DE202005018709U1

DE202005018709U1 - Nachführbare Solar-Dachanlage

Info

Publication number: DE202005018709U1
Application number: DE202005018709U
Authority: DE
Original assignee: ROEH HANS HERBERT
Current assignee: HEIKE ROEH, DE; ROEH, HEIKE, DE
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: DE112006003214A5; WO2007062614A1

Abstract

Nachführbare Solaranlage zur Installation auf zylindrischen Gebäuden oder zylindrischen baulichen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gebäude oder der Anlage eine horizontal – d.h. um die auf dem Mittelpunkt des Grundrisses stehende Senkrechte – drehbare Dachkonstruktion in Form eines Pultdachs aufliegt, auf dessen geneigter Dachfläche eine Solaranlage statisch angeordnet ist, wobei die Dachkonstruktion drehbeweglich innerhalb einer umlaufenden Führung auf der Außenwand des Bauwerks ruht.

Description

1. Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine nachführbare Solaranlage, bei der auf Gebäuden oder baulichen Anlagen zylindrischer Bauform eine Dachkonstruktion in Form eines Pultdachs drehbeweglich aufliegt, auf deren geneigter Dachfläche eine Solaranlage statisch angeordnet ist.
2. Stand der Technik:
Es ist bekannt, Sonnenergie mit Hilfe von Solaranlagen, insbesondere Fotovoltaikanlagen und thermischen Solaranlagen (Sonnenkollektoren), zur Energiegewinnung zu nutzen. Derartige Anlagen werden aufgrund der verfügbaren Freifläche häufig statisch auf Dächern installiert. Dabei wird möglichst eine Ausrichtung der einzelnen Module der Solaranlage nach Süden hin angestrebt, um während des Tages eine möglichst lange Sonneneinstrahlung zu erreichen. Hierbei besteht der Nachteil, dass die Anlagen lediglich einen relativ geringen Wirkungsgrad besitzen, da sie auch bei einer Ausrichtung nach Süden nur während kurzer Zeiträume eine optimale Stellung zur Sonne aufweisen. Die Menge der Sonnenenergie, die von den Modulen der Solaranlage aufgenommen werden kann, hängt unmittelbar vom Einfallswinkel, mit dem die Sonnenstrahlen auf die Module der Solaranlage fallen, ab. Dieser Einfallwinkel ändert sich zum einen während des Tages durchgängig mit dem durch die Eigenrotation der Erde bedingten Lauf der Sonne. Zu einem geringeren Maße ändert sich der Einfallwinkel auch im Jahresverlauf aufgrund der Bewegungsbahn, welche die Erde um die Sonne beschreibt. Insbesondere die ständige Veränderung des Einfallwinkels während des Tagesverlaufs verringert den Energiegewinn bis hin zum totalen Ausfall der Solaranlage. Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Vorrichtungen entwickelt worden, um die Solaranlagen dem Stand der Sonne nachzuführen.
Aus der DE 27 40 431 A1 ist eine zweiachsig nachführbare Solaranlage zur Konstruktion auf Dächern bekannt. Bei dieser ist ein Sonnenkollektor auf einem Halter um eine festgelegte, schräg zur Vertikalen verlaufenden Achse schwenkbar angeordnet und mittels einer Antriebsvorrichtung zur Ausrichtung auf die Sonne bewegbar. Die gesamte Anlage ruht auf einem Mast, der gleichzeitig zur Verankerung auf dem Dach eines Gebäudes dient. Diese Konstruktion hat zum einen den Nachteil, dass ihr gesamtes Gewicht aufgrund der Befestigung mit einem Mast lediglich in einem einzigen Punkt auf dem Dach ruht. Hierdurch ist das maximale Gewicht der Solaranlage und damit gleichzeitig ihre maximale Größe und Gesamtleistung aufgrund der statischen Anforderungen stark begrenzt. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass nur ein verhältnismäßig geringer Teil der ansonsten ungenutzten Fläche des Dachs zur Solarenergiegewinnung verwandt wird.
Aus der DE 28 02 167 A1 ist eine Solaranlage zur Erfassung der ganztägigen Sonneneinstrahlung zur Installation auf Dächern und Gebäuden bekannt, bei der eine Solaranlage auf einem mindestens 180° drehbaren Mast mittels eines um ca. 80° anhebbaren horizontalen Schwenklagers montiert ist. Da auch diese Konstruktion auf der Befestigung mittels eines Masts beruht, besitzt sie bei der Installation auf Dächern die gleichen Nachteile wie die zuvor dargestellte Konstruktion.
Aus der DE 94 05 983 U1 ist eine fotovoltaische Solaranlage bekannt, die durch Drehung um eine aus der Senkrechten nach Norden geneigte Achse dem Sonnenstand nachführbar ist. Die Solaranlage ist auf einer pfostenartigen Stütze montiert und besitzt daher ebenfalls die dargestellten Nachteile.
Aus der DE 296 13 778 U1 ist ein Solarnachrüstsatz zum Anbringen an einem Mast bekannt, der konstruktionsbedingt die bereits dargestellten Nachteile aufweist.
Aus der DE 101 44 601 ist eine zweiachsig nachführbare, gegenüber der DE 2740431 A1 verbesserte Solaranlage bekannt. Die Solaranlage besitzt eine pfostenartige Befestigung und weist daher die bereits dargestellten Nachteile auf.
Aus der DE 103 433 74 A1 ist eine Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren bekannt, bei der ein Gestell, dass eine Konsole zur Aufnahme von Solarkollektoren trägt, drehbeweglich auf einem Drehkranz angeordnet ist. Die Vorrichtung kann aufgrund ihrer offenen Gestaltung nicht selbst als Dach von Gebäuden fungieren. Bei der Installation auf Gebäuden besitzt diese Konstruktion den Nachteil, dass die Dächer der Gebäude räumlich derart beschaffen sein müssen, dass sie den Drehkranz aufnehmen können. Zum anderen müssen die Dächer auch statisch derart beschaffen sein, dass sie das Gewicht der Solaranlage zu tragen vermögen. Hierdurch ist das maximale Gewicht der Solaranlage und damit gleichzeitig ihre maximale Größe und Gesamtleistung bei der Installation auf Gebäuden stark begrenzt. Durch ihre offene Gestaltung besitzt die Konstruktion den Nachteil, dass die Konsole, welche die Solarkollektoren trägt, dem Wind eine große Angriffsfläche bietet. Dies macht einen hohen und teuren konstruktiven Aufwand erforderlich, um die Vorrichtung für alle Witterungsbedingungen stabil zu gestalten. Schließlich ist die offene Konstruktion der Witterung ungeschützt ausgesetzt und unterliegt einer starken Verschmutzung, was einen sehr hohen Wartungsaufwand erforderlich macht.
Aus der DE 20 2004 003 158 U1 ist eine mittels einer Elektrosteuerung sonnennachgeführte Mehrzweckhalle in Leichtbauweise bekannt, die gegen eine statische Bodenplatte dem Lauf der Sonne nach gedreht werden kann. Diese Erfindung besitzt den Nachteil, dass sie nur als Neubau – lediglich als Gebäude in Leichtbauweise – realisiert werden kann und nicht die Nachrüstung bestehender Gebäude ermöglicht. Hierdurch ist ihr Anwendungsbereich stark eingeschränkt.
3. Darstellung der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gebäude und bauliche Anlagen zylindrischer Bauform mit einer nachführbaren Solaranlage auszurüsten, die bei geringem technisch-konstruktivem Aufwand einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist. Die Solaranlage soll die gesamte verfügbare Dachfläche zur Energiegewinnung nutzen. Die Gesamtanlage soll kostengünstig herzustellen sein, einen geringen Wartungsaufwand während des Betriebs aufweisen und eine hohe Lebensdauer besitzen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf zylindrischen Gebäuden oder zylindrischen baulichen Anlagen eine horizontal (um die auf dem Mittelpunkt des Grundrisses stehende Senkrechte) drehbare Dachkonstruktion in Form eines Pultdachs aufliegt, auf deren geneigter Dachfläche eine Solaranlage statisch angeordnet ist. Die Dachkonstruktion ruht drehbeweglich innerhalb einer umlaufenden Führung auf der Außenwand des Bauwerks. Die einzelnen Module der Solaranlage werden flach auf der geneigten Dachfläche, parallel zu ihrer Oberfläche, installiert. Der Neigungswinkel der Dachfläche ist dabei so gewählt, dass im Mittel der energetisch effektivste Einstrahlungswinkel der Sonnenstrahlen über den gesamten Tages- und Jahresverlauf hin erreicht wird. Der ideale Winkel ist vom genauen geographischen Standort der Solaranlage abhängig.
Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass zylindrische Gebäude und zylindrische bauliche Anlagen auf technisch-konstruktiv einfache Weise mit einer die gesamte Dachfläche ausfüllenden, dem Lauf der Sonne um eine Drehachse nachführbaren Solaranlage ausgerüstet und so einer neuen, zusätzlichen Nutzung zugeführt werden können. Der ursprüngliche Nutzungszweck der Bauwerke kann dabei beibehalten werden, da der Raum unterhalb des Daches nicht beansprucht wird. Durch die Nutzung der Fläche vorhandener Gebäude und baulicher Anlagen tritt kein Landverbrauch ein. Die Erfindung eignet sich dadurch insbesondere zur Nachrüstung von landwirtschaftlich oder industriell genutzten Gebäuden und baulichen Anlagen zylindrischer Bauform, etwa Gülle-Hochbehältern, Speichern, Lagern oder Tanks. Durch die umlaufende Auflage auf den Wänden des Gebäudes oder der Anlage wird eine gleichmäßige Verteilung des Gewichts der Solaranlage auf die Außenwände des Bauwerkes erreicht, was die Installation großflächiger Solaranlagen mit hohem Gewicht ermöglicht. Gegenüber herkömmlichen, auf Dächern statisch installierten Solaranlagen besitzt die Erfindung aufgrund der Möglichkeit, die Solaranlage dem Lauf der Sonne um eine Drehachse nachzuführen, einen um etwa 25% – 35% höheren Wirkungsgrad. Gegen über einer zweiachsigen Nachführung – etwa einer zusätzlichen Drehachse in der Vertikalen – besitzt die Erfindung den Vorteil, dass sie erheblich einfacher zu konstruieren ist, einen geringen Wartungsaufwand besitzt und wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann. Die Gesamtkonstruktion stellt so den optimalen Kompromiss zur Erreichung einer möglichst hohen Energieausbeute mit einem möglichst geringem technisch-konstruktivem Aufwand, möglichst geringen Kosten und möglichst geringem Wartungsaufwand bei einer hohen Lebensdauer dar.
Vorzugsweise nehmen die Module der Solaranlage die gesamte geneigte Dachfläche zwischen Dachfirst und Dachtraufe ein.
Die drehbewegliche Auflage der Dachkonstruktion kann in einfacher Weise erreicht werden, indem am oberen Ende der Außenwand des Gebäudes eine Rundlaufbahn angebracht wird, auf der die an ihrer Unterseite mit Laufrollen versehende Dachkonstruktion aufgesetzt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die drehbewegliche Auflage der Dachkonstruktion durch einen Drehkranz erreicht werden, der die Gebäudeaußenwand mit der Dachkonstruktion verbindet.
Eine Steigerung der Tragfähigkeit, die sich insbesondere für die Aufnahme besonders großflächiger und mithin besonders schwerer Solaranlagen – etwa solcher mit einer Fläche von mehr als 8 m Durchmesser – eignet, wird dadurch erreicht, dass die Dachkonstruktion zusätzlich zur umlaufenden Auflage auf der Außenwand des Gebäudes in der Gebäudemitte drehbeweglich auf einem Pfeiler aufliegt. Die drehbewegliche Auflage kann mittels eines Kugelgelenks, eines Drehgelenks oder eines Drehkranzes erreicht werden.
Eine weitere Steigerung der Tragfähigkeit kann erreicht werden, indem die Dachkonstruktion zusätzlich außerhalb des Gebäudes auf Stahlstützen ruht, die an der Außenwand befestigt und zusätzlich zu einem Teil ihrer Länge im Boden verankert sind. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Aufrüstung mit sol chen baulichen Anlagen, die von der Statik ihrer Außenwände allein her nicht geeignet sind, die erfindungsgemäße Solaranlage zu tragen.
Ein wartungs- und verschleißarmer Antrieb der Nachführung lässt sich durch den Einsatz eines elektrohydraulischen Antriebs erreichen.
Eine einfache und kostengünstige Automatisierung der Nachführung lässt sich beim Einsatz elektronischer Antriebe durch die Steuerung mit einer Zeitschaltuhr erreichen. Die Schaltzeiten werden dabei derart gewählt, dass die Solaranlage dem Lauf der Sonne über den Tag hinweg in einer hinsichtlich des Einstrahlungswinkels der Sonnenstrahlen optimalen Ausrichtung folgt.
Um die Selbsttätigkeit des Nachführungsmechanismus zu gewährleisten, kann der elektrische Antrieb morgens durch einen mit einem Lichtsensor gekoppelten Einschalter in Gang gesetzt und die Solaranlage abends, ausgelöst durch einen Dämmerungsschalter, in ihre Ausgangstellung zurückgefahren werden.
Die erfindungsgemäße nachführbare Solaranlage wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 – 5 erläutert. Die 1 und 2 zeigen ein Gebäude mit nachführbarer Solar-Dachanlage in Frontalansicht (1) und Seitenansicht (2). 3 zeigt eine Seitenansicht der Dachkonstruktion des Gebäudes ohne Verkleidung. 4 zeigt den Auflagemechanismus der Dachkonstruktion in Draufsicht. 5 zeigt den Auflagemechanismus der Dachkonstruktion im Querschnitt. Auf einem landwirtschaftlich als Stroh- und Heulager genutzten ehemaligen Gülle-Hochbehälter (1) ist eine drehbare Dachkonstruktion in Form eines Pultdaches (3) installiert, auf der eine Photovoltaikanlage (2) montiert ist, welche die gesamte Fläche zwischen Dachfirst und Dachtraufe einnimmt. Die Dachkonstruktion besteht aus einer tragenden Verstrebungs-Holzkonstruktion (4), die mit Trapezblech (5) verkleidet ist. Der Boden der Dachkonstruktion besteht aus sternförmig angeordneten Doppel-T-Trägern (6), die außen von einem zum Kreis gerundeten Doppel-T-Träger (7) umfasst sind. In dem äußerlichen, zum Kreis gerundeten Doppel-T-Träger befinden sich mehrere, nach der Größe der Konstruktion zu bemessende Anzahl von Laufrollen (8), die jeweils auf seiner Unterseite zwischen den Flanschen durch Achsen (9) befestigt sind, sowie ein elektrohydraulisch betriebenes Antriebsrad (10), das zum Antrieb der gesamten Dachkonstruktion dient. An der Außenwand des ehemaligen Gülle-Hochbehälters (11) befinden sich Stahlstützen (12), die mit der Außenwand des Behälters fest verbunden (13) und etwa zu einem Viertel ihrer Länge als Fundament einbetoniert sind. Auf Ihnen befestigt ist ein weiterer, gegenüber dem ersten um 90° gedrehter ebenfalls zum Kreis gerundeter Doppel-T-Träger (14), welcher den Rädern als Lauffläche dient. Zur Führung besitzt die Dachkonstruktion mehrere kleinere Führungsrollen (15), die in einem Winkel von 90° zu den Laufrollen stehen und auf der Außenseite des als Lauffläche dienenden Doppel-T-Trägers stehen.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 Frontalansicht eines zylindrischen Gebäudes mit nachführbarer Solar-Dachanlage.
2 Seitenansicht des zylindrischen Gebäudes mit nachführbarer Solar-Dachanlage.
3 Seitenansicht der Dachkonstruktion des Gebäudes ohne Verkleidung.
4 Auflagemechanismus der Dachkonstruktion in Draufsicht.
5 Auflagemechanismus der Dachkonstruktion im Querschnitt.
5. Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die erfindungsgemäße nachführbare Solaranlage eignet sich für den Einsatz auf allen Arten von zylindrischen Gebäuden und zylindrischen baulichen Anlagen. Da die ursprüngliche Nutzung des Bauwerks beibehalten werden kann, eignet sie sich insbesondere für den Einsatz auf landwirtschaftlich oder industriell genutzten Gebäuden und Anlagen, etwa Gülle-Hochbehältern, Treibstofftanks, Getreidelagern oder Kläranlagen.

Claims

Nachführbare Solaranlage zur Installation auf zylindrischen Gebäuden oder zylindrischen baulichen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gebäude oder der Anlage eine horizontal – d.h. um die auf dem Mittelpunkt des Grundrisses stehende Senkrechte – drehbare Dachkonstruktion in Form eines Pultdachs aufliegt, auf dessen geneigter Dachfläche eine Solaranlage statisch angeordnet ist, wobei die Dachkonstruktion drehbeweglich innerhalb einer umlaufenden Führung auf der Außenwand des Bauwerks ruht.
Nachführbare Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solaranlage die gesamte geneigte Dachfläche zwischen Dachfirst und Dachtraufe einnimmt.
Nachführbare Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Außenwand des Gebäudes eine Rundlaufbahn angebracht wird, auf der die an ihrer Unterseite mit Laufrollen versehende Dachkonstruktion aufgesetzt wird.
Nachführbare Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion durch einen Drehkranz mit der Gebäudeaußenwand verbunden ist.
Nachführbare Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion zusätzlich zur umlaufenden Auflage auf der Außenwand des Gebäudes in der Gebäudemitte drehbeweglich auf einem Pfeiler aufliegt.
Nachführbare Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion außerhalb des Gebäudes auf Stahlstützen ruht, die an der Außenwand befestigt und/oder im Boden verankert sind.
Nachführbare Solaranlage nach einem der Ansprüche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion mittels eines elektrohydraulischen Antriebs nachgeführt wird.
Nachführbare Solaranlage nach einem der Ansprüche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion mittels eines elektrischen Antriebs nachgeführt und die Nachführung durch eine Zeitschaltuhr gesteuert wird.
Nachführbare Solaranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb morgens durch einen mit einem Lichtsensor gekoppelten Einschalter in Gang gesetzt und die Solaranlage abends, ausgelöst durch einen Dämmerungsschalter, in ihre Ausgangstellung zurückgefahren wird.