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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur flächigen
Abdeckung von Geländeerhebungen,
wie Schüttgut-
oder Abraumhalden, Schallschutzwälle oder
Hochwasserdämme
oder dgl. mit einer zumindest teilweise geneigten und/oder gekrümmten Oberfläche.
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Gegenwärtig liegen solche Geländeerhebungen,
wie insbesondere industrielle Schüttgut- oder Abraumhalden brach
und sind ungenutzt. Eine kommerzielle Nutzung ist nicht möglich, selbst
eine landwirtschaftliche Nutzung ist kaum realisierbar. Teilweise
genutzte Geländeerhebungen,
wie Schallschutzwälle
zum Lärmschutz
oder Hochwasserdämme
zum Hochwasserschutz haben einen hohen Herstellungsaufwand an Erdbauleistungen.
Die Kenngrößen ihrer Wirtschaftlichkeit
sind, falls sie überhaupt
aufgestellt werden können, äußerst schwer
zu ermitteln.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Geländeerhebungen
durch intensive Nutzung von Energie- und Umweltressourcen einer
wirtschaftlichen Verwendung zuzuführen oder deren Wirtschaftlichkeit
zu erhöhen.
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Geländeerhebungen durch intensive
Nutzung von Energie- und Umweltressourcen einer wirtschaftlichen
Verwendung zuzuführen
oder deren Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruch 1 gelöst,
weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den zugehörigen Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Die zugehörigen
Abbildungen zeigen das Modell der Anordnung als Solaranlage auf
einem Schallschutzwall einer Autobahn und ein Modell der Anordnung
als Solaranlage mit Wintersporteinrichtung auf einer Abraumhalde.
Im Einzelnen ist dargestellt in
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1 eine
simulierte, perspektivische Darstellung des Schallschutzwalls mit
Solaranlage,
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2 eine
schematische Darstellung des Schallschutzwalles mit Details der
Tragkonstruktion der Solaranlage in einer Schnittansicht,
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3 eine
Abbildung einer Abraumhalde mit simulierter Anordnung einer flächigen Abdeckung durch
eine Solaranlage,
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4a,
b, c drei Abbildungen eines Modells der Tragkonstruktion mit Abdeckelementen
in Seitenansicht und in verschiedenen Stellungen,
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5a,
b, c drei Abbildungen eines Modells der Tragkonstruktion mit Abdeckelementen
in Ansicht von vorn und in verschiedenen Stellungen,
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6a,
b zwei Abbildungen des Modells einer kegelförmigen Abraumhalde mit Tragkonstruktion,
Abdeckelementen und Wintersportanlage in Ansicht von Süden und
Norden.
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In 1 stellt
eine spezielle Geländeerhebung 1 dar,
ausgeführt
als Schallschutzwall 2 einer Autobahn, auf dessen Oberfläche 3 eine
Solaranlage 4 zur Sonnenenergiegewinnung angebracht ist,
die in Längsrichtung
des Schallschutzwalles 2 fortgebaut werden kann. Damit
kann der Schallschutzwall 2, der der Minderung des Straßenverkehrslärmes dient,
einer weiteren wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden. Wegen des geringen
Installationsaufwandes und der Witterungsbeständigkeit der Anlagenteile eignet
sich hierzu insbesondere eine Fotovoltaik-Anlage bestehend aus Solarmodulen. Die
Solarmodule sind auf den Abdeckelementen 5 befestigt oder
bilden diese selbstragend. Vorteilhafter Weise ist die Solaranlage 4 auf
der sonnenbeschienenen, fahrbahnabgewandten Böschungsseite 6 des
Schallschutzwalles 2 angeordnet. Verschmutzung der Solarmodule
durch den Straßenverkehr
und den Straßenverkehr
behindernde Ablenkungseffekte durch die Solarmodule werden so vermieden.
Zugleich ist die Böschungsseite 6 des
Schallschutzwalles 2 am wirtschaftlichsten nutzbar, die
bezogen auf mitteleuropäische
Breitengrade hauptsächlich
in die Himmelsrichtungen Süd-Ost-Ost
bis Süd-West-West
gerichtet ist und somit die energieeinträglichere Oberfläche 3 des
Schallschutzwalles 2 darstellt. Die Abdeckelemente 5 sind
durch die Tragkonstruktion 7 gehalten, die am Fußniveau 8 des
Schallschutzwalles befestigt ist und im Übrigen hauptsächlich auf
der Oberfläche 3 des
Schallschutzwalles aufliegt. In einer Schnittdarstellung in 2 quer durch den Schallschutzwall 2 und
der Solaranlage 4 sind Details der Tragkonstruktion 7 schematisch
ersichtlich. Die Tragkonstruktion 7 besteht aus im Abstand
zueinander im, Fußniveau 8 des
Schallschutzwalles gegründeten
Fußelementen 9,
den auf dem Schallschutzwall 2 aufliegenden Trägern 10 und
den darauf befestigten Verbindern 11, die in Längsrichtung
des Schallschutzwalles 2 ausgerichtet sind. Fußelement 9 und Träger 10 sind
vorteilhafterweise aus monolithischem Ortbeton gefertigt, was die
Herstellung der Tragkonstruktion 7 wesentlich wirtschaftlicher
macht und ihre dauerhafte Haltbarkeit bewirkt. Selbstverständlich können die
Fußelemente 9 und
die Träger 10 auch vorgefertigt
und anschließend
vor Ort montiert werden. Die Träger 10 sind
dabei nur geringfügig
in den verdichteten Untergrund 12 des Schallschutzwalles 2 eingelassen,
um die seitliche Lagestabilität
der Träger 10 zu gewährleisten.
Die Besonderheit der Tragkonstruktion 7 besteht darin,
dass keine gründenden Bauteile
in die Geländeerhebung 1,
insbesondere in den Schallschutzwall 2 eingreifen. Für die Herstellung
der Schallschutzwälle 2 werden
teilweise Abraummaterialien und geschredderte Materialien abgetragener
Fahrbahnen mit erhöhten
Umweltemissionswerten verwendet, die eine Gründung für Überbauungen nicht zulassen.
Sind die Verbinder 11 in einer kostengünstigen Variante aus Holz gefertigt,
können
untergelegte Kunststoffwinkel 13 die Durchfeuchtung und
damit die Verrottung verhindern. Auf den Verbindern 11 sind
die Abdeckelemente 5 mit den Solarmodulen starr installiert.
In den Zwischenräumen 14 zwischen
den Abdeckelementen kann Niederschlagswasser ablaufen. Um Erosion
der Oberfläche 3 durch
das abtropfende Wasser zu vermeiden, sind lotrecht zu den Zwischenräumen 14 wasserabweisende
Erosionsschutzstreifen 15 in Längsrichtung des Schallschutzwalles 2 vorgesehen, die
in einer möglichen
gewölbten
oder u-förmigen Ausführung auch
zur Regenwassersammlung dienen können.
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Die Besonderheit der zugrunde liegenden Projektidee
besteht darin, dass vorhandene Geländeerhebungen 1, die
als Erdaufschüttungen
vorrangig zu dem Zweck des Lärmschutzes
an der Bundesautobahn errichtet worden sind, genutzt werden für einen ökologisch
sinnvollen Effekt – z.B.
für die
Erzeugung von Solarstrom. Die betreffenden Flächen liegen anderenfalls brach
und bedürfen
dabei der Unterhaltung durch die öffentliche Hand. Diese Unterhaltung
wird der öffentlichen
Hand durch den Betreiber der Solaranlage 4 für die Dauer
von vielen Jahren abgenommen.
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Die Schallschutzwälle 2 weisen eine
Neigung auf, die aus der Tatsache der Erdaufschüttung resultiert und für die Zwecke
der Solarenergierzeugung als ideal angesehen werden kann, so dass
damit bei der Ausführung
des Projektes keine weitere Aufständerung als Untergerüst für die Errichtung
der Solaranlage 4 notwendig ist, um eine möglichst
ideale Sonneneinstrahlung auf die Solarmodule zu erreichen. Die
Solaranlage 4 wird lediglich auf eine aus Beton- und Holzträgern bestehende
Tragkonstruktion 7 auf die Geländeerhebung 1 (Erdaufschüttung) aufgebracht.
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Die weitere damit verbundene Besonderheit besteht
darin, dass zur Befestigung der Solaranlage 4 nicht in
die Oberfläche 3 des
Schallschutzwalles 2 durch Fundamente eingegriffen wird,
sondern die Betonträger 10 aufgrund
ihres Gewichtes und aufgrund eines am Fußniveau 8 des Schallschutzwalles
errichteten Fundamentes (Fußelement 9)
dauerhaft Halt finden. Insoweit werden umweltschädigende Eingriffe in die Schallschutzwälle 2 durch
Fundamente vermieden. Mit der Realisierung der Projektidee erscheint
es möglich,
die Errichtung von Schallschutzwällen 2 zur
Beseitigung von beim Autobahnbau in der Regel in großen Mengen
anfallenden gebrauchten Materials bei der Planung der Autobahn generell vorzusehen,
da sie durch die Energiegewinnung refinanzierbar werden. Auch können die
sich aus der Nutzung einer Solaranlage 4 ergebenden erheblichen
Kohlendioxidverminderungen in die Umweltbilanz eingerechnet werden
und so in die erforderliche Ausgleichsbilanz bei der Errichtung
der Autobahn einfließen.
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Mit der Errichtung von Solaranlagen
an den Schallschutzwällen 2 der
Autobahn kann eine gesonderte Flächeninanspruchnahme
für solare
Großanlagen
deutlich gemindert werden, bzw. sogar ganz eingespart werden, wodurch
der Eingriff in z.B. landwirtschaftlich genutzten Flächen reduziert
werden kann. Eine zur Gewinnung von Energie- und Umweltressourcen
an Schallschutzwällen
analoge Ausführung ist
beispielsweise auch auf der wasserabgewandten Böschungsseite von Hochwasserdämmen oder
Wasserspeicherbecken möglich.
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In 3 ist
eine Solaranlage 4 auf einer weiteren Geländeerhebung 1,
ausgebildet als kegelförmige
Abraumhalde 16, die z.B. bei einer Abraumförderung
eines Bergbau- oder Tagebaubetrieb entsteht, dargestellt. Auf dieser
Abraumhalde 16 ist die Tragkonstruktion 7 mit
den Abdeckelementen 5, auf denen beispielsweise Solarmodule
einer Fotovoltaik-Anlage befestigt sein können, angeordnet. An der geometrischen
Drehachse 17 der kegelförmigen
Abraumhalde 16 ist die Tragkonstruktion 7 mittels
eines am Gipfel der Abraumhalde gegründeten Lagerblockes 18 um
die geometrische Drehachse 17 drehbar befestigt und wird
um den Umfang der kegelförmigen Abraumhalde 16 in
einer Führung 19 mit
einer Fahrkonstruktion 20 verfahren. 4a, b, c und 5a, b, c zeigen modellhaft Details der
Befestigung der Abdeckelemente 5 an der Tragkonstruktion 7 und
deren mögliche
synchrone, umlaufende Drehbewegung um ihre Mittenachse 21 infolge
der speziellen Verbindungselemente, die die Abdeckelemente 5 untereinander
verbinden. Diese Verbindungselemente verbinden die Abdeckelemente 5 seitlich
der Abdeckelemente 5 und jeweils oberhalb und unterhalb
der Mittenachse 21. Somit sind Drehbewegungen der Abdeckelemente 5 mit
einem Drehwinkel von mehr als 180° möglich. Die
Verbindungen der Abdeckelemente 5 untereinander haben zudem
eine stabilisierende Wirkung auf die gesamte Konstruktion. Jede
für eine Sonnenenergiegewinnung
optimale Stellung der Abdeckelemente 5 mit den Solarmodulen
ist einstellbar, weil sie gleichzeitig mittels beider Bewegungsachsen (Mittenachse 21 und
geometrische Drehachse 17) dem Sonnenlauf nachgeführt werden
können.
Zugleich wird eine Verschattung der Abraumhalde 16 realisiert,
die z.B. für
klimatisierte Bereiche der Wintersportanlage energetisch wirkungsvoll
sein kann (s. 6a, b).
Eine senkrechte Stellung zur Geländehorizontalen
und eine um mehr als den Drehwinkel von 90° der senkrechten Stellung umgeschwenkte
Stellung der Abdeckelemente 5 (Überkippen der Abdeckelemente 5)
dient der Abweisung von Schnee, Hagel und Regen von den Solarmodulen.
In einer zueinander stufigen Stellung können die Abdeckelemente 5 zur
Niederschlagsableitung bis zum Fuße des am niedrigsten angeordneten
Abdeckelementes 5 genutzt werden, wo in einem geeigneten
Kanal oder Sammler das Regenwasser zur weiteren Verwendung abgeleitet
werden kann. Gleichzeitig ist die Abraumhalde 16 durch
gezielte Stellung der Abdeckelemente 5 vor gerichteten
Schlagregen und Erosion schätzbar.
Die Verbindung der Abdeckelemente 5 könnte vorteilhafter Weise mit
Seilen geschehen, welche am oberen und unteren Ende der Tragkonstruktion 7 über Rollen
umgelenkt werden. Eine oder mehrere diese Rollen könnten gleichzeitig
mit einen oder mehreren Antrieben zum Schwenken der Abdeckelemente 5 versehen
werden. Es ist jedoch auch möglich
jedes einzelne Abdeckelement 5 mit einem Antrieb zu versehen.
Es können
aber auch in einer Stellung starr befestigte Abdeckelemente 5 verwendet
werden, die somit nur um die geometrische Drehachse 17 bewegbar
sind. Das hat den Vorteil, dass die zusätzliche Traglast der Tragekonstruktion 7,
die eine bewegliche Konstruktion für die Abdeckelemente mit sich
bringt, vermieden wird. Es ist außerdem möglich, dass das Abdeckelement 7 durch
ein selbstragendes Solarmodul gebildet wird, um ebenfalls Gewicht
zu reduzieren.
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Die Tragkonstruktion 7 ist
mit dem Lagerblock 18 an einem modellhaft dargestellten
massiven statischen Kern 22 befestigt, der durch die Quasi- Fundamentverlängerung
auch als Unterkonstruktion zur Stabilisierung des Untergrundes der
Abraumhalde eingesetzt werden kann und in einer Überbauung über den Gipfel der kegelförmigen Abraumhalde 16 herausragen
kann. Je höher
der Lagerblock 18 durch den Überbau des statischen Kerns 22 über dem
Gipfel positioniert wird, umso größer wird der Abstand der Tragkonstruktion 7 und
damit der Abdeckelemente 5 zur Oberfläche 3 der Abraumhalde 16.
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6a,
b zeigt die Nutzung der Abraumhalde 16 zur Gewinnung der
Energie- und Niederschlagsressourcen in Kombination mit einer Eis-
und Schneesportanlage mit überdachten,
klimatisierten Abfahrts- oder Rodelpisten 23 auf derselben
Abraumhalde 16, bei der die gewonnenen Ressourcen verwendet
werden.
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Die vorbeschriebene Anordnung kann
je nach Länge
der Tragkonstruktion 7 auch abschnittsweise abgefangen
werden. Das Abfangen und die Kreisbewegung der Tragkonstruktion 7 erfolgt mit
einer Fahrkonstruktion 20, die z.B. aus schienengeführten Rädern oder
aus Gleitflächen
mit Gleitfilm je nach Größe oder
Gewicht der Tragkonstruktion 7 ausgeführt sein kann, um die erforderliche
Drehbewegungskraft zu verkleinern. Die Drehachsen (Mittenachse 21)
der Abdeckelemente 5, ob horizontal oder vertikal ausgerichtet,
liegt in deren Schwerpunkt, um auch diese Drehbewegungskraft zu
minimieren.
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Die offene Struktur der gesamten
Konstruktion ermöglicht
ein Hinterlüften
und verhindert dadurch das Überhitzen
der Konstruktion bzw. der Flächen und
erhöht
somit den Wirkungsgrad von Solarmodulen. Da sich gewisse Wettersituationen
einander ausschließen
z.B. Sonnenschein und Regen, ist es möglich, durch diese Konstruktion
eine optimale Anpassung an jede Wettersituation zu erreichen. Ein
weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist, dass bei gewissen Wettersituationen
z.B. Hagel die Abdeckelemente 5 mit den Solarmodulen von
dieser Gefahr abgewendet werden können. Durch Nachführen und
Ausrichten der Abdeckelemente 5 ist es möglich, gezielt
darunter liegende Flächen
(z.B. Bepflanzungsflächen) und
bauliche Anlagen (z.B. Wintersporthallen) vor Erosion und intensiver
Sonneneinstrahlung zu schützen
und somit Schäden
und Energiekosten zu reduzieren. Dazu muss der Abstand der Tragkonstruktion 7 mit
den Abdeckelementen 5 von der Oberfläche 3 der Abraumhalde 16 so
gewählt
sein, dass die freie Beweglichkeit der gesamten Vorrichtung über darunter
liegende Flächen
und baulichen Anlagen gewährleistet
ist. Der höchstmögliche Wirkungsgrad
wird erreicht, wenn die Vorrichtung über die gesamte Sonnenscheindauer
der Sonne folgen kann. Das bedeutet bei einem nördlichen geographischen Breitengrad von
51 Grad eine Nachführung
von ca. 240 Winkelgrad.
Datum Sonnenscheindauer Nachführung (24h
= 360°/1h=
15°)
21.06. 16
Std. 240
Grad Sommer-Sonnenwende
21.09. u. 21.03 12
Std. 180
Grad
21.12. 8
Std. 120
Grad Winter-Sonnenwende
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Ein Optimum der Energieausnutzung
ergäbe sich,
wenn das Nachführsystem
an einen Tag einmal um seine Achse drehen könnte und somit automatisch
der Sonne folgt. Ist die dafür
notwendige Baufreiheit nicht gewährleistet,
muss das Nachführsystem
nach Sonnenuntergang zum Punkt des Sonnenaufgangs am Horizont zurückgeführt werden.
Je größer die
Neigungsmöglichkeit
der Vorrichtung zur Senkrechten, umso größer ist die bestrahlte Fläche der
Abdeckelemente 5 bei niedrigem Sonnenstand (Sonnenaufgang/
Sonnenuntergang). Die Neigung der Konstruktion und die Größe und Anzahl
der Abdeckelemente 5 mit den Solarmodulen, kann den örtlichen
Begebenheiten z.B. nach geographischen Breitengrad, sowie den Bedarf
angepasst werden. Mit zunehmender Größe stationärer Solaranlagen wird es schwieriger,
diese in Wintermonaten von Schnee frei zu halten und in Gefahrensituationen
zu schützen.
Dieser Nachteil wird durch die vorgeschlagene Anordnung weitestgehend
behoben.
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Spezielle Verwendung der Anordnung
auf industriellen Schüttgut- oder Abraumhalden:
- – Bei
dem Einsatz dieser Anordnung auf einer neu geschütteten kegelförmigen Abraumhalde 16, kann
der eingebrachte massive, statische Kern 22 in der geometrischen
Drehachse 17 genutzt werden, um durch Verbindung (Verseilung)
mit der Oberfläche
zur Stabilisierung der Halde 16 beizutragen.
- – Um
das Abrutschen von großen
Oberflächen 3 zu
verhindern, werden steile Abhänge
abgestuft. Diese Abstufungen, welche um den Berg herumlaufen, können vorteilhafter
Weise zum Abfangen der Tragkonstruktion 7 genutzt werden.
Dadurch besteht außerdem
die Möglichkeit
einer umlaufenden Nachführung
der Tragkonstruktion 7 um 360 Grad.
- – Bei
kompletter Überbauung
der Abraumhalde 16 mit einer nachführenden Vorrichtung, können die
für die
Solarwärme
und Solarstromerzeugung relevanten Oberflächen 3 (Sektor von
ca. 90 Grad) mit dafür
bestimmten Solarmodulen überdeckt
werden Der Rest der Oberflächen 3 (Sektor von
ca. 270 Grad) kann mit Abdeckelementen 5 ohne Solarmodule
bestückt
werden. Dies ermöglicht
eine vollflächige
Regenwassernutzung und verhindert dadurch ungewollte Erosion und
ungewolltes Eindringen von Wasser in beispielsweise Halden mit umweltbelastenden
Material.
- – Das
aufgefangene Regenwasser kann gezielt mittels Kombination mit Einrichtungen
zur Brauchwasserverwertung auf der Oberfläche 3 verteilt werden.
Somit wird eine agrarkulturelle Bewirtschaftung möglich.
- – Durch
eine allseitige Überbauung
der Abraumhalde 16 ist eine bessere Kräfteverteilung auf den statischen
Kern 22 gegeben.
- – Das
Regenwasser kann in offenen Auffangbecken oder in geschlossenen
Sammelbehältern gesammelt
werden, welche in variabler Befüllung zur
Kraft- bzw. Gewichtsverteilung an der komplexen Vorrichtung dienen
könnten.
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- 1
- Geländeerhebung
- 2
- Schallschutzwall
- 3
- Oberfläche
- 4
- Solaranlage
- 5
- Abdeckelement
- 6
- Böschungsseite
- 7
- Tragkonstruktion
- 8
- Fußniveau
des Schallschutzwalles
- 9
- Fußelement
- 10
- Träger
- 11
- Verbinder
- 12
- verdichteter
Untergrund
- 13
- Kunststoffwinkel
- 14
- Zwischenraum
zwischen Abdeckelementen
- 15
- Erosionsschutzstreifen
- 16
- kegelförmige Abraumhalde
- 17
- geometrischen
Drehachse
- 18
- Lagerblock
- 19
- Führung
- 20
- Fahrkonstruktion
- 21
- Mittenachse
des Abdeckelementes
- 22
- statischen
Kern
- 23
- Abfahrts-
oder Rodelpisten