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Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit zumindest einem Paneel, welches auf einem Gestell angeordnet ist.
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Stand der Technik
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In Dörfern, wo am meisten Familienhäuser stehen, sind Paneele häufig auf dem Dach angebracht. Diese haben üblicherweise 335 W Leistung im Schnitt. Für den normalen Betrieb in einem Familienhaus ist diese Leistung völlig ausreichend. Wenn das Dach optimal nach Süden ausgerichtet ist und eine ideale Form hat, kann so ein Dach mit maximal 40 Paneelen ausgestattet werden. Die entsprechende maximale Leistung ist dann 40 x 335 W = 13.4 kW. Dies ist aber nur in wenigen Fällen möglich, überwiegend werden nur 5-8 kW erzeugt.
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Heute ergibt sich aber die Notwendigkeit der Ladung von Elektroautos. Dafür ist optimal eine Ladung mit 11 kW / 380 V zu realisieren. Die oben erwähnte durchschnittliche Solaranlage auf dem Dach ist dann im Schnitt nicht mehr ausreichend. Nur die besten Dächer erzielen 13 kW, aber dies sind Ausnahmen.
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Die ideale Solaranlage sollte 17 kW erbringen. Das entspricht auch einem regulären Elektrosystem eines Familienhauses, mit 380V und Sicherungen 25B. Die 17 kW geben dann etwas Reserve zu den erforderlichen 11 kW für eine schnelle Ladung zu Hause. Diese Reserve ist wichtig, damit auch bei nicht optimaler Sonnenstrahlung schnell geladen werden kann.
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Das Ziel einer 17 kW Solaranlage ist es, zwischen 12 und 15 Uhr (nach Küchenarbeit) das Elektroauto möglichst effizient zu laden. Dafür ist keine Stromspeicherung im Haus nötig. Die Alternative wäre, zwei Stromspeicher zu planen, z.B. zwei Teslabatterie jeweils 14.8 kWh à 6'500 CHF pro Stück. Es gäbe insgesamt eine Speicherung von 30 kWh, was genau die Ladungskapazität zwischen 12 und 15 Uhr entspricht (11 kW mal 3 Stunden = 33 kWh).
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Folgende Tabelle vergleicht die drei Varianten für ein Familienhaus. 4 kW für Haus ohne Autoladung, 8 kW mit Autoladung durch integralen Speicherung und 17 kW mit Autoladung direkt, kurz und schnell, ohne Speicherung. Die 17 kW Anlagevariante ist günstiger und nachhaltiger mit nur einer Batterie, wo es Sinn macht, also im Auto und nicht im Haus.
| Autoladung | | nein | ja | ja |
| Autoladung, wie | | ,- | Hausspeicher | direkt |
| Arbeitsprinzip | | | Tagsintegral | Spitz, 12-15 h |
| Solaranlage, Leistung | kW | 4 | 8 | 17 |
| Hausspeicher Kapazität | kWh | 0 | 30 | 0 |
| Hausspeicher Preis | kCHF | 0 | 13 | 0 |
| Paneele + Optimisers*, Preis | | 4 | 8 | 16 |
| Elektriker Kastenverbindung, Preis | | 2 | 2 | 2 |
| Wechselrichter, Preis | | 2 | 2 | 2 |
| Total Material Preis | | 8 | 25 | 20 |
| Total Preis der Anlage, montiert | | 16 | 50 | 40 |
*Leistungsoptimierer
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Vom Dach können also maximal 13 kW, von den meistens Dächer maximal 4 bis 8 kW kommen. Wie können somit 17 kW in oder an einem Familienhaus generisch erzeugt werden?
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Stand der Technik ist ein Rahmen, der die Paneele mit Winkel hält. Die Option Winkel Tracking ist auch Stand der Technik, aber in diesem Konzept nicht einmal nötig. Der Grund ist, dass man nicht die Produktion am Tag maximieren will. Ziel ist zwischen 12 und 15 Uhr eine Spitzleistung zu bekommen, um die 11 kW der Ladung zu gewährleisten. Tracking Systeme sind nur interessant um eine integrale Produktion zu maximieren.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solaranlage zu entwickeln, die zusätzlich zu den bekannten bereits vorhandenen Solaranlagen die zusätzlich benötigte Leistung erbringt. Natürlich ist es denkbar, Solarpaneele auch an anderer Stelle des Grundstücks, insbesondere im Garten anzuordnen. Dann kommt die Frage, wie praktisch ist es, so eine Solaranlage neben der Hecke / Zaunlinie / Mauer zu pflegen? Wie kann der Rasen noch geschnitten werden? Wie kann ohne Mühe die Hecke geschnitten werden? Wie kann der Schatten, den die Paneele erzeugen, weiter optimiert bzw. entsprechend der Tages- und der Jahreszeit variiert werden? Wie kann ein Baum belassen werden, ohne dass er störenden Schatten auf die Paneele wirft?
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führt, dass das Paneel gegenüber dem Gestell verschiebbar ist.
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D.h., die Lösung ist die Kombination: Dach, Fassade und Teil des Grundstücks. Auf dem Grundstück gibt es normalerweise eine Bepflanzung, insbesondere eine Hecke und/oder eine Zaunlinie/Mauer. Allein entlang der Grenze ist es möglich eine 8 kW Solaranlage anzubringen. Dafür ist erfindungsgemäss ein Gestell notwendig, um die 3 Paneele pro Gestell zu tragen.
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Vom Erfindungsgedanken wird vor allem die seitliche Verschiebung umfasst, denkbar ist aber auch eine Verschiebung nach oben oder unten bzw. in jede gewünschte Richtung innerhalb einer Ebene. Drei Paneele auf einem Gestell liefern 1 kW. Das Gestell, das drei Paneele angewinkelt hält, kann so konzipiert werden, dass es um eine Paneelbreite eine seitliche Verschiebung ermöglicht. Damit wird auf der Seite des Solarsystems eine grosse freie Passage (1 m oder mehr) ermöglicht, um die Hecke ohne Mühe zu schneiden oder um den Grass links/rechts der Anlage zu pflegen oder um den Baumschatten auf den Paneelen zu vermeiden. Der Schatten der Hecke/Mauer selbst ist auch dank der seitlichen Verschiebung vermeidbar. Schatten von Nachbarbepflanzung bzw.- anlagen sind mit der erfindungsgemässen Lösung auch vermeidbar, vor allem zu den Zeiten, wo der Pkw direkt geladen wird, zum Beispiel zwischen 12-15 Uhr. Im Sommer kann mehr vom Grundstück genutzt werden, wenn die Paneele einfach kompakt auf der Seite verschoben sind, dicht an der Grenzlinie. Nur wenn das Auto im Ladungsmodi sich befindet, werden alle Solargestelle seitlich optimal positioniert, so dass die Ladung effizient geschieht.
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Die schnelle Ladung passiert zwischen 12 und 15 Uhr, mit 11 kW Leistung. Dazu kann noch ein smart-Gerät der Firma SolarEdge eingeschaltet werden, das die 11 kW für den Pkw liefert, nur wenn sie von der Sonne kommen. Damit ist die Ladung im autonomen Modus.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll das Verschieben der Paneele auf Rollen erfolgen. Das Gestell hat beispielsweise vier Rollen, auf denen zwei Paneelträger rollen können. Diese Träger werden bevorzugt jeweils durch ein Profil gebildet. Der Träger ist aus Aluminium und besteht aus horizontalen Schienen bzw. Profilen als Unterkonstruktion. Er ist normalerweise konzipiert, um Paneele auf dem Dach zu halten.
Es gibt ein handelsübliches Modell unter dem Handelsname: AluTec mit 50 mm Bauhöhe. Dieses ist optimal für die vorliegende Erfindung dank seiner Steifigkeit. Es lässt kaum Biegung während der seitlichen Verschiebung zu. Das System bleibt visuell schön flach, egal was für eine Position die Paneele auf dem Gestell einnehmen. Dieses Aluminium-Profil hat zusätzlich eine Kante, die als Windsicherung genutzt werden kann. Das Profil weist eine Nut auf, die der Verbindung des Profils mit dem Paneel dient. Die Verbindung kann fest oder variabel sein. Für eine feste Verbindung ist eine Scheibe/Plättchen/ Hammerkopfschraube in der Nut vorgesehen, die über ein Befestigungselement (Schraube und Sicherheitsmutter) mit dem Paneel verbunden wird. Das Befestigungssystem mit dem gleitbaren Plättchen/Hammerkopfschraube hat den Vorteil, unabhängig von der Paneelgeometrie zu sein. Einfach das Plättchen in der Nut gleiten lassen, bis die Hammerkopfschraube das Paneelloch trifft. Sonst müsste das Profil/der Paneelträger Löcher bekommen, die genau auf die Paneelgeometrie angepasst sind, und das für die drei Paneele. Dieses Befestigungssystem ist immer gleich für alle Paneeltypen. Denkbar ist aber auch, dass es sich anstelle der Scheibe um eine Rolle handelt, sodass das Paneel auch gegenüber dem Profil verschiebbar ist. Vor allem im letzteren Fall sind entsprechende Stopper vorgesehen, sodass die Rollen nicht ungewollt aus der Nut herausgleiten können. Ein Stopper hält die Profile in jedem Rollsystem oder in jedem Gleitsystem. Somit ist das Paneelesystem windgesichert.
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Von dem Profil ragt bevorzugt ferner ein Stützstreifen ab, der mit einem Fuss auf Rollen, die mit dem Gestell verbunden sind, aufsteht. Die Rollen sind bevorzugt aus Polyamid, Aussendurchmesser 50 mm, Innendurchmesser 10 mm. Der Aussendurchmesser der Rolle weist eine nach innen gewölbte Struktur auf, während der Fuss eine Aussenwölbung besitzt. Sie sind deshalb so geformt, um eine Rollkurve zu bekommen, so dass das Profil/der Träger die Rollen aufnehmen kann. Der Grund ist der Winkel der Paneele (14°), damit sie nicht nach unten rutschen können.
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Die Fixierung der Paneele auf/an dem Profil/Träger erfolgt so:
- Das Profil AluTec hat z.B. einen Schlitz oder eine Nut mit 5.5 mm Höhe. Darin lassen sich Verbindungselemente verschieben und mit Befestigungselementen festlegen. Das Aluminium-Verbindungselement/Plättchen 25 x 31.7 x 4.9 mm ist gebohrt, mit Gewinde M6 geschnitten und 1.5 mm tief gefräst. Darin ist dann eine Schraube mit tiefen Kopf angeschraubt und mit Dauerkleber gesichert. So ist die Hammerkopfschraube gebaut.
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Ein Eloxieren/Anodisierung des Aluminium-Profils erzeugt sehr wenig Reibkraft. Von dem her ist es möglich, auf die Rollen zu verzichten. Das Aluprofil kann auch in einem Schlitz in einem Holzsupport gleiten. Diese Variante ist als Gleitsystem beschrieben.
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Eine Schraube auf beiden Seiten der Verbindung sorgt für eine Arretierung, so dass die seitliche Verschiebung nicht aus dem System gleitet.
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Der Rollwiderstand ist somit optimiert, und ein System von drei Paneelen lässt sich mit einer Hand leicht um einen Meter oder mehr seitlich verschieben.
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Eine Kombination von Lärchenholz mit schwarzen Trägern / Profilen / Paneelen ist optimal. Es gibt Lärche-Balken für die Unterkonstruktion von Holzterrassen. Diese sind günstig und sehr gut für so ein Solargestell geeignet.
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Das Aluminium-Profil lässt sich schwarz eloxiert erhalten. Das Elox ist eine zusätzliche Stromsicherung, da das Elox nicht leitet. Die Verbesserung dient auch als Sicherung. Wenn es irgendeinen Fehlstrom geben würde, stoppt die Anlage. Die Erdung der Paneele ist die dritte Stromsicherung.
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Die einfachste Methode, um so eine Gartensolaranlage zu montieren ist:
- - 4 Betonsteine (20 cm x 20 cm) pro Set / Gestell auf dem Grundstück anordnen
- - Mit Laserniveaumessgerät die Höhe der Betonsteinen auf dem Grundstück festlegen (Nivellierung)
- - Gestell aus Holz (eingeölter Lärche) mit Beinlängen errichten
- - Gestell im Boden verankern (Spiralanker, Gewindestange in gebohrte grosse Bodentiefsteine einkleben)
- - Schlauchkanal im Boden implementieren
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Eine weitere Option ist, die Distanz zwischen jedem System regelbar zu machen. Diese zweite Neuheit ist mit einer axialen Verschiebung zu verstehen. Im Sommer können alle Gestelle schön hinten oder vorne kompakt gesammelt werden, mit kurzen Abstand dazwischen. Im Winter ist im Gegenteil der Abstand grösser, und die Gestelle nehmen dann viel mehr Platz ein auf dem Grundstück. Die axiale Verschiebung ist kompatible mit den Saisonzyklen: Im Sommer soll mehr vom Grundstück genutzt werden, die axiale Verschiebung versetzt also alle Solargestelle schön kompakt nach hinter. Im Winter ist es nicht mehr so wichtig, und die Solar-Systeme können wieder mehr Platz einnehmen.
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Die wesentlichen Vorteile sind also:
- - seitliche Verschiebung für eine angenehme Pflege/Unterhalt des Grundstücks um das Solarsystem, inklusiv Schattenmanagement
- - axiale Verschiebung für ein Mehrnutzen des Grundstücks im Sommer, inklusiv Schattenmanagement
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Im Stand der Technik wurde erwähnt, dass eine Autoladung ohne Hausspeicher am besten funktioniert für die Mehrheit der Familienhäuser, wenn die Solaranlage durch eine Kombination ausgelegt ist. Das heisst, Paneele auf Dach, an der Fassade und auf dem Grundstück, was am besten funktioniert. Eine Solaranlage auf dem Dach ist heute schon weit verbreitet. Eine Solaranlage an der Fassade eines Familienhauses und/oder auf dem Grundstück ist noch eine Ausnahme. Die Fassade unterliegt vor allem der Forderung nach einem geeigneten Design. Standard-Haltungssysteme sind so konzipiert, dass die Paneele kompakt nebeneinander montiert sind. Das Aussehen ist dann wie eine grosse farbige Fläche auf der Fassade.
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Ein neues Konzept ist, die Paneele als Mosaikelemente zu nutzen, um eine Struktur in der Fassade zu kreieren. Schon ein Abstand von 10 cm zwischen den Paneelen gibt eine Mosaikstruktur, die besser aussieht als eine kompakte homogene Paneelfläche.
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Auch für diesen Fall sind die oben erwähnten Lärche-Balken nutzbar. Sie erlauben eine Unterkonstruktion ähnlich wie unter einer Holzterrasse. Damit kann man die Paneele einzeln auf der Fassade fixieren, mit 10 cm Abstand nebeneinander. Die farbliche Kombination schwarzes Eloxal der Paneelen mit der Lärche ist in diesem Fall wieder optimal. Diese Holzunterkonstruktion erlaubt auch eine gute Ventilation der Paneele, dank der sie am leistungsfähigsten sind. Die Verdrahtung ist auch dank der Unterkonstruktion optimal. Für die Festlegung der Paneele bzw. der Unterkonstruktion an der Fassade kann ein ähnliches Befestigungselement wie für die Gestelle auf dem Boden vorgesehen werden, nämlich zum Beispiel eine geklebten Gewindestange.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
- 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Solaranlage;
- 2 einen vergrössert dargestellten Ausschnitt aus der Solaranlage gemäss 1.
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Gemäss 1 ist auf einem Gestell 2 ein Paneel 1 angeordnet. Dabei handelt es sich um ein handelsübliches Solarpaneel, das meist einen Aussenrahmen aufweist, welcher die einzelnen Solarzellen umgibt. Das Gestell 2 ist so aufgebaut, dass es eine bestimmte Winkelstellung des Solarpaneels gegenüber der Sonne erlaubt. Es besteht bevorzugt aus Lärchenholz, welches gegenüber der Witterung wenig anfällig ist. Im Übrigen soll das Gestell 2 aus handelsüblichen Konstruktionselementen, die auch für Holzterrassen verwendet werden, bestehen.
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Das Paneel 1 stützt sich über zwei Profile 5 gegen das Gestell 2 ab. Diese Profile 5 sind ebenfalls handelsüblich und können unter dem Namen AluTec erworben werden. Zum Paneel hin bildet das Profil 5 eine Aufnahme 7 aus, welche eine Verbindung mit dem Paneel 1 erlaubt. Hierzu wird eine entsprechende Rolle oder Scheibe/Plättchen/Hammerkopfschraube 8 in einer Nut 9 der Aufnahme 7 geführt, die ein Ausrichten von entsprechenden Verbindungselementen 10 erlaubt. Handelt es sich um eine Rolle, so kann das Paneel 1 auch gegenüber dem Profil 5 bewegt werden.
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Von dieser Aufnahme 7 ragt ein Stützstreifen 11 ab, an den endwärtig ein Fuss 12 angeformt ist. Dieser weist eine gewölbte Sohle 13 auf, die auf einer Rolle 3 und dort auf einem entsprechend mit einer Innenwölbung versehenen Rollenteil aufsitzt.
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Nahe der Rolle 3 ist ein Haken 4 vorgesehen, der den Fuss 12 teilweise übergreift und damit vermeidet, dass der Fuss 12 von der Rolle 3 springt.
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Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
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Das Gestell 2 mit dem oder den Paneelen 1 wird an einer beliebigen Stelle im Garten aufgestellt, wobei dies auch im Schatten von einer Bepflanzung, beispielsweise einer Hecke, geschehen kann. Dabei steht es zum Beispiel auf entsprechenden Betonsteinen auf. Um seine Position zu fixieren, ist eine Bodenverankerung 14 vorgesehen. Diese kann in einem Tiefenstein im Boden festgelegt werden.
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Entsprechend dieser Beschattung kann das Paneel seitlich verschoben werden, indem der Stützstreifen 11 mit seinem Fuss 12 auf den Rollen 3 abrollt. Je nach gewählter Anordnung der Rollen 3 und der Profile 5 kann so eine seitliche Verschiebung von gewünschtem Ausmass gegenüber dem Gestell 2 erfolgen.
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Die Verschiebung der Paneele 1 kann natürlich auch motorisch mit entsprechenden Sensoren bei wechselnder Beschattung erfolgen. Im einfachen Ausführungsbeispiel ist daran gedacht, die Verschiebung manuell vorzunehmen. Soll beispielsweise die Hecke geschnitten oder der Rasen gemäht werden, so erfolgt die seitliche Verschiebung je nach Bedarf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Paneel
- 2
- Gestell
- 3
- Rolle
- 4
- Haken
- 5
- Profil
- 6
-
- 7
- Aufnahme
- 8
- Rolle / Scheibe / Plättchen / Hammerkopfschraube
- 9
- Nut
- 10
- Verbindungselement
- 11
- Stützstreifen
- 12
- Fuss
- 13
- Sohle
- 14
- Bodenverankerung
