image plane is parallel to the traffic route (2 ). The embodiment (1 u.2 ) shows the application of the invention on a conventional traffic route (1 ) (eg a motorway). The traffic route (1 ) is with a partially straight roof structure (2 ) and a partially approximately circular arc roof structure (3 ) spans. Between this roof frame construction is a roof skin (4 ) attached. The roof skin (4 ) flows down in a drainage system (5 ) consisting of pipes, gutters and containers, which aufmfägt precipitation above the traffic route and dissipates. Immediately on the partially arcuate, guyed roof structure guide element I (6 ) (eg rail, gutter, tube, etc.), which with the corresponding counterpart at the bottom of the carriage (8th ), the guiding element II (7 ) (eg rollers, wheels, sliding carriages, etc.) a displacement system (9 ), which makes a guided displacement of the carriage (8th ) along the circular arc shape of the roof structure (3 ) or the displacement system (9 ). The carriage carries bearing elements (10 ) for the storage of the additional, second axis of rotation (11 ), which is attached to the underside of a solar panel. The solar field (12 ) carries solar energy systems (13 ). The displacement and the rotational movement is via an electro-mechanical, hydraulic and / or pneumatic drive unit (14 ) (eg electric motor, hydraulic or pneumatic drives, etc.) by means of mechanical connecting elements (15 ) (eg gear, chain, cable, telescopic linkage, etc.) realized. At least three light sensors (16 ) attached. On the straight roof structure (2 ) are wind energy converters (17 ) arranged. Furthermore, on the straight roof structure (2 ) Transport lines for energy, materials and information (18 ), Arithmetic units (19 ) for the automated control and control of the movement sequences of the system and storage container (20 ) arranged. On the side and below the roof above the traffic route, hydropower plants (21 ), which through the drainage system (5 ) are fed with water. Side and below the traffic route there are storage tanks (20 ). - The drive unit and principle of realization of displacement and rotational movement with electric motor and hydraulic telescopic rod (
3 ). - - The drive unit and principle of realization of displacement and rotational movement with electric motor and chain drive (
4 ).
- 11
- VerkehrswegThoroughfare
- 22
- gerades (Dach-)Tragwerkstraight (Roof) structure
- 33
- kreisbogenförmiges (Dach-)Tragwerkarcuate (Roof) structure
- 44
- Dachhautroof
- 55
- Entwässerungssystemdrainage system
- 66
- Führungselement Iguide element I
- 77
- Führungselement IIguide element II
- 88th
- Schlittencarriage
- 99
- Verschiebesystemtransfer system
- 1010
- Lagerungselementstorage element
- 1111
- Rotationsachseaxis of rotation
- 1212
- Solarfeldsolar field
- 1313
- SolarenergieanlageSolar power plant
- 1414
- Antriebdrive
- 1515
- Verbindungselementconnecting element
- 1616
- Lichtsensorlight sensor
- 1717
- WindenergiekonverterThe wind energy converter
- 1818
- Transportleitungentransport lines
- 1919
- Recheneinheitcomputer unit
- 2020
- Speicherbehälterstorage container
- 2121
- WasserkraftanlageHydropower plant
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10225967 C1 [0003, 0003, 0003] - DE 10225967 C1 [0003, 0003, 0003]
- - DE 4431154 C2 [0004] - DE 4431154 C2 [0004]
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