DE102010022645A1 - Farm building with photovoltaic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches Gebäude (10) mit einem Dach (14) und auf dem Dach (14) montierten Kollektoren (12) einer Anlage zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie. Um den für den Bau des Gebäudes (10) erforderlichen Aufwand so weit wie möglich zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Dach ein allgemein nach Süden abfallendes Pultdach (14) ist, auf dem die Kollektoren (12) mit einem Neigungswinkel von weniger als 30 Grad zur Horizontalen montiert sind.The invention relates to an agricultural building (10) with a roof (14) and on the roof (14) mounted collectors (12) of a plant for generating electricity from solar radiation energy. In order to reduce the expenditure required for the construction of the building (10) as much as possible, it is proposed according to the invention that the roof is a generally south-sloping pent roof (14) on which the collectors (12) with an inclination angle of less than 30 degrees to the horizontal are mounted.
Description
Die Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches Gebäude mit einem Dach und auf dem Dach montierten Kollektoren einer Anlage zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie.The The invention relates to an agricultural building with a roof and on the roof-mounted collectors of a plant for the production of electricity from solar radiation energy.
Um den Ausbau von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien, wie aus Windkraft, Solarstrahlung, Biomasse, Geothermie und Grubengas zu fördern, hat die Bundesrepublik Deutschland das Erneuerbare-Energien-Gesetz verabschiedet. Nach diesem Gesetz erhalten Betreiber von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien, die den erzeugten Strom in das öffentliche Stromnetz einspeisen, vom Netzbetreiber über einen längeren Garantiezeitraum eine gesetzlich festgeschriebene Vergütung pro Kilowattstunde des eingespeisten Stroms. Bei Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie, im Folgenden auch als Fotovoltaik-Anlagen bezeichnet, beträgt dieser Garantiezeitraum 20 Jahre zuzüglich des Jahres der Inbetriebnahme der Anlagen.Around the expansion of facilities for the production of electricity from renewable sources Energies, such as wind power, solar radiation, biomass, geothermal and Mine gas, The Federal Republic of Germany has the Renewable Energy Act adopted. According to this law, operators of facilities for the production of electricity from renewable energies, which generated the Electricity in the public Feed the grid, from the grid operator over a longer warranty period statutory fixed remuneration per kilowatt-hour of injected electricity. In facilities for production of electricity from solar radiation energy, hereinafter also referred to as photovoltaic systems, this is Warranty period 20 years plus the Year of commissioning of the plants.
Dächer von landwirtschaftlichen Gebäuden eignen sich besonders gut für die Montage von Fotovoltaik-Anlagen, da sie zumeist eine verhältnismäßig große Dachfläche besitzen und somit eine schnellere Amortisation der Anlagenkosten ermöglichen. Jedoch besitzen die Dächer vieler existierender landwirtschaftlicher Gebäude eine Ausrichtung, die für die Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie ungünstig ist.Roofs of agricultural buildings especially good for the installation of photovoltaic systems, since they usually have a relatively large roof area and thus allow a faster amortization of equipment costs. However, the roofs own Many existing agricultural buildings have an orientation for the generation of electricity from solar radiation energy is unfavorable.
Auf der anderen Seite macht ein Neubau von ausreichend großen landwirtschaftlichen Gebäuden, auf deren Dächern ein rentabler Betrieb von Fotovoltaik-Anlagen möglich ist, verhältnismäßig hohe Investitionskosten erforderlich, die bei existierenden Gebäudekonstruktionen durch die Erlöse aus dem Betrieb der Fotovoltaik-Anlage nur in den seltensten Fällen während des Garantiezeitraums verzinst und getilgt werden können.On the other side is making a new construction of sufficiently large agricultural Buildings, up their roofs a profitable operation of photovoltaic systems is possible, relatively high Investment costs required in existing building designs through the proceeds from the operation of the photovoltaic system only in the rarest cases during the Guarantee period interest and can be paid.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem landwirtschaftliches Gebäude der eingangs genannten Art den für den Bau des Gebäudes erforderlichen Aufwand so weit wie möglich zu verringern, so dass sich während des Garantiezeitraums des Erneuerbare-Energien-Gesetzes nicht nur die Kosten für die Anschaffung und Montage der Fotovoltaik-Anlage und der Kollektoren sondern auch die Kosten für den Bau des Gebäudes mit den Erlösen aus dem Betrieb der Fotovoltaik-Anlage erwirtschaften lassen.outgoing This is the object of the invention, in an agricultural building of the the type mentioned above for the construction of the building required effort as much as possible, so that while Not only the warranty period of the Renewable Energy Act the price for the purchase and installation of the photovoltaic system and the collectors but also the price for the construction of the building the proceeds from the operation of the photovoltaic system generate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vor allem dadurch gelöst, dass das Dach ein allgemein nach Süden abfallendes Pultdach ist, auf dem die Kollektoren mit einem Neigungswinkel von weniger als 30 Grad zur Horizontalen montiert sind. Da der Aufwand für die Montage der Kollektoren am geringsten ist, wenn der Aufstellwinkel der Kollektoren dem Neigungswinkel des Dachs entspricht, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Pultdach eine Dachoberfläche mit einem Neigungswinkel von weniger als 30 Grad besitzt, zu der die Kollektoren parallel ausgerichtet sind. Der Neigungswinkel der Dachoberfläche und der Kollektoren ist vorzugsweise größer als 15 Grad, um eine ausreichende Selbstreinigung der Kollektoren durch ablaufendes Regenwasser zu gewährleisten. Vorzugsweise liegt der Neigungswinkel der Dachoberfläche zwischen 20 und 25 Grad und beträgt am besten etwa 22 Grad.These Task is according to the invention especially solved by that the roof is a generally south-sloping pent roof, on which the collectors with an inclination angle of less than 30 degrees to the horizontal are mounted. Because the effort for the assembly the lowest is the collectors when the angle of installation of the collectors corresponds to the inclination angle of the roof, sees a preferred embodiment the invention that the pent roof with a roof surface has an inclination angle of less than 30 degrees to which the collectors are aligned in parallel. The angle of inclination of the roof surface and The collector is preferably greater than 15 degrees to a sufficient Self-cleaning of the collectors by running rainwater too guarantee. Preferably, the angle of inclination of the roof surface is between 20 and 25 degrees and is best about 22 degrees.
Ein solcher Neigungswinkel ist insofern etwas überraschend, als die Sonnenstrahlung für eine bestmögliche Ausnutzung der Strahlungsenergie senkrecht auf die Kollektoren auftreffen sollte. Dies ist dann der Fall, wenn der Neigungswinkel der Kollektoren zur Horizontalen der geographischen Breite des Ortes entspricht, an dem die Fotovoltaik-Anlage errichtet werden soll, in Deutschland zwischen etwa 38 Grad und etwa 45 Grad, entsprechend der geographischen Breite von Freiburg bzw. Lübeck, was erheblich über dem Neigungswinkel der Kollektoren des erfindungsgemäßen Gebäudes liegt.One such angle of inclination is somewhat surprising, as the solar radiation for the best possible utilization the radiation energy should impinge perpendicular to the collectors. This is the case when the angle of inclination of the collectors corresponds to the horizontal of the latitude of the place, on which the photovoltaic system is to be built, in Germany between about 38 degrees and about 45 degrees, according to the geographical Latitude of Freiburg or Lübeck, which is considerably over the angle of inclination of the collectors of the building according to the invention.
Ein Pultdach mit einem flachen Neigungswinkel hat jedoch den Vorteil, dass das Verhältnis der für Kollektoren geeigneten Dachfläche zum gesamten umbautem Raum maximiert werden kann. Darüber hinaus lassen sich landwirtschaftliche Gebäude mit einem Pultdach mit einem flachen Neigungswinkel nicht nur mit erheblich geringerem Aufwand und damit auch mit erheblich geringeren Investitionsbedarf errichten, sondern gestatten auch eine sehr variable und flexible Nutzung der Gebäude, zum Beispiel zum Unterstellen von landwirtschaftlichen Maschinen und Geräten, zur Lagerung von Heu, Stroh oder anderen landwirtschaftlichen Produkten und/oder als Viehstall. Zudem kann durch den flachen Neigungswinkel die Windangriffsfläche verkleinert werden, so dass eine leichtere und dadurch mit geringeren Investitionskosten verbundene Bauweise ausreichend ist.One But pitch roof with a low angle of inclination has the advantage that the ratio the for Collectors suitable roof area to the entire converted space can be maximized. Furthermore can be rural buildings with a pent roof with a shallow angle of inclination not only with significantly less Effort and thus also with significantly lower investment requirements but also allow a very variable and flexible Use of the buildings, For example, for subordinate agricultural machinery and Devices, for storage of hay, straw or other agricultural products and / or as a cattle shed. In addition, due to the flat angle of inclination the wind attack surface be made smaller, making it lighter and therefore with less Investment costs associated construction is sufficient.
Da auf der einen Seite die durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz festgelegte Vergütung bis maximal 100 kW installierte elektrische Leistung festgeschrieben ist und auf der anderen Seite die spezifischen Baukosten, das heißt die Baukosten pro m3 umbautes Volumen, bei erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Gebäuden mit zunehmender Gebäudegröße in der Regel abnehmen, macht es für den Betreiber der Fotovoltaik-Anlage Sinn, das landwirtschaftliche Gebäude bzw. dessen Pultdach mindestens so groß zu machen, dass die Fotovoltaik-Anlage als Spitzenwert die zuvor genannten 100 kW elektrische Leistung bringt. Einer größeren Dach- bzw. Kollektorfläche steht jedoch nichts entgegen, zum Beispiel wenn das landwirtschaftliche Gebäude für mehrere Nutzungsarten gleichzeitig bestimmt ist, wie zur Einlagerung von Stroh, zur Viehhaltung und zum Unterstellen von landwirtschaftlichen Maschinen und Geräten.On the one hand, the fixed remuneration specified by the Renewable Energy Sources Act is fixed up to a maximum of 100 kW of installed electric power and on the other hand the specific construction costs, ie the construction costs per m3 of converted volume, in the case of agricultural buildings according to the invention with increasing building size in As a rule, it makes sense for the operator of the photovoltaic system to make the agricultural building or its pent roof at least so large that the photovoltaic system as a peak value of the aforementioned 100 kW elektri good performance. However, there is no obstacle to a larger roof or collector area, for example if the agricultural building is intended for several types of use at the same time, such as the storage of straw, livestock farming and storage of agricultural machinery and equipment.
Eine elektrische Spitzenleistung von etwa 100 kW kann erbracht werden, wenn die Größe der Dachfläche des erfindungsgemäßen Pultdachs etwa zwischen 900 und 1000 m2 beträgt.A electrical peak power of about 100 kW can be provided if the size of the roof surface of the pent roof according to the invention between 900 and 1000 m2.
Eine besonders variable und/oder flexible Nutzung des landwirtschaftlichen Gebäudes wird ermöglicht, wenn dieses gemäß einer ersten Erfindungsvariante eine Tiefe von etwa 13 bis 15 m besitzt und an seiner höheren, allgemein nach Norden weisenden First- oder Vorderseite eine Firsthöhe von 7 bis 10 m aufweist, während die Traufhöhe an der Trauf- oder Rückseite des Gebäudes entsprechend der gewählten Dachneigung und Gebäudetiefe etwa 3,0 bis 4,5 m beträgt. Ein solches Gebäude kann einerseits über seine gesamte Tiefe auch zum Einstellen von höheren landwirtschaftlichen Maschinen oder Geräten, wie Heuwagen oder Mähdreschern, oder zum Aufstapeln großer Mengen an Heu oder Stroh verwendet werden, während es andererseits bei einer solchen Gebäudetiefe noch ausreicht, das Pultdach auf drei Reihen von hintereinander angeordneten Stützen mit genügender Stabilität abzustützen, so dass eine leichte und Kosten sparende Bauweise des Gebäudes möglich ist. Bei dieser Erfindungsvariante beträgt die Länge des Gebäudes zweckmäßig mehr als 50 m, wenn die Anlage für eine maximale elektrische Leistung von 100 kW oder mehr ausgelegt werden soll.A particularly variable and / or flexible use of the agricultural building is enabled if this according to a first variant of the invention has a depth of about 13 to 15 m and at his higher, generally north-facing ridge or front a ridge height of 7 to 10 m while the eaves height at the eaves or back of the building according to the selected Roof pitch and building depth is about 3.0 to 4.5 m. Such a building on the one hand over its entire depth also for hiring higher agricultural Machines or devices, like hay wagon or combine harvester, or to pile up big Quantities of hay or straw are used while on the other hand at a such building depth still sufficient, the pent roof on three rows of one behind the other arranged supports with enough stability to support, so that a light and cost-saving construction of the building is possible. In this variant of the invention, the length of the building is expediently more than 50 m when the Plant for designed a maximum electric power of 100 kW or more shall be.
Unter dem Aspekt einer Baukostenminimierung bei gleichzeitiger Maximierung der verfügbaren Dachfläche für die Montage von Kollektoren sieht eine andere Erfindungsvariante vor, das Pultdach an der Rückseite des Gebäudes weiter nach unten zu ziehen, gegebenenfalls bis in Bodennähe, um auf diese Weise die Tiefe des Gebäudes und die Breite der Dachfläche zu vergrößern.Under the aspect of a construction cost minimization with simultaneous maximization the available roof area for mounting of collectors provides another variant of the invention, the pent roof at the back of the building continue to pull down, if necessary, close to the ground to get to this Way the depth of the building and the width of the roof area to enlarge.
Dies gestattet es, entweder bei gleicher installierter Leistung die Länge des Gebäudes zu verkürzen, so dass für eine Anlage mit einer elektrischen Spitzenleistung von 100 kW eine Gebäudelänge von etwas mehr als 40 m bei einer Tiefe von 20 bis 24 m je nach Traufhöhe und Dachneigung ausreichend ist, oder bei gleich bleibender Gebäudelänge ohne wesentlichen Anstieg der Baukosten die Kollektorfläche zu vergrößern, wodurch die Amortisationszeit des Gebäudes stark verkürzt werden kann. Auch bei diesem Gebäude beträgt die Firsthöhe an der First- oder Vorderseite vorteilhaft zwischen 7 und 10 m, jedoch lässt die lichte Höhe im hinteren Teil des Gebäudes dort allenfalls noch eine eingeschränkte Nutzung zu.This allows it to be either the same installed power or the length of the building To shorten, so for a system with a peak electrical power of 100 kW Building length of something more than 40 m at a depth of 20 to 24 m, depending on eaves height and roof pitch is sufficient, or with a constant building length without significant increase the construction costs the collector area too enlarge, thereby the payback period of the building greatly shortened can be. Also with this building is the ridge height at the ridge or front, between 7 and 10 m, however, lets the clear height in the back of the building there at most a limited one Use too.
Um das Gewicht des Pultdachs mit möglichst geringem baulichem Aufwand abzustützen, jedoch trotzdem für eine ausreichende Versteifung des Gebäudes in Richtung von dessen Tiefe und in Richtung von dessen Länge zu sorgen, sieht eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, zur Abstützung des Pultdachs ausschließlich vertikale Stützen zu verwenden, die sich auf Fundamenten abstützen und an den Kopfenden zur Versteifung mit benachbarten Stützen verbunden sind.Around the weight of the pent roof with the lowest possible to support the construction effort, but still for sufficient stiffening of the building in the direction of its To provide depth and in the direction of its length, one still sees further advantageous embodiment of the invention before, to support the Pitched roof exclusively vertical supports to use, based on foundations and at the head ends to Stiffening with adjacent columns are connected.
Da das Gebäude eine relativ große Länge aufweist, wenn die Fotovoltaik-Anlage für eine elektrische Spitzenleistung von 100 kW oder mehr ausgelegt werden soll, während die Tiefe mit etwa 14 m bzw. mit etwa 22 m zumeist deutlich kleiner ist, sind die Stützen vorzugsweise in drei bzw. vier Reihen angeordnet, die jeweils parallel zur Längsachse des Gebäudes, d. h. zum First und zum Trauf ausgerichtet sind.There the building a relatively large one Has length, if the photovoltaic system for designed a peak electrical output of 100 kW or more should be while the depth of about 14 m and about 22 m mostly much smaller is, are the props preferably arranged in three or four rows, each parallel to the longitudinal axis of the building, d. H. are aligned to the ridge and the eaves.
Um trotz einem möglichst geringen baulichen Aufwand für eine ausreichende Versteifung des Gebäudes zu sorgen, sind die Stützen von einer der mehreren Reihen vorzugsweise als Stahlstützen ausgebildet, deren untere Enden jeweils in Einzelfundamente aus gegossenem Beton eingebettet sind.Around despite one possible low construction effort for to provide adequate stiffening of the building, are the supports of one of the several rows preferably designed as steel columns, their lower ends each in individual foundations of poured concrete are embedded.
Sowohl bei den Gebäuden mit einer Tiefe von etwa 13 bis 15 m als auch bei den Gebäuden mit einer größeren Tiefe, deren Pultdach an der Gebäuderückseite nach unten gezogen ist, bilden die Stahlstützen vorteilhaft die dritte Stützenreihe von der Vorderseite des Gebäudes aus. Die Stützen der übrigen Reihen werden aus Kostengründen zweckmäßig von Holzstützen gebildet, welche sich mit ihren unteren Enden zweckmäßig auf parallelen Streifenfundamenten abstützen, die sich unterhalb von jeder Reihe von Stützen in Längsrichtung des Gebäudes erstrecken, während die Einzelfundamente der Stahlstützen zweckmäßig parallel zu den beiden entgegen gesetzten Stirnseiten des Gebäudes ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung der Einzelfundamente sorgt für einen besonders hohen Widerstand der Stahlstützen gegen Querkräfte, die von der Vorder- und Rückseite her auf das Gebäude einwirken. Die Einzelfundamente der Stahlstützen sind zweckmäßig in Längsrichtung des Gebäudes mit benachbarten Einzelfundamenten durch Streifenfundamente verbunden, die in dieser Richtung für eine gegenseitige Abstützung der Einzelfundamente und damit für eine Versteifung der Stahlstützen sorgen, wodurch sich der Widerstand derselben gegen Querkräfte erhöht, die von den Stirnseiten her auf das Gebäude einwirken.Either at the buildings with a depth of about 13 to 15 m as well as the buildings with a greater depth, whose pent roof at the back of the building Pulled down, the steel props favorably make up the third based series from the front of the building out. The pillars the remaining rows are for cost reasons appropriately formed by wooden supports, which expediently with their lower ends on parallel strip foundations support, which extend below each row of columns in the longitudinal direction of the building, while the Single foundations of the steel columns expediently parallel aligned to the two opposite ends of the building are. This orientation of the individual foundations makes for a special high resistance of the steel columns against lateral forces, from the front and back on the building act. The individual foundations of the steel columns are appropriate in the longitudinal direction of the building connected to adjacent individual foundations by strip foundations, the in that direction for a mutual support of the Single foundations and thus for a stiffening of the steel columns which increases their resistance to lateral forces, which from the front sides act on the building.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Streifenfundamente nicht nur entlang der Rückseite und der Vorderseite sondern auch entlang der Stirnseiten des Gebäudes, so dass das Gebäude bei Bedarf an einer oder mehreren Seiten durch Wände geschlossen werden kann, die sich auf den Streifenfundamenten abstützen. Jedoch kann das Gebäude auch an allen Seiten offen sein, zum Beispiel bei einer Nutzung als Offen- oder Laufstall für Jungvieh oder zur Einlagerung von Stroh, Heu oder Silage.According to a further advantageous embodiment of the invention, the strip foundations extend not only along the back and the Front but also along the front sides of the building, so that the building can be closed if necessary on one or more sides by walls that are supported on the strip foundations. However, the building can also be open on all sides, for example when used as an open or playpen for young cattle or for the storage of straw, hay or silage.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Stützen so zu bemessen, dass die Zwischenräume oder Abstände zwischen benachbarten Stützen jeder Stützenreihe ebenso wie zwischen benachbarten Stützenreihen, d. h. in Längsrichtung des Gebäudes und quer dazu, zwischen 6 und 7 m betragen, und dass das Pultdach diese Zwischenräume freitragend überspannt.A further advantageous embodiment of the invention provides that Support such that the spaces or distances between adjacent Support each column row as well as between adjacent rows of columns, d. H. longitudinal of the building and across, between 6 and 7 m, and that the pent roof this interspaces cantilevered over.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.in the The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawing embodiment explained in more detail.
Die
in der Zeichnung dargestellten Gebäude
Um
eine hohe Ausbeute an Sonnenenergie zu erzielen, sind die Gebäude
Wie
am besten in
Wie
in
Die
Kollektoren
Um
eine möglichst
variable landwirtschaftliche Nutzung zu ermöglichen, beträgt die Tiefe
T (
Bei
dem in den
Die
Stützen
Die
Stützen
Neben
den Streifenfundamenten
Die
Stützen
Die
Kopfenden von einem Teil der Holzstützen
Die
Firstpfetten
Die
auf der Oberseite des Trapezblechs
Anders
als bei dem zuvor beschriebenen Gebäude
Der
herabgezogene Teil des Pultdachs
Wegen
der geringen Höhe
der Stützen
Auf
der anderen Seite kann jedoch durch die vergrößerte Dachbreite B die Länge des
Gebäudes
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