DE102010033702A1

DE102010033702A1 - Weitgespanntes Kollektorfeld

Info

Publication number: DE102010033702A1
Application number: DE102010033702A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kollektorfeld mit einem Seiltragwerk (3), dem Maste (33) zugeordnet sind, die dazu ausgebildet sind, das Seiltragwerk (3) in einem Abstand zum Baugrund zu halten und äußere Kräfte in den Baugrund einzuleiten. Ein Kollektorfeld umfasst eine Mehrzahl von zur Sonne ausrichtbaren Kollektoreinheiten (1), die jeweils eine Stütze (22) und eine an die Stütze (22) angelenkte und mit mindestens einem Photovoltaikmodul (100) bestückte Arbeitsfläche (10) aufweisen. Das Seiltragwerk (3) weist unverschieblich gelagerte, vorgespannte Seile (2) auf, die als Tragseile (20) und als Spannseile (21) durch Luftstützen (22) untereinander verbunden sind und in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden. Die Stütze (22) einer Kollektoreinheit (1) ist als Luftstütze (22) dazu ausgebildet, die auf die Arbeitsfläche (10) einer Kollektoreinheit (1) einwirkenden äußeren Kräfte an ihren Schnittpunkten mit den Trag- und Spannseilen (20, 21) über zwei, mit einem vertikalen Abstand zueinander angeordnete Knotenpunkte (220, 221) auf die vorgespannten Seile (2) zu übertragen, sodass unterhalb von einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten (1) ein stützenfreier Raum (36) mit einem formstabilen Lichtraumprofil gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kollektorfeld, bei dem eine Mehrzahl von Sonnenkollektoreinheiten, die jeweils aus einer Stütze und einer an den Stützenkopf angelenkten Arbeitsfläche zur Aufnahme von mindestens einem photovoltaischen Modul, mittels von vorgespannten Seilen getragen und über eine Mehrzahl von Masten in einem Abstand zum Baugrund gehalten werden, sodass unter den Kollektoreinheiten ein zusammenhängender, stützenfreier Raum gebildet wird.
Stand der Technik
Mit jährlich sich verdoppelnden Wachstumsraten hat sich die Photovoltaik, auch dank des Energieeinspeisegesetzes, zu einem dynamisch wachsenden Industriezweig entwickelt. Von etwa 2000 Quadratkilometern Dachfläche, die allein in Deutschland zur Verfügung stehen, werden ca. 800 Quadratkilometer als günstig für die Installation einer Photovoltaikanlage erachtet. Aus einem angenommenen Wirkungsgrad von 15% einer Siliziumbasierten Photovoltaik errechnet sich ein Ertrag von 125 TWh/Jahr, was ca. 20% des derzeitigen Strombedarfs der Bundesrepublik Deutschland entsprechen würde. Im Jahr 1990 betrug die installierte PV-Fläche ca. 0,2 Quadratkilometer. Heute, im Jahr 2010 sind es bereits mehr als 100 Quadratkilometer. In Übereinstimmung mit dem Ziel der Bundesregierung, in Zukunft mindestens 25 Gigawatt photovoltaisch zu erzeugen wird bereits in wenigen Jahren die Hälfte der als günstig beurteilten Dachflächen mit Solaranlagen besetzt sein. Der große Vorteil der Photovoltaik besteht in der Direktumwandlung von Strahlung in Strom und einer vergleichsweise hohen, wartungsfreien Betriebsdauer, die mit 30 Jahren angenommen werden kann. Die industrielle Fertigung der Photovoltaikmodule und eine kontinuierliche, graduelle Verbesserung des Wirkungsgrads mono- und polykristalliner Solarzellen nähert die Gestehungskosten von photovoltaisch erzeugtem Strom sukzessive den marktüblichen Preisen an. Eine zweiachsige Nachführung der PV-Module zum Stand der Sonne bewirkt eine um 30% erhöhte Stromausbeute im Vergleich zu starr zur Sonne ausgerichteten PV-Modulen. Im Vergleich zur Photovoltaik hat die Photosynthese der Pflanzen, aus deren Biomasse auch Strom gewonnen werden kann, einen Wirkungsgrad von nur etwa einem Prozent. Vor dem Hintergrund der durch den Klimaschutz bedingten verschärften CO2-Einsparungsbemühungen erscheint ein weiterer Ausbau der Photovoltaik als sinnvoll und geboten.
Die Firma SolarWorld z. B. bietet unter der Produktbezeichnung „Suntrac” eine Kollektoreinheit mit zweiachsiger Nachführung an. Diese weist eine Stütze, die durch ein Fundament aus Stahlbeton am Baugrund eingespannt wird und eine mit PV-Modulen bestückte Arbeitsfläche, die über eine Gelenkanordnung an die Stütze angelenkt ist, auf. Mehrere dieser unmittelbar im Baugrund verankerten Kollektoreinheiten können zu einem Kollektorfeld zusammengefasst werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass der Raum unter den Arbeitsflächen der Kollektoreinheiten nur bedingt für andere Zwecke genutzt werden kann. Eine landwirtschaftliche Nutzung oder aber auch die Nutzung als Verkehrsfläche ist bei einem derartigen Kollektorfeld nicht möglich. Zudem können die Kollektoreinheiten durch bodennahen Staub verunreinigt oder durch Bewuchs verschattet werden.
Seiltragwerke, bei denen Druckstäbe ohne Verbindung untereinander durch Seile stabil im Raum gehalten werden, sog. Tensegrity-Strukturen, wurden bereits Ende der 50er Jahre von Buckminster Fuller systematisch untersucht. Ein Drahtspeichenrad hat er als erste Tensegrity-Struktur identifiziert. Weitspannende Seiltragwerke, bei denen Trag- und Spannseile durch sog. Luftstützen untereinander verbunden sind, gehören heute zum Stand der Technik und sind bei zahlreichen Stadionüberdachungen, wie z. B. beim Niedersachsenstadion in Hannover verwirklicht. Als unverschieblich gelagerte und steife Bestandteile eines Seiltragwerks sind diese Luftstützen besonders gut geeignet, äußere Lasten aufzunehmen.
Die DE 20 2008 010 427 zeigt eine Solarkollektoranordnung, bei der eine der Sonne nachführbare und mit PV-Modulen bestückte Arbeitsfläche an einer dreibeinigen Stützenkonstruktion angelenkt ist. Die Gelenkanordnung am Kopfpunkt der Stütze ermöglicht eine zweiachsige Nachführung dieser Kollektoreinheit zum Stand der Sonne. Der Raum unter der Arbeitsfläche kann hier nur bedingt genutzt werden, da diese Kollektoreinheit unmittelbar am Baugrund verankert ist.
Die DE 20 2007 008 614 zeigt ein Bogentragwerk für Solarmodule, bei dem zur Auflagerung von Solarmodulen quer zu den Bogen verlaufende Seile vorgesehen sind. Dabei werden die starr zur Sonne ausgerichteten Solarmodule über Halteklemmen unmittelbar an den Seilen befestigt.
In der WO 2008/025001 A2 ist ein Seilträger zur Aufnahme von Solarmodulen dargestellt. Abgespannte Maste halten den Seilträger in einem Abstand zum Baugrund. Über ein Gelenk ist der Seilträger verschwenkbar an abgespannten Masten gelagert. In linearer Reihung bilden mehrere dieser Seilträger ein Kollektorfeld. Der Raum zwischen und unter den beweglichen Seilträgern dient in erster Linie als Bewegungsraum für die Seilträger selbst und behindert deshalb andere Nutzungen. Die einzelnen Solarmodule sind ihrerseits ebenfalls drehbar an den Seilen gelagert. Das Verschwenken des gesamten Seilträgers, um die Solarmodule zur Sonne auszurichten, erlaubt jeweils nur ein Anschlussgelenk an den Masten, wodurch diese Seilkonstruktion insbesondere unter Windbeanspruchung sehr labil ist. Auch die unmittelbare Verbindung der einzelnen Solarmodule mit den quer zu ihrer Belastungsrichtung biegeweichen Seilen ist ein Nachteil und nicht förderlich für eine präzise Ausrichtung der einzelnen Solarmodule zur Sonne. Die in dieser Druckschrift vorgestellten Seilträger lösen deshalb die gestellte Aufgabe nicht.
Aufgabenstellung
Angesichts des dargestellten Stands der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, unter einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten einen stützenfreien Raum mit einem formstabilen Lichtraumprofil zu schaffen. Ein weitgespanntes Seiltragwerk kann neue Standorte für die photovoltaische Stromerzeugung erschließen. Allgemein können mit einem weitspannbaren Kollektorfeld Verkehrsflächen, wie z. B. Parkplätze, Lagerplätze, aber auch Straßen und Straßenkreuzungen, sowie innerstädtische Platz- und Parkanlagen für die Photovoltaik erschlossen werden. Dazu kommen Gleisflächen des Schienenverkehrs und bestimmte Bereiche von Flughäfen. Schließlich ermöglicht ein erfindungsgemäßes, lichtdurchlässiges und weitgespanntes Kollektorfeld auch die landwirtschaftliche Nutzung entsprechend überdeckter Flächen. Maste, die im Wasser stehen, oder der Anschluss der Seile an die Wände einer umgebenden Bebauung eröffnen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für ein weitgespanntes Kollektorfeld.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, die Stütze einer zur Sonne ausrichtbaren Kollektoreinheit als Luftstütze auszubilden und durch unverschieblich gelagerte, vorgespannte Seile räumlich so zu halten, dass in der Luftstütze im Vergleich zu einer unmittelbar am Baugrund eingespannten Stütze ein wesentlich geringeres Biegemoment auftritt und die Luftstütze deshalb materialsparend und schlank ausgebildet werden kann.
Ein Seiltragwerk trägt das Eigengewicht der Kollektoreinheiten und nimmt die auf die Kollektoreinheiten einwirkenden äußeren Kräfte, wie Wind- und Schneelasten, über Trag- und Spannseile auf. Die Seilkräfte werden jeweils über zwei vertikal voneinander beabstandete Knotenpunkte in die Maste eingeleitet. Der Abstand dieser Krafteinleitungspunkte ist für eine unverschiebliche Lagerung der Seile von entscheidender Bedeutung. Über die Maste wird das Seiltragwerk in einem Abstand zum Baugrund gehalten. Aufgenommene Lasten werden in den Baugrund eingeleitet. An den Luftstützen ermöglicht der vertikale Abstand von zwei Knotenpunkten eine Kraftzerlegung, wobei sich die Seilkräfte in einem Trag- oder Spannseil um einen bestimmten Betrag erhöhen bzw. verringern. Die Trag- und Spannseile sind im Wesentlichen quer zu den Luftstützen angeordnet und verlaufen parallel oder schräg zueinander oder zeigen als Polygonzug einen konvexen oder konkaven Verlauf.
Da die Arbeitsflächen einer Kollektoreinheit unter Windbeanspruchung wie große Segelflächen wirken, sind für die Ableitung der horizontalen Kräfte und auch für die Aufnahme von Sogbelastungen durch Unterwind besondere Vorkehrungen zu treffen. Unter Windbeanspruchung können die Arbeitsflächen der Kollektoreinheiten abhebende Kräfte bewirken, wobei sich die Belastungsrichtung in einem Seiltragwerk umkehrt, sodass ein Spannseil zu einem Tragseil und ein Tragseil zu einem Spannseil werden. Eine Gelenkanordnung am Kopfpunkt der Luftstützen ermöglicht ein Ausrichten der PV-Module zum Stand der Sonne, wobei die PV-Module in einer bestimmten Stellung zur Sonne festlegbar sind und biegesteif mit der Luftstütze verbunden werden. Eine wesentlich bessere Stromausbeute wird jedoch mit einer Gelenkanordnung erzielt, die eine kontinuierliche Nachführung der PV-Module in zwei Achsen ermöglicht. In diesem Fall verfügt die Gelenkanordnung über einen Stellmotor und Führungselemente, die eine kontinuierliche Anpassung an wechselnde Azimut- und Höhenwinkel der Sonne ermöglichen. Dabei ist sichergestellt, dass eine Arbeitsfläche in jeder Arbeitsstellung biegesteif mit einer Luftstütze verbunden ist. Vorzugsweise ist die Gelenkanordnung am Kopfpunkt einer Luftstütze oberhalb der Seile angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Anlenkung einer zweiteiligen Arbeitsfläche an eine Luftstütze in einem Bereich zwischen den Knotenpunkten mit den Trag- und Spannseilen vorzunehmen. Bei dieser Anordnung ist darauf zu achten, dass der Wirkungsgrad der PV-Module bei partieller Verschattung durch die Seile nicht reduziert wird. Die Arbeitsfläche selbst hat eine Unterkonstruktion als Rost aus biegesteifen Profilen, die eine allseitige Auflagerung der PV-Module ermöglicht.
Diese Aufgaben werden mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen der Erfindung gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im Rahmen der Erfindung kann ein Seiltragwerk als gerichtete Tragstruktur mit einer primären Tragrichtung ausgebildet werden. Sekundäre Trag- und Spannseile verbinden in diesem Fall als quer zur Haupttragrichtung angeordnete Nebenträger die primären Seilträger, wobei randständige Maste die Seilkräfte aus den Seilträgern aufnehmen. Bei einer ungerichteten Tragstruktur sind mindestens zwei gleichwertige Tragrichtungen ausgebildet, wobei die Maste in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. Trag- und Spannseile bilden hier weitmaschige, in zwei Ebenen angeordnete, zwei- oder dreiläufige Netze, deren Knotenpunkte einen Schnittpunkt mit einer Luftstütze aufweisen. Zusätzliche, diagonal verlaufende Spannseile verbinden die beiden Netzebenen und nehmen Querkräfte auf. Bei einer zentrierten Tragstruktur können die Trag- und Spannseile radial oder ringförmig angeordnet sein. In einem umfangsunterspannten Tragsystem sind die Tragseile radial und die Spannseile in konzentrischen Ringen organisiert.
Die Randausbildung eines erfindungsgemäßen Kollektorfelds erfordert besondere Maßnahmen. Eingespannte oder abgespannte Maste dienen der Einleitung der Seilkräfte in den Baugrund. Randträger als Randseile oder als Fachwerkträger oder bei einer zentrierten Tragstruktur als Druckring, nehmen jeweils die Kräfte aus den vorgespannten Seilen auf. Ein weitgespanntes Kollektorfeld benötigt nur wenige Krafteinleitungspunkte am Baugrund. Im Vergleich zu einem Kollektorfeld, bei dem die Kollektoreinheiten einzeln am Baugrund eingespannt werden, benötigt ein erfindungsgemäßes Kollektorfeld Betonfundamente nur an den Masten.
Konstruktion
Die Durchführung von Trag- und Spannseilen erfolgt bei einer einteilig ausgebildeten Luftstütze in quer zu ihrer Längsachse angeordneten Führungshülsen, die z. B. in ein Rohr aus Stahl eingeschweißt werden. In diesen Führungshülsen werden Trag- und Spannseile mit aufgepressten Seilfittingen geführt. Ein Innengewinde an beiden Enden der Führungshülsen ermöglicht den Einbau von justierbaren Schrauben als Widerlager für die Seilfittinge.
Alternativ können mehrteilig ausgebildete, ringförmige Seilklemmen, die an der äußeren Mantelfläche einer Luftstütze geführt werden, Differenzkräfte auf die durchlaufenden, vorgespannten Seile übertragen.
Mehrteilig ausgebildete Luftstützen, die längs oder quer zu ihrer Längsmittelachse geteilt sind, ermöglichen weitere Detailausbildungen für die Seildurchführung und Kraftübertragung. An sich bekannte Seilbeschläge, wie Fittinge, Klemmen und Umlenksättel, sowie Seilendbeschläge wie Hülsen, Gewinde- oder Gabelseilhülsen, können dabei zum Einsatz kommen. Es ist auch möglich, die Seile an den Knotenpunkten mit den Luftstützen zu unterbrechen und die Verbindung zur Luftstütze über entsprechende Seilendverbindungen herzustellen. Eine weitere vorteilhafte Anordnung für die Verbindung der Seile mit einer Luftstütze besteht in paarweise angeordneten Trag- und Spannseilen, wobei eine Luftstütze jeweils im Seilzwischenraum angeordnet ist.
An einem Mast werden die Kräfte aus Trag- und Spannseilen aufgenommen. Dabei sind zwei mit einem vertikalen Abstand zueinander angeordnete Knotenpunkte vorgesehen um eine unverschiebliche Lagerung der Seile zu gewährleisten. Schwingungsdämpfer in Form von Teller- oder Spiralfedern im Zusammenwirken mit hydraulischen Zylindern sind geeignet, extreme Seilbelastungen und -bewegungen zu unterdrücken.
Ein erfindungsgemäßes Kollektorfeld mit einem weitspannenden Seiltragwerk kann in unterschiedlichen Dimensionen realisiert werden. Kleinere Kollektorfelder haben z. B. eine Spannweite zwischen den Masten von 5–15 m. Mittlere sind im Bereich von 15–40 m angesiedelt, während ein Seiltragwerk auch die Überbrückung großer Spannweiten von 40–100 m und darüber hinaus ermöglicht. Bei einer kleinen Anlage kann die Arbeitsfläche einer Kollektoreinheit mit nur einem PV-Modul bestückt sein, während bei weitgespannten Kollektorfeldern die Arbeitsfläche mit einer Mehrzahl von PV-Modulen bestückt sein kann und z. B. eine Fläche von mehr als 50 qm aufweist. Die Arbeitsflächen selbst können eine eckige oder runde Form haben. Die elektrischen Leitungen werden in den Luftstützen geführt und können als Sammelleitungen in einem Leerrohr parallel zu einem vorgespannten Seil oder aber auch in ein stromführendes Seil integriert werden.
Schließlich kann ein erfindungsgemäßes weitgespanntes Kollektorfeld einen Beitrag zur Elektrifizierung des Straßenverkehrs leisten. Dazu ist vorgesehen, innerhalb des stützenfreien Raums ein Oberleitungsnetz an den Luftstützen aufzuspannen, in das der von den PV-Modulen erzeugte Strom unmittelbar eingespeist wird. Kraftfahrzeuge werden mit einem temporär einsetzbaren, einziehbaren Stromabnehmer ausgerüstet und können während der Fahrt mit Strom versorgt werden. Weitspannende Kollektorfelder, die bestimmte Streckenabschnitte einer Autobahn überspannen, sind auch dafür geeignet, im KFZ mitgeführte Batterien während der Fahrt aufzuladen, sodass lästige Ladestopps entfallen.
Es zeigen:
1 ein Kollektorfeld mit einer Mehrzahl von zur Sonne ausrichtbaren Arbeitsflächen, die in einem weitgespannten Seiltragwerk von Luftstützen getragen werden, in der isometrischen Übersicht
2 einen Ausschnitt des Kollektorfelds nach 1 mit vier Luftstützen in perspektivischer Darstellung
3 eine Kollektoreinheit des in den 1 und 2 dargestellten Kollektorfelds in der schematischen Schnittansicht
4 ein Kollektorfeld mit Oberleitungsnetz über einer Autobahn im schematischen Querschnitt
5 den Ausschnitt eines weitgespannten mehrfeldrigen Kollektorfelds im schematischen Querschnitt
6 ein Kollektorfeld mit einer zentrierten Tragstruktur in der isometrischen Übersicht
7 ein Kollektorfeld mit einer gerichteten Tragstruktur in der perspektivischen Übersicht
1 zeigt ein Feld eines sich auf vier Seiten fortsetzenden, weitgespannten Seiltragwerks 3 mit einer ungerichteten Tragstruktur 31. Vier Maste 33 als eingespannte Maste 330 stellen einen Abstand zum Baugrund her. Unterhalb von einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten 1, die jeweils eine zur Sonne ausrichtbare und mit PV-Modulen 100 bestückte Arbeitsfläche 10 besitzen, befindet sich ein stützenfreier Raum 36 mit einer konstanten lichten Höhe. Dabei werden die Arbeitsflächen 10 der Kollektoreinheiten 1 von Luftstützen 22 getragen, die jeweils mit quer verlaufenden Tragseilen 20 und Spannseilen 21 verbunden sind. Trag- und Spannseile 20, 21 sind in zwei voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet und laufen über mehrere Felder durch.
2 zeigt einen Teilausschnitt des in 1 dargestellten Kollektorfelds. Die Tragseile 20 und die Spannseile 21 bilden jeweils weitmaschige Seilnetze 200, 210, deren Knotenpunkte 220, 221 mit den Luftstützen 22 verbunden sind. Die mit PV-Modulen 100 bestückten Arbeitsflächen 10 der Kollektoreinheiten 1 sind oberhalb des Spannseilnetzes 210 angeordnet und über eine nicht näher dargestellte Gelenkanordnung 12 an die Kopfpunkte der Luftstützen 22 angelenkt. Diagonal zu den Seilnetzen 200, 210 verlaufende Trag- und Spannseile 20, 21 leiten vertikale und horizontale Kräfte in die beiden, voneinander beabstandeten Seilnetze 200, 210, die jeweils als Gurtungen des weitgespannten Seiltragwerks 3 wirken, ein. Die Krafteinleitung erfolgt durch zwei voneinander beabstandete Knotenpunkte 220, 221 an den Schnittpunkten mit den Luftstützen 22. Ein Spannknoten 23 dient zur Vorspannung der diagonalen Trag- und Spannseile 20, 21.
3 zeigt eine Kollektoreinheit 1 des in den 1 und 2 dargestellten Seiltragwerks 3 mit einer ungerichteten Tragstruktur 31. Am Schnittpunkt eines oberen Spannseilnetzes 210 und eines unteren Tragseilnetzes 200 und der aussteifenden Trag- und Spannseile 20, 21 mit der Luftstütze 22 sind ein oberer Knotenpunkt 220 und ein unterer Knotenpunkt 221 zur Übertragung der auf die Arbeitsfläche 10 der Kollektoreinheit 1 einwirkenden äußeren Kräfte auf die vorgespannten Seile 2 vorgesehen. Die Luftstütze 22 ist als Hohlprofil mit rundem oder polygonalem Querschnitt ausgebildet. In das Hohlprofil eingeschweißte Führungshülsen 222 dienen der Seildurchführung 2. Aufgepresste Seilfittinge 223 wirken mit den Führungshülsen 222 in einer Lochleibungsverbindung zusammen und tragen Normalkräfte aus der Luftstütze 22 auf die Seile 2 ab. Ringförmige Seilklemmen 224 wiederum übertragen im Zusammenwirken mit der äußeren Mantelfläche der Luftstütze 22, die aus der Querbeanspruchung der Luftstütze 22 resultierenden Kräfte als Differenzkräfte auf die vorgespannten Seile 2. Am Kopf der Luftstütze 22 ist eine nicht näher dargestelle Gelenkanordnung 12 vorgesehen, die eine zweiachsige Ausrichtung der PV-Module 100 zum Stand der Sonne ermöglicht. Dabei können, wie dargestellt, zwei Drehgelenke mit den Schwenkachsen x und y zusammenwirken. Alternativ kann ein Kugelgelenk mit entsprechenden Antriebs-, Führungs- und Steuereinrichtungen vorgesehen sein.
4 zeigt ein Kollektorfeld über einer mehrspurigen Autobahn. Innerhalb des stützenfreien Raums 36 ist ein Oberleitungsnetz 37 unter den Luftstützen 22 aufgespannt. Kraftfahrzeuge sind mit einem temporär einsetzbaren Stromabnehmer 38, z. B. in Form eines Teleskopstabs, ausgestattet und können an bestimmten Autobahnabschnitten während der Fahrt mit Strom versorgt werden. Die Seilkräfte aus dem weitgespannten Seiltragwerk 3 werden über abgespannte Maste 331 in den Baugrund abgeleitet. Luftstützen 22 als integraler Bestandteil der Kollektoreinheiten 1 und des Seiltragwerks 3 werden durch vorgespannte Seile 2 räumlich so gehalten, dass sie äußere, an den PV-Modulen 100 wirksame Kräfte aufnehmen können. In einer gerichteten Tragstruktur 30 wirken durch Luftstützen 22 auf Abstand gehaltene Tragseile 20 und Spannseile 21 zusammen und bilden einen in Haupttragrichtung angeordneten Seilträger, der über einen oberen und einen unteren Krafteinleitungspunkt mit den Masten 33 verbunden ist, wobei ein Abspannseil 25 die Vorspannkräfte aus dem Spannseil 21 in den Baugrund leitet. Sekundäre, diagonale Seilverbände aus Spann seilen 21 steifen als Nebenträger die einzelnen Seilträger untereinander aus und leiten Querkräfte zu den abgespannten Masten 331.
5 zeigt den Ausschnitt eines weitgespannten Kollektorfelds mit einem Seiltragwerk 3 als ungerichtete Tragstruktur 31. Zwei parallel zueinander angeordnete Seilnetze 200, 210 definieren zwei gleichwertige Tragrichtungen und werden durch primäre Luftstützen 22 auf Abstand gehalten. Aussteifende Trag- und Spannseile 20, 21 verbinden als Diagonalen die beiden Seilnetze 200, 210. Sekundäre Luftstützen 22 stützen sich auf Trag- und Spannseile 20, 21. Zwei voneinander beabstandete Knotenpunkte 220, 221 dienen auch bei dieser Anordnung der Übertragung der aus der Querbeanspruchung der Luftstütze 22 resultierenden Kräfte auf die vorgespannten Seile 2. Die Maste 33 sind als eingespannte Maste 330 ausgebildet und definieren einen stützenfreien Raum 36 unterhalb einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten 1.
6 zeigt eine radiale Anordnung von Seilträgern aus Trag- und Spannseilen 20, 21 in einer zentrierten Tragstruktur 32. Luftstützen 22 halten die Seile 2 auf Abstand. Am Kopf dieser Luftstützen 22 sind die Arbeitsflächen 10 der Kollektoreinheiten 1 angelenkt und folgen über einen nicht näher dargestellten Stellmechanismus dem Stand der Sonne. Maste 33 als eingespannte Maste 330 tragen einen Druckring 35, in den die Vorspannkräfte aus den Seilen 2 eingeleitet werden. Eine zentrierte Tragstruktur 32 ist nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern kann alternativ auch polygonal oder oval ausgebildet werden.

7 zeigt den Ausschnitt eines weitgespannten Kollektorfelds mit einer ungerichteten Tragstruktur 31. Eine Mehrzahl von Kollektoreinheiten 1 mit PV-Modulen 100 ist oberhalb der vorgespannten Seile 2 angeordnet und folgt über eine Gelenkanordnung 12 dem Stand der Sonne, wobei die Arbeitsflächen 10 jeweils am Kopfpunkt an eine Luftstütze 22 angelenkt sind. Jede Luftstütze 22 steht über zwei voneinander beabstandete Knotenpunkte 220, 221 mit Trag- und Spannseilen 20, 21 in Verbindung. Bei diesem Beispiel einer gerichteten Seilkonstruktion 31 weisen die Hauptträger ein konkav geführtes Tragseil 20 und ein konvex geführtes Spannseil 21 auf. Diagonale Trag- und Spannseile 21 verlaufen quer zu den Hauptträgern und haben an ihren Schnittpunkten mit den Luftstützen 22 Knotenpunkte 220, 221 für die Übertragung von Normal- und Querkräften aus den Luftstützen 22 auf die vorgespannten Seile 2. Ein Randträger 34, der als viergurtiger Fachwerkträger ausgebildet ist, nimmt die Seilkräfte auf. Der Randträger 34 weist Fachwerkstäbe 340 als Gurte und Füllstäbe auf und ermöglicht die Konzentration der Lasten aus Eigengewicht und Wind auf nur wenige, durch Einzelfundamente aus Beton am Baugrund eingespannte Maste 330. Unter einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten 1 wird ein z. B. als Verkehrsfläche nutzbarer stützenfreier Raum 36 gebildet. Bezugszeichenübersicht

Kollektoreinheit	1	Seile	2	Seiltragwerk	3
Arbeitsfläche	10	Tragseil	20	Gerichtete Tragstruktur	30
PV-Modul	100	Tragseilnetz	200	^Ungerichtete Tragstruktur	31
Schwenkachse	x	Spannseil	21	Zentrierte Tragstruktur	32
Drehachse	y	Spannseilnetz	210	Mast	33
Stütze	22	Luftstütze	22	Eingespannter Mast	330
Gelenkanordnung	12	Knotenpunkte	220 221	Abgespannter Mast	331
		Führungshülse	222	Randträger	34
		Seilfitting	223	Fachwerkstab	340
		Klemmring	224	Druckring	35
		Spannknoten	23	Stützenfreier Raum	36
		Randseil	24	Oberleitungsnetz	37
		Abspannseil	25	KFZ mit Stromabnehmer	38

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008010427 [0005]
DE 202007008614 [0006]
WO 2008/025001 A2 [0007]

Claims

Kollektorfeld mit einem Seiltragwerk (3), dem Maste (33) zugeordnet sind, die dazu ausgebildet sind, das Seiltragwerk (3) in einem Abstand zum Baugrund zu halten und äußere Kräfte in den Baugrund einzuleiten, wobei das Kollektorfeld eine Mehrzahl von zur Sonne ausrichtbaren Kollektoreinheiten (1) umfasst, die jeweils eine Stütze (22) und eine an die Stütze (22) angelenkte und mit mindestens einem Photovoltaikmodul (100) bestückte Arbeitsfläche (10) aufweisen, wobei das Seiltragwerk (3) unverschieblich gelagerte, vorgespannte Seile (2) aufweist, die als Tragseile (20) und als Spannseile (21) durch Luftstützen (22) untereinander verbunden sind und in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden, wobei die Stütze (22) einer Kollektoreinheit (1) als Luftstütze (22) dazu ausgebildet ist, die auf die Arbeitsfläche (10) einer Kollektoreinheit (1) einwirkenden äußeren Kräfte an ihren Schnittpunkten mit den Trag- und Spannseilen (20, 21) über zwei, mit einem vertikalen Abstand zueinander angeordnete Knotenpunkte (220, 221) auf die vorgespannten Seile (2) zu übertragen, sodass unterhalb von einer Mehrzahl benachbarter Kollektoreinheiten ein stützenfreier Raum (36) mit einem formstabilen Lichtraumprofil gebildet wird.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trag- und Spannseile (20, 21) jeweils ein zwei- oder mehrläufiges Seilnetz (200, 210) bilden und ein Seiltragwerk (3) eine gerichtete Tragstruktur (30) mit einer Haupttragrichtung oder eine ungerichtete Tragstruktur (31) mit mindestens zwei gleichwertigen Tragrichtungen oder eine zentrierte Tragstruktur (32) aufweist.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftstütze (22) mittels der vorgespannten Seile (2) räumlich gehalten wird, wobei ein innerer Hebelarm zwischen den Knotenpunkten (220, 221) wirksam ist, um aus der Windbeanspruchung der Arbeitsflächen (10) resultierende Momente auf die Seile (2) zu übertragen.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftstütze (22) einteilig ausgebildet ist und im Querschnitt ein durchgängiges Hohlprofil aufweist, wobei an den Knotenpunkten (220, 221) eingeschweißte Führungshülsen (222) zur Durchführung der vorgespannten Seile (2) vorgesehen sind und die Einleitung der Seilkräfte in eine Luftstütze (22) mittels von Seilhülsen (223) und formschlüssig mit der äußeren Mantelfläche der Luftstütze (22) zusammenwirkenden ringförmigen Seilklemmen (224) erfolgt.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trag- und Spannseile (20, 21) ein polygonales Raster bilden, an dessen Knotenpunkten vorzugsweise vertikal ausgerichtete Luftstützen (22) mit mindestens zwei Seilebenen verbunden sind.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflächen (10) der Kollektoreinheiten (1) als Hochpunkte eines Seiltragwerks (3) oberhalb der Seile (2) und der Masten (33) angeordnet sind.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Arbeitsflächen (10) der Kollektoreinheiten (1) und dem Seiltragwerk (3) eine leichte Dachhaut vorgesehen sein kann, sodass der unter den Kollektoreinheiten (1) gebildete stützenfreie Raum (36) witterungsgeschützt ist.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitsfläche (10) einen von biegesteifen Profilen gebildeten Rost für eine allseitige Auflagerung der PV-Module (100) aufweist.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung (12) einen definierten Verschwenkbereich zur Ausrichtung einer Arbeitsfläche (10) zur Sonne in wechselnden Azimut- und Höhenwinkeln ermöglicht, wobei die Anlenkung an eine Luftstütze (22) vorzugsweise am Kopfpunkt der Luftstütze (22), aber auch zwischen den Knotenpunkten (220, 221) angeordnet sein kann.
Kollektorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Lichtraumprofils eines stützenfreien Raums (36) ein stromführendes Oberleitungsnetz (37) aufgespannt und von den Luftstützen (22) abgehängt wird, in das der an den PV-Modulen (100) erzeugte Strom eingeleitet und von Kraftfahrzeugen, die mit einem Stromabnehmer (38) ausgestattet sind, abgenommen wird.