DE202009011929U1 - Solarsäule - Google Patents

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Abstract

Solarsäule mit einem aufgeständerten Photovoltaikelement (9) mit Solarzellen (11), die zum Aufladen von wiederaufladbaren Batterien von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen (8) vorgesehen sind und mit einer horizontalen und vertikalen Nachführung entsprechend dem Einfallswinkel der Sonne (19) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarsäule ein im Querschnitt rohrförmiges, ovales oder polygonales Hohlprofil aufweist, das mit einem Fußabschnitt im Untergrund (4) befestigt und an seinem oberen Ende des Säulenkopfes (3) mit einem im Wesentlichen horizontal angeordneten Dachaufbau (12) zum Unterstellen von Elektrofahrzeugen (8) versehen ist, wobei in dem Säulenkopf (3) die Nachführung für das mit Solarzellen (11) bestückte Photovoltaikelement (9) und in dem Säulenschaft (2) eine Aufladestation (20) für wiederaufladbare Batterien angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Solarsäule mit einem aufgeständerten Photovoltaikelement mit Solarzellen, die zum Aufladen von wiederaufladbaren Batterien von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen vorgesehen und mit einer horizontalen und vertikalen Nachführung entsprechend dem Einfallswinkel der Sonne versehen sind,
  • Um den Energieeintrag bei Photovoltaikelementen mit Solarzellen hinreichend zu steigern, sind Nachführeinrichtungen in mannigfachen Ausführungen bekannt, welche das Photovoltaikelement dem nach Jahres- oder Tageszeit wechselnden Einfallswinkel der Sonne nachführen.
  • In der EP 1710651 A1 ist eine aufgeständerte Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage beschrieben, die eine um eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar gelagerte Tragkonstruktion umfasst. Die vertikale Achse wird durch einen Tragmast gebildet, an dem das Photovoltaikmodul schwenkbar gelagert ist. Die Nachführung in der horizontalen Achse erfolgt über einen Kurvenring mit einem oberseitigen Gestänge, sodass das Photovoltaikmodul in seiner Neigung verändert werden kann. Die Photovoltaikanlage eignet sich nicht zum Aufladen von Batterien von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen.
  • Eine ebensolche Nachführeinrichtung ist in der DE 10134045 C1 beschrieben, die zur horizontalen und vertikalen Nachführung von Photovoltaikmodulen auf Dächern vorgesehen ist, deren Dachform oder Dachneigung aufgrund der Gebäudestellung nicht den Idealbedingungen entspricht. Am vorteilhaftesten eignen sich für Photovoltaikanlagen zur Stromgewinnung aus Sonnenenergie südwärts orientierte Dächer mit einer Neigung von 30 Grad. Diese Standortvoraussetzungen sind nicht überall gegeben. Daher soll die Nachführung mit einem Tragring und mit Laufschienen ermöglicht werden.
  • Ferner ist in der DE 19832232 A1 eine Einständer – Solaranlage mit labil stehender und abgestützter Y-Achse beschrieben, die einen bei Sturmböen nachgebenden Rahmen aufweist. Am höchsten Punkt ist der Ständer mit einem Axial-Pendel-Rollenlager ausgerüstet. Ein Antriebsmotor und ein Getriebegehäuse sind in dem Ständer angeordnet.
  • Mit einem zweiten Antriebsmotor wird die Vertikalstellung der Photovoltaikanlage, Kollektoren oder der Spiegel korrigiert. Im Fuß des Schwenksystems befindet sich ein begehbarer Raum für Geräte zur Einspeisung durch ein Erdkabel oder eine Freileitung in das Netz. Das Aufladen von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen ist nicht vorgesehen.
  • Hierzu wird in der DE 4020032 A1 eine Solartankstelle mit einem Traggestell mit einem im wesentlichen L-förmigen Tragarm vorgeschlagen, der in einem bodenseitigen Fundament verankert ist. An dem kurzen Tragschenkel sind Halteseile mit Tragringen befestigt, die mit einer Vielzahl von Photovoltaikelementen bestückt sind. Die photovoltaischen Elemente sind mit einer scharnierartigen Schwenklageranordnung versehen, so dass sie gegen den Haltering verschwenkt werden können. Zum Nachladen der Batterien elektrisch angetriebener Fahrzeuge ist die Neigungseinstellung der Photovoltaikelemente entsprechend dem jahreszeitabhängig verändernden Sonneneinfallswinkel veränderbar, um eine möglichst optimale Stromausbeute zu liefern und den momentanen Nachladebedarf von elektrischen Fahrzeugen zu garantieren. Diese Solartankstelle eignet sich nicht für kleinere elektrisch angetriebene zweispurige Fahrzeuge oder Zweiradfahrzeuge mit Elektromotor.
  • In der DE 9115234 U1 wird ein Fahrradständer als Solartankstelle für Zweiradfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen, der mit einer Überdachung und mit den Komponenten einer Solarstromanlage ausgerüstet ist. Die Solarpaneele sind auf dem Dach und den Seitenwänden des Fahrradständers angeordnet.
  • Die DE 9306706 U1 beschreibt ebenfalls eine gehäuseförmige Abstelleinrichtung für Fahrräder, die im Wesentlichen aus einem Gehäusegrundkörper und einer Abschlusstür besteht. Mit der Abschlusstür ist die Öffnung des Gehäusegrundkörpers verschließbar. Der Gehäusegrundkörper und der in der DE 9115234 U1 bezeichnete Fahrradständer haben einen prismatischen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt. Die Deckenwand und die Seitenwände der Abstelleinrichtung können für die Anbringung von Solarzellen zur Stromversorgung genutzt werden. Nachteilig ist bei den beschriebenen Fahrradständern der erhöhte Platzbedarf, weil mit den feststehenden Dachelementen die Energieaufnahme bei einem wechselnden Stand der Sonne wesentlich geringer ist. Aus diesem Grund sind die vorgeschlagenen Fahrradständer nicht für den innerstädtischen Bereich geeignet.
  • Die Erfindung bezweckt eine Platz sparende Solarsäule mit aufgeständerten Photovoltaikelementen, als Batterieladestation zum einfachen und bequemen Aufladen von wiederaufladbaren Batterien von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades soll die Batterieladestation mit einer horizontalen und vertikalen Nachführung der Photovoltaikelemente entsprechend dem Einfallswinkel der Sonne versehen werden.
  • Erfindungsgemäß weist die Solarsäule ein im Querschnitt rohrförmiges, ovales oder polygonales Hohlprofil auf, das mit einem Fußabschnitt im Untergrund befestigt und an seinem oberen Ende des Säulenkopfes mit einem im Wesentlichen horizontal angeordneten Dachaufbau zum Unterstellen von Elektrofahrzeugen versehen ist, wobei in dem Säulenkopf die vertikale Nachführeinrichtung für das mit Solarzellen bestückte Photovoltaikelement und in dem Säulenschaft eine Aufladestation für wiederaufladbare Batterien angeordnet ist. Die Solarsäule kann im Inselbetrieb genutzt oder so installiert werden, dass die gewonnen Energie in das Stromnetz eingespeist wird. Im Inselbetrieb wird die aufgenommene Energie in Akkus gespeichert, von dem aus die angeschlossenen Verbraucher versorgt werden.
  • Der Vorteil der vorgeschlagenen Solarsäule besteht vor allem in dem geringen Platzbedarf bei der Aufstellung. Die zum Aufladen vorgesehenen Elektrofahrzeuge können sternförmig an die Aufladestation herangefahren werden. Eine geringe vorhandene Stellfläche wird optimal ausgenutzt. Die Anordnung der Elektrofahrzeuge in radialer Richtung ermöglicht außerdem eine gute Bedienung der Aufladestation, was beispielsweise bei herkömmlichen Fahrradständern mit parallel stehenden Fahrrädern nicht möglich ist. Auf diese Weise können mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig aufgeladen werden. Um das gleichzeitige Aufladen von mehreren Elektrofahrzeugen zu ermöglichen, ist ferner eine Batterieeinheit zur Zwischenspeicherung der elektrischen Energie in der Aufladestation vorgesehen. Die Aufladestation kann daher desgleichen bei schwächerem Sonnenschein benutzt und nachts beleuchtet werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im Einzelnen zeigt
  • 1 die Solarsäule zum Aufladen von wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen,
  • 2 die Vorderansicht der Solarsäule zum Zeitpunkt der Mittagssonne,
  • 3 die Seitenansicht der Solarsäule in der Abendsonne,
  • 4 die Solarsäule mit eingefahrenem Photovoltaikelement bei Schlechtwetter beziehungsweise in der Nachtstellung,
  • 5 die Solarsäule mit eingefahrenem Photovoltaikelement bei Schneefall und
  • 6 die Abkippstellung des Photovoltaikelements nach dem Schneefall in schematischer Darstellung.
  • Die in 1 dargestellte Solarsäule weist einen Säulenfuß 1, den Säulenschaft 2 und einen Säulenkopf 3 auf. Die Solarsäule ist ein Hohlprofil, das im Querschnitt gesehen rohrförmig oder oval ausgebildet werden kann. Ebenso kann der Querschnitt der Solarsäule dreieckig, viereckig oder eine andere polygonale Ausbildung erhalten. Mit einem Fußabschnitt ist der Säulenfuß 1 im Untergrund 4 standsicher befestigt. Im Säulenfuß 1 befindet sich eine Batterieeinheit 5 zur Zwischenspeicherung für die Solarenergie.
  • Im Säulenschaft 2 sind die Steckdosen 6 für den Anschluss der Ladekabel 7 oder gegebenenfalls Elektrokabel angeordnet, die mit den Elektrofahrzeugen 8 beim Aufladen der Batterie verbunden sind. Unter Elektrofahrzeugen 8 sollen vornehmlich einspurige Fahrzeuge wie Fahrräder, Elektroroller oder elektrische Motorräder verstanden werden, für die eine derartige Solarsäule im innerstädtischen Bereich vorzugsweise konzipiert ist. Zweispurige Elektrofahrzeuge 8 sind beispielsweise elektrische Rollstühle. Gegebenenfalls ist das Auftanken von Elektroautos und anderen Elektrofahrzeugen 8 ebenso nicht ausgeschlossen, wenn die zur Verfügung stehende Fläche ausreichend groß gewählt ist. Durch die relativ filigrane Bauform der Säule im Verhältnis zur Nutzfläche, kann die Solarsäule aufgestellt werden, wenn nicht übermäßig Platz vorhanden ist oder dieser als begehbarer Raum weiter genutzt werden muss oder keine passende Dachfläche für die Montage von Photovoltaikanlagen zur Verfügung steht.
  • Das Auftanken soll in der Hauptsache mit umweltfreundlicher Solarenergie erfolgen, die mit einem Photovoltaikelement 9 mit Solarzellen 11 erzeugt werden kann. Die Solarzellen 11 sind in 2 dargestellt. Das Photovoltaikelement 9 ist am oberen Ende des Säulenkopfes 3 angeordnet und in einem im Wesentlichen horizontal angeordneten Dachaufbau 12 gelagert.
  • Der Dachaufbau 12 dient gleichzeitig zum Unterstellen der Elektrofahrzeuge 8, wobei der Dachrand 13 mit einer Regenrinne 14 zum Ableiten von Regenwasser und Schmelzwasser im Winter versehen ist. Dementsprechend kann der Dachaufbau 12 eine runde oder gegebenenfalls polygonale Dachfläche entsprechend der Ausbildung des Photovoltaikelements 9 einschließen.
  • Oberhalb der Dachfläche ist das Photovoltaikelement 9 angeordnet. Das Photovoltaikelement 9 ist vertikal schwenkbar mit einem Drehgelenk 10 an einem Seitenrand des Dachaufbaus 12 angelenkt. Die vertikale Nachführung für das Photovoltaikelement 9 ist in dem Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Schwenkantrieb 15. Der Schwenkantrieb 15 kann ein elektrischer Linearantrieb oder ein hydraulischer beziehungsweise pneumatischer Schwenkzylinder sein, der in dem Säulenkopf 3 schwenkbeweglich befestigt ist. In dem Säulenkopf 3 sind die zum Betrieb des Schwenkantriebs 15 erforderlichen hydraulischen oder pneumatischen Einrichtungen der Hydraulik beziehungsweise Pneumatik angeordnet. Weiterhin gehört ein elektrisches Steuergerät für die Funktion des Schwenkantriebs 15 zu der Ausrüstung des Säulenkopfs 3. Bei einem Schwenkantrieb 15 mit Kugelgewindetriebe oder Gewindestangenantriebe beziehungsweise Rollengewindetrieb kann die Steuerung elektrisch vorgenommen werden.
  • Die Anordndung der vertikalen Nachführeinrichtung für das Photovoltaikelement 9 in dem Säulenkopf 3 hat den Vorteil, dass das gesamte Photovoltaikelement 9 über Nacht und bei schlechten Wetterverhältnissen, z. B. bei Sturm, in eine waagerechte Position gefahren werden kann, um Schäden an der Anlage zu vermeiden. Dazu sind Windmesser 16 und andere Sensoren installiert, um in jeder Lage eindeutige Messergebnisse zu erhalten. Damit kann das System anstandslos funktionieren. Die vertikale Lage des Photovoltaikelements 9 ist in der 4 dargestellt. Regenwasser wird über die Regenrinne 14 abgeleitet.
  • In schneereichen Regionen kann auf Wunsch eine Abschüttfunktion integriert werden. Damit kann nach einem in 5 gezeigten Schneefall die Schneeauflage 21 abgeschüttet werden, indem das Photovoltaikelement 9 in die senkrechte Lage gefahren wird. Der Schwenkbereich des Photovoltaikelements 9 umfasst in diesem Fall einen Schwenkwinkel 22 von 90 Grad. Dieser Vorgang kann durch eine Signalleuchte 17 signalisiert werden, um etwaige Passanten zu warnen. Die senkrechte Stellung des Photovoltaikelements 9 beim Abschütten von Schnee nach dem Schneefall ist in 6 dargestellt.
  • Um die Energieausbeute zu erhöhen und den Einfallwinkel der Sonnenstrahlen auf das Photovoltaikelement 9 zu optimieren, ist eine azimuthausgerichtete horizontale Nachführung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist der Dachaufbau 12 in den Säulenkopf 3 drehbar gelagert. Durch die Drehfunktion des Dachaufbaus 12 bewegt sich das Photovoltaikelement 9 mit der Bahn der Sonne 19. Auf diese Weise kann die Effizienz der Anlage um bis zu 30% gesteigert werden. In 1 ist die Stellung des Photovoltaikelements 9 entsprechend der Morgensonne dargestellt. 2 verdeutlicht die Stellung des Photovoltaikelements 9 in der Vorderansicht zur Mittagszeit und 3 zeigt die Stellung des Photovoltaikelements 9 am Abend.
  • Die Drehung des Dachaufbaus 12 kann beispielsweise durch einen Drehantrieb 18 und eine Programmsteuerung gegebenenfalls mit einer Zeitsteuerung bewerkstelligt werden. Bei einem feststehenden Dachaufbau 12 kann die horizontale Nachführung mit zwei Schwenkantrieben 15 bewerkstelligt werden. In diesem Fall kann das Photovoltaikelement 9 mit einem Drehgelenk 10 oder Kreuzgelenk an dem Dachaufbau 12 schwenkbar befestigt werden. Das Photovoltaikelement 9 kann dann mit einer geeigneten Steuerung gleichzeitig in horizontaler und vertikaler Richtung dem Stand der Sonne 19 nachgeführt werden.
  • Der elektrische Strom für die Versorgung des Antriebs und die Steuerung der Nachführung kann aus der in dem Säulenschaft 2 angeordneten Aufladestation 20 entnommen werden. Die Aufladestation 20 enthält die Batterieeinheit 5 zur Zwischenspeicherung von Solarstrom aus dem Photovoltaikelement 9. Der Batterieeinheit 5 ist ein Wechselrichter zugeschaltet, der mit dem elektrischen Antrieb und der Steuerung der Nachführung verbunden ist. Ferner ist die Batterieeinheit 5 ausgangsseitig mit einem Ladegerät verbunden, das beispielsweise eine Wechselspannung in Höhe von 230 V oder eine andere Spannung für das Aufladen von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen 8 bereitstellt. Dem Ladegerät ist in der Regel ein Inverter mit einem Wechselrichter zugeschaltet, der den Gleichstrom aus der Batterieeinheit 5 und dem Photovoltaikelement 9 in Wechselstrom umwandeln kann. Damit können die an den Elektrofahrzeugen 8 vorhandenen Ladegeräte für 230 V eingesetzt werden. Elektrofahrräder moderner Bauart verfügen in der Regel über ein externes Ladegerät, das mit einem Elektrokabel an eine vorhandene 230 Volt Spannungsversorgung angeschlossen wird. Die Stromversorgung der Elektrofahrzeuge 8 erfolgt über das Elektrokabel, das mit dem von außen zugänglichen Stromanschluss der Solarsäule mit der Steckdose 6 verbunden ist. Wenn das Aufladen direkt von der Solarsäule mit einem Stromanschluss mit Gleichstrom von beispielsweise 36 Volt Gleichstrom erfolgen soll, ist dem jeweiligen Stromanschluss ein Ladegerät mit Ladekabel 7 zugeordnet.
  • Die im Ladegerät enthaltene elektronische Ladeschaltung steuert in diesem Fall den Ladevorgang für die Batterie der Elektrofahrzeuge 8. Die Ladeschaltung kann die vorhandene Batteriespannung in dem Elektrofahrzeug 8 erkennen und automatisch die zutreffende Ladespannung einstellen. Auf diese Weise können die Elektrofahrzeuge 8 bequem an der Solarsäule abgestellt und während des Einkaufens in der Stadt einfach aufgeladen werden.
  • Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die Solarsäule über eine Stromeinspeisung mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist. Mit der Stromeinspeisung kann überschüssige Energie in das öffentliche Stromversorgungsnetz eingespeist werden. Anderenfalls kann im Notfall über die Stromeinspeisung die Solarsäule mit dem elektrischen Strom aus dem Stromversorgungsnetz betrieben werden. Im Notfallbetrieb kann das Aufladen der Elektrofahrzeuge 8 aus dem Stromversorgungsnetz erfolgen und ein Notstromaggregat ist nicht erforderlich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1710651 A1 [0003]
    • - DE 10134045 C1 [0004]
    • - DE 19832232 A1 [0005]
    • - DE 4020032 A1 [0007]
    • - DE 9115234 U1 [0008, 0009]
    • - DE 9306706 U1 [0009]

Claims (12)

  1. Solarsäule mit einem aufgeständerten Photovoltaikelement (9) mit Solarzellen (11), die zum Aufladen von wiederaufladbaren Batterien von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen (8) vorgesehen sind und mit einer horizontalen und vertikalen Nachführung entsprechend dem Einfallswinkel der Sonne (19) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarsäule ein im Querschnitt rohrförmiges, ovales oder polygonales Hohlprofil aufweist, das mit einem Fußabschnitt im Untergrund (4) befestigt und an seinem oberen Ende des Säulenkopfes (3) mit einem im Wesentlichen horizontal angeordneten Dachaufbau (12) zum Unterstellen von Elektrofahrzeugen (8) versehen ist, wobei in dem Säulenkopf (3) die Nachführung für das mit Solarzellen (11) bestückte Photovoltaikelement (9) und in dem Säulenschaft (2) eine Aufladestation (20) für wiederaufladbare Batterien angeordnet ist.
  2. Solarsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachaufbau (12) und das Photovoltaikelement (9) eine viereckige, kreisförmige oder polygonale Dachfläche einschließen, die randseitig gegebenenfalls mit einer Regenrinne (14) abgeschlossen ist.
  3. Solarsäule nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Dachfläche mit einer Beleuchtung und/oder mit einer Signalleuchte (17) versehen ist.
  4. Solarsäule nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (9) horizontal und vertikal schwenkbar mit einem Drehgelenk (10), Kreuzgelenk oder dergleichen an einem Seitenrand des Dachaufbaus (12) angelenkt ist.
  5. Solarsäule nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung des Photovoltaikelements (9) mindestens einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Schwenkantrieb (15) umfasst.
  6. Solarsäule nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische oder hydraulische Schwenkantrieb (15) einen Schwenkzylinder aufweist und der elektrische Schwenkantrieb (15) mit einem Kugelgewindeantrieb oder Gewindestangenantrieb beziehungsweise Rollengewindetrieb versehen ist.
  7. Solarsäule nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Nachführung einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Schwenkantrieb (15) und einen drehbar gelagerten Dachaufbau (12) für die horizontale Nachführung umfasst, der mit einem Drehantrieb (18) angetrieben ist.
  8. Solarsäule nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Nachführung einen Schwenkwinkel (22) von 90 Grad aufweist.
  9. Solarsäule nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Säulenschaft (2) die Aufladestation (20) mit einer Batterieeinheit (5) zur Zwischenspeicherung für die elektrische Energie in der Aufladestation (20) vorgesehen ist.
  10. Solarsäule nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieeinheit (5) ein Wechselrichter zugeschaltet ist, der mit dem elektrischen Antrieb und der Steuerung der Nachführung verbunden ist.
  11. Solarsäule nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (5) ausgangsseitig mit einem Ladegerät verbunden ist, das beispielsweise eine Wechselspannung in Höhe von 230 V oder eine andere geeignete Spannung für das Aufladen von ein- und zweispurigen Elektrofahrzeugen (8) aufweist, wobei das Elektrofahrzeug (8) über ein Elektrokabel oder ein Ladekabel (7) an einem von außen zugänglichen Stromanschluss mit Steckdosen (6) der Solarsäule angeschlossen ist.
  12. Solarsäule nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarsäule über eine Stromeinspeisung sowie im Notfallbetrieb mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbunden ist.
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