DE102019130374A1

DE102019130374A1 - Photovoltaikinstallation an einem Turm

Info

Publication number: DE102019130374A1
Application number: DE102019130374.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schroeder
Original assignee: Was Wirtsch Martin Schroeder GmbH; Was Wirtschaftsagentur Martin Schroeder GmbH
Current assignee: Was Wirtsch Martin Schroeder GmbH; Was Wirtschaftsagentur Martin Schroeder GmbH
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines bestehenden Turms einer Windenergieanlage nach Demontage des Maschinenhauses und des Rotors für die Installation einer großflächigen Photovoltaikanlage, insbesondere über mindestens 50 % der Turmhöhe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Verwendung eines Turms einer Windenergieanlage zu Energieerzeugungszwecken.
Windenergieanlagen (WEA) im vorliegenden Zusammenhang sind große Windgeneratoren, die auf einem hohen Turm ein Maschinenhaus tragen, an dem der Rotor gelagert ist. Der Rotor treibt bei Wind einen Generator an, der wiederum elektrische Energie erzeugt. Die Türme weisen eine Höhe in der Größenordnung von etwa 100 m auf. Die erzeugte elektrische Leistung liegt bei einigen hundert kW bis über ein mW. Für die Installation einer solchen Windenergieanlage ist es erforderlich, eine passende Fläche mit einem Fundament und einem elektrischen Anschluss zur Einspeisung in das allgemeine Netz vorzusehen. Außerdem sind Windenergieanlagen genehmigungspflichtig. Die Genehmigungen beinhalten im Allgemeinen eine festgelegte maximale Nutzungsdauer und eine Rückbauverpflichtung.
Aus dem Stand der Technik in Form der Europäischen Patentanmeldung EP 0761965 A1 ist es bekannt, eine Windenergieanlage mit Photovoltaikmodulen unterhalb des Maschinenhauses zu versehen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Windenergieanlage auf dem Turm 1 noch vollständig erhalten ist. Nach verpflichtendem Rückbau von Maschinenhaus und Rotor wird bei diesem Stand der Technik die Photovoltaikanlage deinstalliert werden müssen.
Mit dem Rückbau der Windenergieanlage fällt zum einen der emissionsfrei erzeugte elektrische Strom weg. Zum anderen bedeutet der Rückbau eine nennenswerte finanzielle Belastung der Betreiber der Windenergieanlage. Die an sich noch betriebsbereite Windenergieanlage und insbesondere das Fundament und der elektrische Anschluss wären prinzipiell noch nutzbar, dürfen aber wegen der auslaufenden Genehmigung nicht mehr für eine Windenergieanlage genutzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Nutzung der Installation zu schaffen, die die bestehende Infrastruktur auch ohne den auf dem Mast angeordneten Generatorteil zur Energieerzeugungszwecken ermöglicht.
Diese Aufgabe wird von einer Installation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung eines Turms einer Windenergieanlage nach Rückbau des Maschinenhauses und des Rotors, also ohne den darauf befindlichen Generator zu schaffen, die weiterhin emissionsfreie elektrische Energie zur Verfügung stellt und die die restliche bestehende Infrastruktur weiter nutzt.
Diese Aufgabe wird von einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Weil die Photovoltaikanlage an einem Turm angeordnet wird, der für eine Windenergieanlage eingerichtet und räumlich mit einem Netzeinspeisepunkt verbunden ist, kann eine Photovoltaikanlage mit großer Oberfläche bei einem geringen Platzbedarf am Boden gebaut werden. Die Beeinträchtigung der Bodenvegetation und der Schattenwurf sind dadurch gegenüber einem Feld aus bodennah montierten Photovoltaikmodulen minimiert. Die mechanische Stabilität des Turms, der ehemals für die Last eines Windgenerators ausgelegt wurde, erlaubt auch große Flächen von Photovoltaikmodulen. Schließlich ist die bereits bestehende elektrische Infrastruktur, insbesondere der Netzeinspeisepunkt, vorteilhaft weiter zu nutzen.
Vorzugsweise werden die Photovoltaikmodule an einem ringförmigen Träger montiert, der außen auf dem Turm aufliegt. Der Träger kann dort einfach montiert werden, weil der Turm eine generell leicht konische, sich nach oben verjüngende Struktur aufweist. Die Gewichtskraft hält die ringförmigen Träger dann ohne weitere Befestigungen in ihrer Position. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Stabilität des Turms nicht durch Montagen am äußeren Umfang beeinträchtigt werden soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Photovoltaikanlage in Vertikalrichtung eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen auf, die übereinander montiert sind. In Umfangsrichtung des Turms sind Module zumindest an der Ostseite, der Südseite und der Westseite montiert. Vorzugsweise sind vier plane Module montiert, die nach Nordost, nach Südost, nach Südwest und nach Nordwest ausgerichtet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind in Umfangsrichtung jeweils fünf plane Module montiert, die nach Nordosten, nach Südosten, nach Süden, nach Südwesten und nach Nordwesten ausgerichtet sind. Lediglich die Nordseite des Turms bleibt ohne Photovoltaikmodule.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Photovoltaikmodule entsprechend der geographischen Breite geneigt, und besonders bevorzugt mit einem Schwenkantrieb versehen, der die Neigung der Photovoltaikmodule im Tagesverlauf und jahreszeitlich nach Sonnenstand anpasst.
Dieselben Vorteile ergeben sich bei der Verwendung eines bestehenden Turms einer Windenergieanlage nach Demontage des Maschinenhauses und des Rotors für die Installation einer großflächigen Photovoltaikanlage, insbesondere über mindestens 50 % der Turmhöhe.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1: einen Turm einer ehemaligen Windenergieanlage mit einer großen Anzahl von Photovoltaikmodulen;
2: einen Querschnitt in Horizontalrichtung durch einen Turm mit Photovoltaikmodulen, die in insgesamt vier planen vertikalen Reihen übereinander angeordnet sind; sowie
3: einen Turm in einem Querschnitt entsprechend 2 mit insgesamt fünf vertikalen Reihen von Photovoltaikmodulen.

Die 1 zeigt einen Turm 1 einer ehemaligen Windenergieanlage nach Deinstallation des Rotors und des Maschinenhauses. Der Turm 1 steht auf einem Fundament 2 und trägt eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen 3, die horizontal in Zeilen nebeneinander und vertikal in Reihen übereinander angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 trägt der Turm 1 insgesamt acht vertikale Reihen von Photovoltaikmodulen mit jeweils zehn vertikal aneinander angrenzenden Modulen 3. Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist vereinfacht. In der Realität ist der Turm 1 einer ehemaligen Windenergieanlage wesentlich höher als hier dargestellt und kann bis zu etwa 100 Zeilen von Photovoltaikmodulen 3 übereinander tragen.
Die Sichtseite des Turms 1, auf die der Betrachter der 1 schaut, ist die Südseite. Es sind also zwei vertikale Reihen von Photovoltaikmodulen 3 Richtung Süden ausgerichtet, daran angrenzend links eine Reihe Richtung Südwest und zwei Reihen Richtung Nordwest. Rechts angrenzend an die nach Süden weisenden Reihen von Photovoltaikmodulen 3 ist eine Reihe nach Südost ausgerichtet, daran anschließend zwei nach Nordost ausgerichtete Reihen. Die einzelnen Zeilen von Photovoltaikmodulen sind an einem ringförmigen Träger (hier nicht sichtbar) montiert und auf den konisch sich nach unten erweiternden und nach oben verjüngenden Turm 1 aufgesetzt. Der Durchmesser der ringförmigen Halter ist jeweils so angepasst, dass eine bestimmte Position auf dem Turm 1 in vertikaler Richtung eingenommen und sicher gehalten wird. Mechanische Eingriffe an dem Turm 1 können dadurch auf ein notwendiges Minimum beschränkt werden und die strukturelle Integrität des Turms 1 wird durch diese Befestigungsweise nicht beeinträchtigt.
Die 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Turm 1 mit daran montierten Photovoltaikmodulen 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel trägt der Turm 1 insgesamt vier vertikale Reihen von Photovoltaikmodulen 3, wobei eine erste Reihe 10 mit ihrer äußeren Flachseite Richtung Nordosten orientiert ist, eine zweite Reihe 11 ist Richtung Südosten orientiert, eine dritte Reihe 12 weist Richtung Südwesten, und eine vierte Reihe 13 von Photovoltaikmodulen 3 weist Richtung Nordwesten. So kann mit insgesamt vier vertikalen Reihen das Sonnenlicht über den ganzen Tagesverlauf genutzt werden.
Die 3 zeigt schließlich eine andere Ausführungsform, bei der der Turm 1 insgesamt fünf Reihen von Photovoltaikmodulen 3 trägt. Im Uhrzeigersinn ist eine erste Reihe 20 nach Nordosten ausgerichtet, daran anschließend eine zweite Reihe 21 nach Südosten ausgerichtet. Eine dritte Reihe 22 weist mit ihrer Planseite nach Süden, eine vierte Reihe 23 schließt im Uhrzeigersinn an die dritte Reihe 22 an und weist nach Südwesten. Eine fünfte Reihe 24 von Photovoltaikmodulen 3 weist schließlich nach Nordwesten. Auch mit dieser Anordnung von Photovoltaikmodulen kann Sonnenlicht über den gesamten Tagesverlauf effektiv genutzt werden. Die Ausführungsform gemäß 3 schließt sich enger um den Turm 1 herum als die Ausführungsform nach 2.
Insgesamt ergibt sich eine Photovoltaikanlage mit einem ehemals für eine Windenergieanlage genutzten Turm, die die überragende mechanische Stabilität des Turms 1 ausnutzt, der ja für die Belastungen des Maschinenhauses und des Rotors im dynamischen Betrieb ausgelegt ist. Die Belastung durch die dargestellte Photovoltaikanlage an der Mantelfläche des Turms ist dem gegenüber sehr gering. Die große eines Turm 1 einer ehemaligen Windenergieanlage erlaubt eine große Anzahl und insgesamt eine große Fläche von Photovoltaikmodulen 3, die um ein vielfaches größer ist als die am Boden erforderliche Standfläche des Turms 1 und des dazugehörigen Fundaments. Dadurch ergibt sich gegenüber bodennah installierten Photovoltaikarealen ein ganz erheblich verbessertes Verhältnis zwischen Flächenverbrauch bzw. Flächenversiegelung und installierter Fläche von Modulen 3. In der Nähe des Turms 1 ist auch üblicherweise der Netzanschlusspunkt der Windenergieanlage, der nicht rückgebaut werden muss und der nach der vorgesehenen Betriebsdauer einer Windenergieanlage von etwa 25 Jahren im Allgemeinen noch voll betriebsfähig ist. Diese Installation kann zur Einspeisung des von der Photovoltaikanlage erzeugten Solarstroms in das öffentliche Netz genutzt werden.
Durch die Verwendung eines Turms 1 einer ehemaligen Windenergieanlage nach Deinstallation des Maschinenhauses und des Rotors kann also eine relativ große Photovoltaikanlage mit bestehender Infrastruktur aufgebaut werden. Die Infrastruktur kann weiter genutzt werden. Dabei fallen die Nachteile einer Windenergieanlage (Schattenwurf, Geräuschentwicklung, Gefährdung von Vögeln) vollständig weg. Die Beeinträchtigung der Bodenvegetation durch Schattenwurf oder Regenableitung ist gering, da der Schatten des hohen, schlanken Turms 1 im Tagesverlauf schnell wandert und nur eine relativ kleine Fläche momentan abgeschattet wird. Schließlich ist die an dem Turm 1 installierte Photovoltaikanlage auch dauerhaft besonders effektiv, da eine Verschmutzung durch bodennah verwehten Staub oder durch Laub geringer ausfällt oder ganz wegfällt, sodass der Reinigungsaufwand verglichen mit bodennah installierten Photovoltaikanlagen gering bleibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0761965 A1 [0003]

Claims

Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Photovoltaikmodulen (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage an einem Turm (1) angeordnet ist, der für eine Windenergieanlage konstruiert und räumlich einem Netzeinspeisepunkt benachbart angeordnet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodule (3) an ringförmigen Trägern montiert sind, die außen auf dem Turm (1) aufliegen.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Vertikalrichtung des Turms (1) eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen (3) vorgesehen sind, die übereinander in Umfangsrichtung des Turms (1) zumindest an der Ostseite, der Südseite und der Westseite montiert sind.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangrichtung des Turms (1) nebeneinander vier plane Module (3) montiert sind, die nach Nordost, nach Südost, nach Südwest und nach Nordwest ausgerichtet sind.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangrichtung des Turms (1) nebeneinander fünf plane Module (3) montiert sind, die nach Nordosten, nach Südosten, nach Süden, nach Südwesten und nach Nordwesten ausgerichtet sind.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nordseite des Turms frei von Photovoltaikmodulen ausgebildet ist.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodule entsprechend der geographischen Breite geneigt sind.
Photovoltaikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwenkantrieb vorgesehen ist, der die Neigung der Photovoltaikmodule im Tagesverlauf und jahreszeitlich nach Sonnenstand anpasst.
Verwendung eines bestehenden Turms (1) einer Windenergieanlage nach Demontage des Maschinenhauses und des Rotors für die Installation einer großflächigen Photovoltaikanlage, insbesondere über mindestens 50 % der Turmhöhe.