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Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage mit zumindest einer Anordnung mehrerer Photovoltaik-Module, die mittels eines Rahmenprofils an einer Unterkonstruktion angeordnet sind.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein Photovoltaikanlagen, auch als Photovoltaik-Kraftwerk bezeichnet, zur Erzeugung elektrischer Energie aus Sonnenlicht bekannt. Die Photovoltaikanlagen sind aus mindestens einer Modul-Anordnung mehrerer Photovoltaik-Module gebildet, welche in Gebäudehüllen integriert oder auf Dachflächen und Fassaden von Gebäuden aufgebaut sind. Alternativ umfasst die Modul-Anordnung mehrere Photovoltaik-Module, welche großflächig als so genannte Solar-Paneele auf Unterkonstruktionen oder mittels eines Rahmenelements an Masten befestigt im freien Gelände angeordnet sind.
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Aus der
DE 89 00 621 U1 ist eine Halte- und Nachführeinrichtung für Solarmodule bekannt, welche eine senkrechte, frei stehende Tragesäule aufweist. Die Solarmodule sind mittels eines Modulträgers an einer Horizontalachse befestigt, welche im rechten Winkel an der Tragesäule befestigt ist. Die Solarmodule sind dabei jeweils einzeln und derart zueinander angeordnet, dass zwischen den Solarmodulen ein in vertikaler Richtung licht- und fluiddurchlässiger Freiraum ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Photovoltaikanlage anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelost durch eine Photovoltaikanlage, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Photovoltaikanlage umfasst zumindest eine Anordnung mehrerer Photovoltaik-Module, die mittels eines Rahmenprofils an einer Unterkonstruktion angeordnet sind. Dabei ist die Unterkonstruktion als ein frei stehender Mast ausgebildet. Zudem sind die Photovoltaik-Module paarweise derart lamellenförmig nebeneinander angeordnet, dass zwischen den Photovoltaik-Modulen und/oder zwischen Paaren von Photovoltaik-Modulen und/oder zwischen einem Photovoltaik-Modul und einem Paar von Photovoltaik-Modulen jeweils ein in vertikaler Richtung licht- und fluiddurchlässiger Freiraum ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist bei paarweise lamellenförmig nebeneinander angeordneten Photovoltaik-Modulen jeweils ein erstes Photovoltaik-Modul quer zu dessen Längsausdehnung bezüglich einer gedachten horizontal verlaufenden Ebene um einen zweiten Neigungswinkel geneigt und jeweils ein zweites Photovoltaik-Modul quer zu dessen Längsausdehnung bezüglich der gedachten horizontal verlaufenden Ebene um einen dritten Neigungswinkel geneigt. Die gedachte horizontal verlaufende Ebene ist dabei durch untere Längsseiten der Photovoltaik-Module aufgespannt und eine lichtempfindliche Vorderseite eines jeweiligen Photovoltaik-Moduls ist von der horizontalen Ebene abgewandt und eine Rückseite ist der horizontalen Ebene zugewandt. Dabei sind die Vorderseite des ersten Photovoltaik-Moduls und die Vorderseite des zweiten Photovoltaik-Moduls voneinander abgewandt. Somit ergibt sich im Querschnitt eine mit der gedachten horizontalen Ebene zumindest nahezu ein dreieckförmiger Querschnitt der paarweise angeordneten Photovoltaik-Module.
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Dabei beträgt der zweite Neigungswinkel insbesondere 45° und der dritte Neigungswinkel –45°.
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Aus der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, dass aufgrund der Anordnung der Photovoltaik-Module auf dem Mast nur eine geringe Aufstellfläche erforderlich ist. Unter einem Mast wird dabei ein senkrecht stehender pfeilerähnlicher Träger verstanden, welcher als freistehende Konstruktion ausgebildet oder mit Seilen am Boden verspannt ist.
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Die lamellenförmige Anordnung der Photovoltaik-Module bei gleichzeitiger Ausbildung des in vertikaler Richtung licht- und fluiddurchlässigen Freiraums ermöglicht gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten großflächigen und geschlossenen Lösungen eine naturnahe und intensive Flächennutzung unterhalb der Anordnung, wobei aufgrund der Durchlässigkeit für Licht und Fluide natürliche klimatische Gegebenheiten halbschattiger und durch Regenwasser erreichbarer Flächen möglich sind. Diese Flächen eignen sich, anders als unterhalb bekannter gattungsgemäßer Vorrichtungen vorhandene Flächen, als zusammenhängende Weidefläche und zur Nutzung als gärtnerische oder landwirtschaftliche Fläche, da eine natürliche Bewässerung und Lichtversorgung von Pflanzen möglich ist. Weiterhin eignen sich die Flächen auch für andere allgemeine Flächennutzungen, wie beispielsweise Stellplätze für Fahrzeuge oder halbschattige Freisitze.
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Daraus resultiert gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, welche zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Photovoltaik im Allgemeinen große Flächen beanspruchen und somit Freiflächen und landwirtschaftlich nutzbare Flächen verknappen, der Vorteil, dass eine Konkurrenz zwischen Freiflächen und der Flächennutzung zur Energieerzeugung mittels der Photovoltaik-Anlage verringert wird.
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Zur optimierten Nutzung der Fläche unterhalb der Photovoltaik-Module ist eine Höhe des Mastes an die jeweilige Nutzung angepasst, so dass ein Pflanzenwachstum, eine Bewegung von Menschen oder Tieren sowie von Fahrzeugen unterhalb der Photovoltaik-Module möglich sind.
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Weiterhin wird aufgrund der lamellenförmigen Anordnung eine Angriffsfläche für Windkräfte, insbesondere horizontale Windkräfte, auf die Anordnung verringert, so dass eine Auslegung des Mastes und weiterer erforderlicher Unterbaukonstruktionen, wie z. B. eines Fundaments für den Mast, für geringere Kräfte möglich ist, woraus zum einen eine Material- und Kostenersparnis und zum anderen eine ästhetisch angenehmere Form resultieren.
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Aus der erfindungsgemäßen winkligen und paarweisen Anordnung ergibt sich bei einer Nord-Süd-Längsausrichtung der Photovoltaik-Module, dass diese nach Osten bzw. nach Westen orientiert sind und dass aufgrund der Neigung auch bei geringem Sonneneinfallswinkel bei tiefem Sonnenstand, beispielsweise im Herbst, Winter und Frühjahr hohe Energieerträge erzielbar sind. Die Orientierung Richtung Osten und Westen ermöglicht es, dass ganztägig ein besonders hoher Energieertrag erzielbar ist.
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Bei der paarweisen Anordnung der Photovoltaik-Module sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in gleicher Richtung geneigte Photovoltaik-Module in ihrer Längsausdehnung und bezüglich ihrer lichtempfindlichen Vorderseiten parallel zueinander angeordnet. Dabei sind die Photovoltaik-Module vorzugsweise derart voneinander beabstandet, dass eine Verschattung eines Photovoltaik-Moduls durch ein benachbartes Photovoltaik-Modul für einen Großteil möglicher Sonneneinfallswinkel vermieden wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine einachsige oder zweiachsige Nachführung der einzeln paarweise lamellenförmig angeordneten Photovoltaik-Module möglich, um den Energieertrag weiter zu erhöhen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Rahmenprofil ein Hohlprofil, wobei im Hohlraum innerhalb des Rahmenprofils zumindest ein elektrischer Leiter, beispielsweise ein Kabel, angeordnet ist, mittels welchem die Photovoltaik-Module elektrisch miteinander gekoppelt sind. Dadurch ist eine vor chemischen und mechanischen äußeren Einflüssen geschützte elektrische Verbindung der Photovoltaik-Module möglich.
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Ferner ist vorzugsweise der zumindest eine Mast als Hohlprofil ausgebildet, wobei im Hohlraum innerhalb des Mastes zumindest ein elektrischer Leiter zur Leitung von mittels der Photovoltaik-Module erzeugter elektrischer Energie angeordnet ist, wobei der elektrische Leiter elektrisch mit zumindest einer weiteren Anordnungen mehrerer Photovoltaik-Module und/oder einem Wechselrichter und/oder einer Netzverteilung und/oder einem Netzeinspeisepunkt gekoppelt ist. Dadurch ist es möglich, mehrere Anordnungen mit Photovoltaik-Modulen zu der Photovoltaik-Anlage elektrisch parallel und/oder in Reihe zu verschalten. Auch ist eine einfache elektrische Verbindung mit einem Wechselrichter, einer Netzverteilung und/oder einem Netzeinspeisepunkt möglich, wobei der elektrische Leiter, welcher beispielsweise ein Kabel ist, vor chemischen und mechanischen äußeren Einflüssen geschützt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die paarweise lamellenförmig angeordneten Photovoltaik-Module jeweils auf einem lamellenförmigen Winkelprofil angeordnet, wobei die lamellenförmigen Winkelprofile an dem Rahmenprofil befestigt sind. Das lamellenförmige Winkelprofil ermöglicht eine stabile, insbesondere verwindungssteife und gleichzeitig einfache Befestigung der Photovoltaik-Module an dem Rahmenprofil.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1A schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage in einer Seitenansicht,
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1B schematisch eine Anordnung mehrerer Photovoltaik-Module der Photovoltaikanlage gemäß 1A in einer Draufsicht,
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1C schematisch Detaildarstellungen von Schnittdarstellungen der Anordnung gemäß 1B,
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1, wobei die Photovoltaikanlage 1 zwei Anordnungen 2 mit jeweils mehreren paarweise lamellenförmig nebeneinander angeordneten Photovoltaik-Modulen 3, 4 umfasst. Bei der Photovoltaikanlage 1 handelt es sich um ein so genanntes Photovoltaik-Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie aus in 1C gezeigtem Sonnenlicht L, wobei die zwei Anordnungen 2 oder in nicht näher dargestellter Weise mehr als zwei Anordnungen 2 elektrisch parallel und/oder in Reihe miteinander gekoppelt sind. Die Photovoltaik-Module 3, 4 sind rahmenlose Dünnschicht-Photovoltaik-Module.
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Jedes Paar P von Photovoltaik-Modulen 3, 4 umfasst dabei ein erstes Photovoltaik-Modul 3 und ein zweites Photovoltaik-Modul 4, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht alle Photovoltaik-Module 3, 4 mit Bezugszeichen versehen sind.
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Die Photovoltaik-Module 3, 4 sind mittels eines in den 1B und 1C detailliert dargestellten runden Rahmenprofils 5 mit einer Breite B, welche dem Durchmesser entspricht, an einem senkrecht verlaufenden Mast 6 angeordnet, welcher wiederum am Boden befestigt ist. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Rahmenprofil 5 eine abweichende Form, beispielsweise eine elliptische oder vieleckige Form auf.
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Die Befestigung des Rahmenprofils 5 an dem Mast 6 erfolgt mittels drei Verstrebungen 7 bis 9, so dass die Anordnungen 2 jeweils einen schirmartigen Aufbau aufweisen. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können auch mehr als drei Verstrebungen 7 bis 9 vorgesehen sein, wobei eine Anzahl der Verstrebungen 7 bis 9 insbesondere in Abhängigkeit von zu tragenden Lasten gewählt wird.
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In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen sind mehrere Masten 6 zur Befestigung des Rahmenprofils 5 mit den Photovoltaik-Modulen 3, 4 am Boden vorgesehen.
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Die Photovoltaik-Module 3, 4 sind paarweise derart lamellenförmig nebeneinander angeordnet, dass zwischen den Paaren P von Photovoltaik-Modulen 3, 4 jeweils ein in vertikaler Richtung für Sonnenlicht L und fluiddurchlässiger Freiraum ausgebildet ist, so dass sich unterhalb der Photovoltaik-Module 3, 4 eine halbschattige und durch Regenwasser erreichbare Fläche bildet.
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Eine Breite des jeweiligen Freiraums ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass sich zwischen den einzelnen Photovoltaik-Modulen 3, 4 kein Schnee ansammeln kann, so dass eine Verdeckung der lichtempfindlichen Flächen der Photovoltaik-Module 3, 4 mit Schnee und starke mechanische Belastungen der Anordnungen 2 aufgrund des hohen Gewichts von Schnee vermieden werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche unterhalb der Anordnungen 2 eine Weidefläche für Tiere. Die Fläche eignet sich alternativ oder zusätzlich als gärtnerische Fläche, landwirtschaftliche Fläche oder für andere allgemeine Flächennutzungen, wie beispielsweise Stellplätze für Fahrzeuge oder halbschattige Freisitze.
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Die Anordnung 2 weist eine Gesamthöhe H auf, welche in Abhängigkeit der gewünschten Nutzung der Fläche unterhalb der Photovoltaik-Module 3, 4 ausgebildet ist. Hierzu ist die eine Höhe des Mastes 6 jeweils angepasst. Um eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Windlasten und gleichzeitig einen ausreichenden Raum für eine Bewegung von Menschen, Tieren und Fahrzeugen unterhalb der Photovoltaik-Module 3, 4 zu ermöglichen, ist eine Gesamthöhe H von 3,50 m bei einer Höhe des Mastes 6 von 2,70 m vorteilhaft. Die Gesamthöhe H und die Höhe des Mastes 6 können je nach Anforderungen und einer gewünschten Nutzung der Fläche unter der Anordnung 2 abweichend von den angegebenen Größen ausgebildet sein.
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Bei der Anordnung der Photovoltaik-Module 3, 4 ist jeweils das erste Photovoltaik-Modul 3 eines Paares P quer zu dessen Längsausdehnung bezüglich einer in 1C näher dargestellten gedachten horizontal verlaufenden Ebene E1 um einen zweiten Neigungswinkel β geneigt. Die gedachte horizontal verlaufende Ebene E1 ist dabei durch untere Längsseiten der Photovoltaik-Module 3, 4 aufgespannt.
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Das zweite Photovoltaik-Modul 4 ist quer zu dessen Längsausdehnung bezüglich der gedachten horizontal verlaufenden Ebene E1 um einen dritten Neigungswinkel γ geneigt.
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Eine lichtempfindliche Vorderseite des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 3, 4 ist von der horizontalen Ebene E1 abgewandt und eine Rückseite des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 3, 4 ist der horizontalen Ebene E1 zugewandt.
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Gleichzeitig sind die Vorderseite des ersten Photovoltaik-Moduls 3 und die Vorderseite des zweiten Photovoltaik-Moduls 4 voneinander abgewandt, so dass sich im Querschnitt die dargestellte dreieckförmige Anordnung der Photovoltaik-Module 3, 4 ergibt.
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Hierbei sind in gleicher Richtung geneigte Photovoltaik-Module 3, 4, d. h. jeweils die ersten Photovoltaik-Module 3 und jeweils die zweiten Photovoltaik-Module 4, in ihrer Längsausdehnung und bezüglich ihrer lichtempfindlichen Vorderseiten parallel zueinander angeordnet.
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Die Neigungswinkel β, γ sind derart ausgebildet, dass Schneeablagerungen auf den lichtempfindlichen Vorderseiten der Photovoltaik-Module 3, 4 vermieden oder zumindest verringert werden.
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1B zeigt eine der Anordnungen 2 der Photovoltaik-Module 3, 4 gemäß 1A in einer Draufsicht.
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Die Photovoltaik-Module 3, 4 sind jeweils paarweise auf einem lamellenförmigen, abgekanteten Winkelprofil 10 angeordnet. Die Winkelprofile 10 bestimmen dabei die Neigungswinkel β, γ zu der gedachten Ebene E1 und sind an dem Rahmenprofil 5 befestigt. Die Befestigung ist kraft-, stoff- und/oder formschlüssig ausgebildet, wobei die Befestigung beispielsweise durch eine Vernietung, Verschraubung, Verschweißung, Verklebung und/oder Verklemmung gebildet ist.
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Die Winkelprofile 10 sind aus Aluminium gebildet. Alternativ sind die die Winkelprofile 10 aus anderen Metallen, Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen gebildet.
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In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen, insbesondere bei großen Längen der Winkelprofile 10, sind zur mechanischen Stabilisierung der Winkelprofile 10 entlang ihrer Längsausdehnung eine oder mehrere Querverstrebungen oder dem Querschnitt der Winkelprofile 10 entsprechenden dreieckförmige Stabilisierungselemente eingebracht.
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Die Winkelprofile 10 sind mit den darauf angeordneten Photovoltaik-Modulen 3, 4 in Nord-Süd-Längsausrichtung ausgerichtet, so dass die jeweils ersten Photovoltaik-Module 3 nach Osten O orientiert und die jeweils zweiten Photovoltaik-Module 4 nach Westen W orientiert sind.
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1C zeigt Detaildarstellungen von Schnittdarstellungen der Anordnung 2 gemäß 1B.
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Der zweite Neigungswinkel β beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 45° und der dritte Neigungswinkel γ –45°, so dass die Photovoltaik-Module 3, 4 derart angeordnet sind, dass zu verschiedenen Tageszeiten stets zumindest eines der Photovoltaik-Module 3, 4 bestrahlt wird. Die Neigungswinkel β, γ können in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen je nach Anwendungsfall und insbesondere in Abhängigkeit eines geografischen Aufstellungsortes und des davon abhängigen Sonneneinfallswinkels abweichend von den dargestellten Größen ausgebildet sein. Auch können die Beträge der beiden Neigungswinkel β, γ unterschiedlich sein.
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Das Rahmenprofil 5 ist ein als umlaufendes Rundrohr ausgebildetes Hohlprofil, welches beispielsweise einen Durchmesser von 3400 mm aufweist. Die Größe des Durchmessers kann je nach Anwendungsfall andere Werte aufweisen. Im Hohlraum R1 innerhalb des Rahmenprofils 5 ist in nicht näher dargestellter Weise ein als Kabel ausgebildeter elektrischer Leiter angeordnet, mittels welchem die Photovoltaik-Module 3, 4 elektrisch miteinander verschaltet sind. Zur Durchführung des elektrischen Leiters von den Photovoltaik-Modulen 3, 4 in den Hohlraum R1, sind in eine Wandung des Rahmenprofils 5 in nicht dargestellter Weise Durchführungen eingebracht, welche vorzugsweise fluiddicht ausgebildet sind.
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Bei dem elektrischen Leiter kann es sich abweichend von dem Kabel auch um Stromschienen handeln.
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Auch der Mast 6 ist als Hohlprofil ausgebildet, wobei im Hohlraum R2 innerhalb des Mastes 6 in nicht näher dargestellter Weise ein als Kabel ausgebildeter elektrischer Leiter zur Leitung von mittels der Photovoltaik-Module 3, 4 erzeugter elektrischer Energie verläuft. Hierzu ist der elektrische Leiter mit dem im Rahmenprofil 5 verlaufenden elektrischen Leiter verbunden. Der im Mast 6 verlaufende elektrische Leiter, welcher alternativ auch aus Stromschienen gebildet sein kann, ist ebenfalls in nicht dargestellter Weise elektrisch der weiteren in 1A dargestellten Anordnung 2 zu parallelen und/oder seriellen elektrischen Verschaltungen der Anordnungen 2 gekoppelt. Zusätzlich ist der im Mast 6 angeordnete elektrische Leiter mit einem Wechselrichter und/oder einer Netzverteilung und/oder einem Netzeinspeisepunkt gekoppelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Photovoltaikanlage
- 2
- Anordnung
- 3
- erstes Photovoltaik-Modul
- 4
- zweites Photovoltaik-Modul
- 5
- Rahmenprofil
- 6
- Mast
- 7
- Verstrebung
- 8
- Verstrebung
- 9
- Verstrebung
- 10
- Winkelprofil
- B
- Breite
- E1
- Ebene
- H
- Höhe
- L
- Sonnenlicht
- N
- Norden
- O
- Osten
- P
- Paar
- R1
- Hohlraum
- R2
- Hohlraum
- S
- Süden
- W
- Westen
- α
-
- β
- zweiter Neigungswinkel
- γ
- dritter Neigungswinkel
