DE102021005358A1

DE102021005358A1 - Schwimmende Fotovoltaik-Insel mit Nachführung zum Sonnenstand

Info

Publication number: DE102021005358A1
Application number: DE102021005358.3A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt Erfinder
Original assignee: TIEDTKE HANS UWE
Current assignee: TIEDTKE HANS UWE
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-04

Abstract

Schwimmende, auf einem Ponton(Fig.1) dem Sonnenstand nachführende Anlage zum Tragen von Fotovoltaik-Paneelen(Fig.5) zur Herstellung von Elektroenergie (Strom)

Description

1. Diese Erfindung von rotierenden, dem Sonnenstand nachgeführten Photovoltaik-Inseln, kann weltweit angewendet einen spürbaren Beitrag zu kostengünstiger „Grüner Energiegewinnung“ von Strom und Wasserstoff, sowie der Reduzierung von Kohlendioxyd mit geringen Investitionskosten, einen positiven Beitrag gegen die Klimaänderung leisten.
2. Stand der Technik:
Es gibt zwar schon mehrere bis zu 100 qm einachsige PV-Nachführ-Anlagen und zweiachsige Nachführ-Anlagen mit bis zu 40 qm Fotovoltaik-Paneelen, deren Nachführ-Konstruktionen jedoch sehr teuer sind, so dass sich bei den zurzeit günstigen PV-Paneel- Beschaffungspreisen diese teure Aufrüstung kaum noch lohnt. Hinzu kommen die optische Störung, erhebliche Wartungskosten und ein großer Platzbedarf. Die fest auf Dächern betriebenen PV-Anlagen haben einen reduzierten Ertrag. Sie haben meistens nicht den optimalen Neigungswinkel, keine Südausrichtung und können nicht nachgeführt werden.
3. Die Nachteile gegenüber dieser Erfindung:
Ähnliche wirtschaftliche Nachteile haben die großen PV-Freilandflächen, die auf gepachtetem Grund aufgestellt oder gekauft und gepflegt werden müssen. Es geht viel Landwirtschaftsfläche und viel Nutzfläche verloren. In letzter Zeit werden riesige schwimmende PV-Anlagen vorwiegend in den Niederlanden auf Wasserflächen installiert. Diese haben als Floating-Anlagen erhöhte Kosten und können der Sonne nicht nachgeführt werden. Die Wartung dieser Floating- PV-Anlagen ist sehr kostenintensiv. Nur langfristig werden sich diese Anlagen rentieren.
4. Chancen am Markt:
Mit der hier vorgestellten Erfindung können die weltweit größten und billigsten dem Sonnenstand nachgeführten PV-Anlagen errichtet werden mit bis zu etwa 2 Megawatt Leistung. Entscheidend für einen wirtschaftlichen Erfolg sind preisgünstige Konstruktionen, die keine höheren Anlage- und Nebenkosten verursachen, als die Freilandanlagen bei gleichem Energiegewinn. Es gibt unzählige Wasserflächen auf Binnenseen, Stauseen, Kiesgruben, Teichen, Ödland und Grundstücke, die sich für die drehenden PV-Inseln eignen, ebenso wie tausende abgelegene Dörfer in Entwicklungsländern und auf Inseln, die mit diesen PV-Inseln mit günstigem Strom versorgt werden können.
5. Diese Erfindung besitzt ein Alleinstellungsmerkmal:
Eine geplante, durchkalkulierte PV-Insel mit einem Durchmesser von 116 m und 10.550 m² Fläche zeigt, dass die Herstellungskosten einer einachsigen PV-Anlage auf einer rotierenden Insel nach diesem Konstruktionssystem um 26 bis 28 % billiger ist, als eine Freilandanlage mit gleicher Leistung. Eine Freilandanlage benötigt für den gleichen Ertrag 35 - 40 % mehr PV-Paneele. Je größer die PV-Insel ist, je günstiger ist der m²-Energieertrag im Verhältnis zu den Gestehungskosten. Anstelle teurer Einzelfundamente, die die>Bodenneigung ausgleichen müssen werden hier auf der immer ebenen Wasserfläche, viel billigere Hartschaum-Pontons verwendet. Die Rendite mit diesen PV-Inseln ist durch die Sonnenstandnachführung um 35 - 40% viel höher, als bei feststehenden PV-Anlagen., Auf beschatten Wasserflächen bleiben die Paneele zudem noch kühler mit erhöhtem Wirkungsgrad gegenüber Dach- und Freilandanlagen. Durch die Nutzung von Wasserflächen fallen keine Pacht, Grunderwerbs und Pflegekosten an. Es wird kaum Bürgerinitiativen gegen schwimmende Anlagen geben, die viele Anlagen verhindern und verzögern.
Die Konstruktion:

Diese Erfindung verzichtet ganz auf teure Kunststoff- Steg-Systeme. Hier werden auf wasserbeständigen Schaumblöcken (1) Metallgitter (2) eingefügt. Auf dem Gitter steht die Tragekonstruktion (4/1) (4/2) mit den PV-Paneelen (4/3). Zwischen den PV-Paneelen sind leichte Wartungsstege (3) montiert, welche die Konstruktion zusätzlich gegen Wind stabilisieren. Weitgehend vorgefertigte Konstruktionssysteme(4/1+2) erlauben es die Insel vom Ufer aus (5/3) in kurzer Zeit zusammenzufügen. Sie wächst beim Bau komplett montiert in die Wasserfläche hinein. Die PV-Inseln können dann an jeden Ort innerhalb der Wasserfläche gezogen werden.

Um die kreisrunde PV-Insel wird ein vertikal aufgestelltes U-Profil (Fif.2/3) (5/7) fest mit dem Stahlgitter (2/3) verbunden. Im U-Profil läuft eine Endloskette (5/2), die von einer Ankerwinde (5/3) angetrieben wird. Durch den Druck der Kette auf die Positionsrä-der(5/4) bleibt die Insel vom Ufer 5/3 immer auf Position und richtet sich immer nach dem Sonnenstand aus. Zu beiden Seiten der Insel positionierte Windsicherungsräder (5/6) sichern die PV-Inseln gegen seitliche Sturmbelastung ab. Für die sehr langsame Drehung der PV-Insel wird nur wenig Kraft benötigt. Dieses geplante Beispiel kann unter günstigen Voraussetzungen 1.600.000 KW = 1,6 MWp Strom liefern.
Der Markt:

In allen Ländern weltweit, in Wüsten, Savannen, Ödland, in Entwicklungsländern und überall dort, wo günstiger Strom benötigt wird, kann man auf ebenen Flächen dem Strombedarf angepasste schwimmende PV-Inseln auf runden 50 cm tiefen Wasserflächen installieren. Dazu braucht man nur 45 bis 50 cm hohe kreisrunde Wände aufzustellen und die Flächen mit Folien abzudichten. Nach dem Einfüllen von Wasser, in frostgefährdeten Gebieten mit Salzwaser, schwimmt die Anlage und lässt sich, wie beschrieben, nach dem Sonnenstand ausrichten. Das Wasser wirkt auf die Insel wie ein Kugellager. Die Eintauchtiefe der Pontonblöcke ins Wasser beträgt nur 28 bis 30 cm. Der Strom aus diesen PV-Inseln kann auch zur Herstellung von „grünem Wasserstoff“ genutzt werden.

Claims

Schwimmende, auf einem Ponton(1) dem Sonnenstand nachführende Anlage zum Tragen von Fotovoltaik-Paneelen(5) zur Herstellung von Elektroenergie (Strom)
Dadurch gekennzeichnet: dass die Anlage als kreisrunde, schwimmende Insel nach Anspruch 1(2, 3, 4, 5) um deren Mittelpunkt (5/8)gedreht wird.
Dadurch gekennzeichnet, dass alle Schwimmkörper nach Anspruch 1 (1) aus kompakten, wasserresistenten Hartschaumblöcken bestehen und zusammen einen Ponton bilden, der aus einem Metallgitternetz(2) zusammengehalten wird.
Dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseite der Schwimmkörper (1) in Drehrichtung der Insel zeigen.
Dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (1) unter einem kreuzweise befestigten Hohlprofil-Metallgitternetz (1) und 2) fixiert werden.
Dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungspunkt des Metallgitternetzes das Fundament für die Fotovoltaik-Paneele bildet.
Dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu allen Fotovoltaik-Paneelen Service-Stege auf die Metallgitter befestigt sind.
Dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Kreis gebogenes Metall-U-Profil (2/3 + 5/7) die Insel umschließt, befestigt auf dem Metallgitternetz (2/1+2)
Dadurch gekennzeichnet, dass die Insel von einer Ankerwinde (5/1) mit einer Endloskette Kette (5/2) welche im U-Profil die Insel umschließt gegen die Positionshaltungsräder (5/4) drückt und damit die Insel auf Position vor dem Ufer 5/3) hält.
Dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsänderung der PV-Insel von zwei im Boden fixierten Rädern (5/6) im U-Profil (5/7) vor starkem Wind verhindert wird.