DE202022105384U1

DE202022105384U1 - Solarpylon

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Publication number: DE202022105384U1
Application number: DE202022105384.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-27

Abstract

Solarpylon zur Halterung von Solarmodulen (6) mit
- einem hochaufragenden Mantel (3), der im Inneren einen Hohlraum (31) aufweist,
- einer zentral zum Mantel (3) angeordneten Tragsäule (2) und
- mehreren den Mantel (3) tragenden Abstrebungen (4), die jeweils an ihrem ersten Ende mit der Tragsäule (2) und jeweils an ihrem zweiten Ende mit dem Mantel (3) verbunden sind, wobei der Mantel (3) eine Unterkante (32), eine Oberkante (33) und Einrichtungen (35) zur Anbringung von Solarmodulen (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarpylon zur Halterung von Solarmodulen.
Bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen spielen insbesondere Photovoltaikanlagen eine Rolle, deren Einsatzgebiete von industriellen Solarparks beispielsweise als Freiflächensolaranlagen bis zu privaten Installationen beispielsweise auf Hausdächern reichen. Photovoltaikanlagen bestehen aus in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen, die wiederum in Reihe oder parallel geschaltete Solarzellen, Schutzschichten bzw. Schutzplatten beispielsweise aus Glas zur Abdeckung der Solarzellen, Einbettungsmaterial zur Verkapselung, elektrische Anschlüsse sowie eine Stützkonstruktion umfassen. Die Photovoltaikmodule werden mittels ihrer Stützkonstruktion und ggf. weiteren Halterungen auf der für die Photovoltaikanlage zur Verfügung stehenden Fläche befestigt und die elektrischen Anschlüsse an das dafür bestimmte Netz angeschlossen. Dabei ist auf eine günstige Ausrichtung der Solarmodule zur Haupteinstrahlungsrichtung der Sonnenstrahlung zu achten. Die abgegebene Gesamtleistung einer Photovoltaikanlage hängt neben der Modulart, der Größe der installierten Photovoltaik-Fläche, der standort- und wetterabhängigen Sonnenscheindauer und -intensität sowie der Verschattung vom Einstrahlungswinkel bzw. dem Neigungswinkel und der Himmelsrichtung der Module ab.
Bei Photovoltaikanlagen ist es bekannt, die Photovoltaikmodule auf Freiflächen auf dem Boden fest aufzuständern, wobei sie leicht gegenüber der Horizontalen geneigt und in die Hauptrichtung der Sonneneinstrahlung ausgerichtet sind. Bei dieser Anordnung überdecken die Photovoltaikmodule einen großen Anteil der Fläche. Die maximale Photovoltaik-Fläche entspricht in etwa der Gesamtfläche, die zur Verfügung steht. Eine große zusammenhängende Fläche mit guten Sonneneinstrahlungsbedingungen, insbesondere ohne Verschattung, ist somit erforderlich. Je geringer die Fläche, umso geringer die abgegebene Leistung der Anlage. Die Ausrichtung der Photovoltaikmodule entspricht bei dieser Anordnung nur innerhalb eines kurzen Zeitraums am Tag der Haupteinstrahlungsrichtung der Sonne, was ebenfalls die Gesamtleistung der Anlage einschränkt.
Auf Schrägdächern sind Photovoltaikmodule häufig parallel auf die Dacheindeckung montiert oder in die Dacheindeckung eingelassen. Ihre Ausrichtung ist somit von der Dachausrichtung festgelegt und kann daher von der für die abgegebene Gesamtleistung der Photovoltaikanlage optimalen Ausrichtung stark abweichen. Die maximal zur Verfügung stehende Fläche entspricht der Dachfläche und ist somit ebenfalls eingeschränkt.
Entsprechendes gilt auch für Solarthermie-Anlagen, wie sie zur Gewinnung von thermischer Energie aus Sonnenenergie eingesetzt werden. In diesen werden Sonnenkollektoren verwendet, um ein Wärmeträgermedium zu erwärmen. Die Absorber der Sonnenkollektoren absorbieren die Sonnenstrahlung. Dabei können Konzentratoren zum Einsatz kommen, die das Sonnenlicht fokussieren und damit die Lichtintensität erhöhen. Die Absorber geben die Strahlungsenergie an das Wärmeträgermedium ab. Das Wärmeträgermedium ist meist ein flüssiger Wärmeträger wie beispielsweise Öl oder Wasser. Es kann sich auch um Luft handeln. Der Wärmeträger wird aus dem Kollektor abgeführt und transportiert die Wärme ab. Anschlussleitungen in Form von Rohren und/oder Schläuchen transportieren das Wärmeträgermedium. Bekannt sind beispielsweise Sonnenkollektoren als Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Auch für Solarthermie-Anlagen sind Formen wie beispielsweise Aufdachanlagen und Freiflächenanlagen bekannt.
Aus der japanischen Druckschrift JP2014134056A ist es bekannt, einen Turm aus einer Rahmenstruktur mit Solarmodulen zu versehen, die von nach unten geneigten, am Turm angebrachten Rahmen angeordnet werden. Zur Erdbebensicherung sind im Inneren des Turms schwere Ausgleichsgewichte vorgesehen. Die Masse der Ausgleichsgewichte muss hoch genug sein, um den Schwerpunkt des Turms zu senken. Gleichzeitig muss die Rahmenstruktur des Turms sowie deren Befestigung auf dem Boden die hohe Masse der Ausgleichsgewichte und der Solarmodule tragen können. Dieser Solarturm erfordert somit einen hohen Planungs- und Materialaufwand und einen hohen Aufwand bei der Konstruktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für eine hohe Anzahl von Solarmodulen pro Grundfläche zur Verfügung zu stellen, die sich effizient aufbauen lässt.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Solarpylon zur Halterung von Solarmodulen vorgesehen mit einem hochaufragenden Mantel, der im Inneren einen Hohlraum aufweist, einer zentral zum Mantel angeordneten Tragsäule und mehreren den Mantel tragenden Abstrebungen, die jeweils an ihrem ersten Ende mit der Tragsäule und jeweils an ihrem zweiten Ende mit dem Mantel verbunden sind, wobei der Mantel eine Unterkante, eine Oberkante und Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen aufweist.
Zuerst seien einige verwendete Begriffe erläutert:
Unter Solarmodulen werden vorliegend Photovoltaikmodule und/oder Sonnenkollektoren für die Solarthermie verstanden.
Der Mantel eines Solarpylonen ist konisch, zylindrisch oder als, insbesondere regelmäßige, vieleckige Pyramide ausgebildet. Eine Oberfläche des Mantels ist gebildet aus einer Vollfläche, einer Gitterstruktur oder einer Kombination daraus. Der Mantel kann oben eine Öffnung aufweisen. Bei oben zulaufenden Ausbildungsformen (Kegel oder Pyramide) kann der Mantel unterhalb der Spitze in einer zur Grundfläche parallelen Oberkante enden. Der Mantel gilt vorliegend als hochaufragend, wenn seine Höhe größer ist als sein mittlerer Durchmesser. Zweckmäßigerweise ist der Solarpylon ausgeführt als ein Kleinpylon. Bei einem Kleinpylon beträgt die Höhe des Mantels höchstens 20 m, weiter vorzugsweise höchstens 10 m, weiter vorzugsweise höchstens 5 m. Der mittlere Durchmesser des Mantels weist ein typisches Verhältnis zur Höhe des Mantels im Bereich von 1:4 bis 4:5, vorzugsweise im Bereich von 1:3 bis 1:2, weiter vorzugsweise im Bereich 1:3 bis 2:5, auf.
Eine Tragsäule ist zentral zum Mantel angeordnet, wenn sie innerhalb des vom Mantel umschriebenen Bereichs angeordnet ist. Der vom Mantel umschriebene Bereich ist der Bereich, der entweder vom Mantel umgeben ist oder der Projektion der Unterkante des Mantels nach unten oder der Verlängerung des Mantels nach unten entspricht. Die Tragsäule kann in den Hohlraum des Mantels hineinragen, kann aber auch unterhalb des Hohlraums des Mantels enden.
Mehrere Abstrebungen tragen den Mantel. Das bedeutet, dass die Gewichtskraft des Mantels durch die Abstrebungen auf die Tragsäule übertragen wird. Auch der Einfluss anderer Kräfte, beispielsweise Windkräfte, wird durch die Abstrebungen auf die Tragsäule übertragen. Die Tragsäule trägt somit die Gewichtskräfte von Mantel und Solarmodulen sowie andere Kräfte, insbesondere Windkräfte.
Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen umfassen Befestigungseinrichtungen und ggf. Durchlässe für Kabel und/oder Leitungen. Die Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen sind so aufgebaut, dass die Solarmodule direkt auf der Außenfläche des Mantels angeordnet sind oder die Außenfläche des Mantels bilden.
Kern der Erfindung ist der Gedanke, einen mit Solarmodulen versehenen Mantel von einer zentralen Tragsäule tragen zu lassen. Dazu ist der Mantel durch Abstrebungen mit der Tragsäule verbunden, die die Gewichtskraft des Mantels sowie angreifende Windkräfte auf die Tragsäule übertragen. Die Anordnung der Solarmodule an einem hochaufragenden Mantel ermöglicht eine hohe Anzahl von Solarmodulen pro Grundfläche. Aufgrund der Verwendung einer zentralen Tragsäule zur Übertragung der Kräfte kann der Mantel selbst leichter und effizienter konstruiert werden. So wird eine platzsparende PhotovoltaikAnlage bzw. Solarthermie-Anlage mit hoher Windsicherheit zur Verfügung gestellt, die effizient zu bauen ist.
(Anspruch 2) Mit Vorteil ist der Mantel als tragende Gitterstruktur ausgebildet, wobei die Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen mantelbündig ausgebildet sind. So werden die Solarmodule direkt auf der Außenfläche des Mantels angeordnet und/oder bilden die Außenfläche des Mantels. Dies unterscheidet sich beispielsweise von markisenartigen Konstruktionen mit abragenden Solarmodulen. Die mantelbündige Ausbildung der Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen ermöglicht deren sichere Anbringung. Durch die mantelbündige Anordnung bieten die Solarmodule viele Punkte zur Anbringung an den Mantel, was die Stabilität erhöht. Außerdem bieten sie weniger Angriffspunkte für Windkräfte.
(Anspruch 3) Zweckmäßigerweise ist die Tragsäule auf einer Linie mit oder parallel zu einer Achse des Mantels angeordnet, wobei die Achse des Mantels vorzugsweise durch den Schwerpunkt des mit Solarmodulen bestückten Mantels und die Schwerkraftrichtung definiert ist. Kleine Winkelabweichungen von der Schwerkraftrichtung können vorgesehen sein. Die Achse des Mantels kann dabei auch durch die Geometrie des Mantels (Zylinderachse, Kegelachse) definiert sein. Dem Fachmann ist bekannt, eine dieser Definitionen oder eine andere Definition zu wählen. Durch die Ausrichtung der Tragsäule entlang der Achse des Mantels erfolgt die Übertragung der Kräfte durch die Abstrebungen auf die Tragsäule gleichmäßig. Der Schwerpunkt des Solarpylonen wird unterstützt. Dies ermöglicht eine hohe Stabilität des Solarpylonen.
(Anspruch 4) Vorzugsweise ist die Tragsäule im Hohlraum des Mantels angeordnet. So können kürzere Abstrebungen verwendet werden als beispielsweise bei einer Anordnung des Mantels oberhalb der Tragsäule. Dies erhöht die Stabilität der Konstruktion insbesondere bei hoher Gewichts- oder Windkraft.
(Anspruch 5) Mit Vorteil weist der Solarpylon einen Drehantrieb auf, der den Mantel um eine vertikale Drehachse im Inneren des Mantels dreht, wobei vorzugsweise die Drehachse mit der Achse der Tragsäule übereinstimmt. Der Drehantrieb ermöglicht es, die Ausrichtung des Solarpylonen zu variieren. Insbesondere kann die Ausrichtung in Abhängigkeit vom Sonnenstand (Tageszeit) verändert werden. Beispielsweise kann eine mit einer besonders hohen Dichte oder Qualität von Solarmodulen bestückten Stelle des Solarpylonen jeweils zur Sonne ausgerichtet werden. Dabei kann eine automatische Nachführung vorgesehen sein. Dies kann zu einer effizienteren Nutzung der Solarmodule und somit einer höheren abgegebenen Leistung der Anlage führen. Auch eine Ausrichtung einer Seite des Solarpylonen in eine einem Unwetter abgewandten Richtung zum Schutz vor Unwettereinflüssen ist denkbar. Die Drehachse stimmt vorzugsweise mit der Achse der Tragsäule überein. Dies ermöglicht eine reibungsarme Drehung, sodass der Drehmechanismus geschont wird.
(Anspruch 6) Vorzugsweise weist der Solarpylon mit Drehantrieb einen Sensor zur Messung der auf den Solarpylonen einfallenden Sonnenintensität und/oder der abgegebenen Gesamtleistung des Solarpylonen auf. Damit kann eine optimale Ausrichtung des Solarpylonen mittels des Drehantriebs ermittelt und eingestellt werden. Vorzugsweise ist jede Messung zu einer Ausrichtung des Solarpylonen zuordenbar. Bei einer Mehrzahl von Messungen, die jeweils einer Ausrichtung des Solarpylonen zugeordnet sind, kann jeweils die Sonnenintensität und/oder die abgegebene Gesamtleistung des Solarpylonen ermittelt werden. Dazu kann der Solarpylon mittels des Drehantriebs in verschiedene Ausrichtungen gebracht werden, wobei jeweils eine Messung mit dem Sensor durchgeführt wird, die der jeweiligen Ausrichtung zugeordnet ist. Denkbar ist es auch, dass mehrere Sensoren an der Oberfläche des Mantels angebracht sind, die jeweils die Intensität der Sonnenstrahlung auf dieser Stelle des Mantels messen. Die Messung wird der Ausrichtung des Solarpylonen zugeordnet, bei der die mit Solarmodulen bestückten Sektoren des Solarpylonen in die entsprechende Richtung zeigen. Aus den Messungen kann ermittelt werden, welche Ausrichtung den höchsten Messwert für die einfallende Sonnenintensität und/oder die abgegebene Gesamtleistung aufweist. Mittels des Drehantriebs kann der Solarpylon so zur Sonne ausgerichtet werden, dass die höchste einfallende Sonnenintensität und/oder die höchste abgegebene Gesamtleistung erreicht wird.
(Anspruch 7) Zweckmäßigerweise ist der Mantel und/oder die Abstrebungen und/oder die Tragsäule als geschweißte und/oder geschraubte Stahlkonstruktion ausgeführt, die vorzugsweise in Skelettbauweise mit Traggerüst ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Mantel eine Mehrzahl von dünnen Blechen, die plan sind. Diese Bauweise spart Material. Durch die leichtere Bauweise wirken geringere Gewichtskräfte. Dies ermöglicht eine hohe Stabilität bei gleichzeitiger Einsparung von Material.
(Anspruch 8) In einer alternativen Ausführungsform kann der Mantel vollflächig ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Mantel strömungsgünstiger und bietet weniger Angriffspunkte für den Wind. Bei Windeinwirkung ist der Mantel damit stabiler. Er wird damit böenfester, und zwar auch bei umlaufender bzw. umspringender Windrichtung.
(Anspruch 9) Vorzugsweise ist die Tragsäule drehfest und kippsicher auf einer Unterlage befestigt. Unter einer Unterlage ist hier eine Oberfläche zu verstehen, die sich zum Befestigen einer Tragsäule eignet. Dies kann beispielsweise ein (Erd-)Boden, eine Dachfläche oder eine Freifläche sein. Die Tragsäule ist so auf der Unterlage befestigt, dass sie stabil auf der Unterlage steht bzw. so verankert ist, dass die Last des Solarpylonen sowie darauf wirkende Kräfte, insbesondere durch Wind, aufgenommen werden.
(Anspruch 10) Zur lasttragenden Auflage auf der Unterlage weist die Tragsäule zweckmäßigerweise einen Fuß auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie Abspannungen zur Befestigung auf der Unterlage auf. Der Fuß ermöglicht eine Anbringung der Tragsäule auf der Unterlage und eine Übertragung der Kräfte. Abspannungen können, insbesondere bei einem weichen Boden, für zusätzliche Stabilisierung sorgen.
(Anspruch 11+12) Mit Vorteil weist die Tragsäule, die drehfest und kippsicher auf einer Unterlage befestigt ist, einen oberen Abschnitt auf, der den Mantel trägt und mittels einem Knickgelenk schwenkbeweglich mit einem unteren Abschnitt der Tragsäule verbunden ist, wobei das Knickgelenk eine Betriebsstellung und eine Wartungsstellung aufweist. Es ist so ausgebildet, dass der obere Abschnitt der Tragsäule in der Betriebsstellung den unteren Abschnitt der Tragsäule fortsetzt und dass der obere Abschnitt der Tragsäule in der Wartungsstellung heruntergeklappt ist. Dieses Knickgelenk ermöglicht die Überführung des Solarpylonen in eine Wartungsstellung. In dieser Wartungsstellung ist der obere Abschnitt der Tragsäule nach unten gekippt, wodurch der Mantel näher an die Unterlage gebracht wird, beispielsweise in eine etwa horizontale Position. So sind zumindest einige Bereiche des Solarpylonen besser von der Unterlage unterhalb des Solarpylonen aus erreichbar. So kann zumindest teilweise ohne zusätzliches Gerät eine einfache Wartung oder Bestückung mit Solarmodulen erfolgen. In der Betriebsstellung ist die Tragsäule gestreckt und der Solarpylon ist aufrecht. Vorzugsweise weist bei dieser Ausführungsform der Mantel an seiner Unterkante eine U-förmige Aussparung auf, die besonders vorzugsweise auf der in der Wartungsstellung des Knickgelenks der Unterlage zugewandten Seite des Mantels angeordnet ist. Beim Abknicken in die Wartungsstellung kann der untere Abschnitt der Tragsäule in den Bereich der Aussparung eintauchen. Dadurch kann das Knickgelenk so an der Tragsäule angeordnet sein, dass der Schwerpunkt des mit Solarmodulen bestückten Solarpylonen auch in der Wartungsstellung nah an dem unteren Abschnitt der Tragsäule ist. Dies erhöht die Stabilität insbesondere in der Wartungsstellung.
(Anspruch 13) Mit Vorteil weist der Mantel auf seiner Oberkante einen Deckel auf, wobei der Deckel eine obere Öffnung des Mantels bedeckt und wobei der Deckel vorzugsweise Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen aufweist. Der Deckel kann das Innere des Mantels vor Niederschlag und/oder UV-Belastung schützen. Dies verringert den witterungsbedingten Verschleiß des Solarpylonen. Die Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen ermöglichen es, auch die Fläche des Deckels mit Solarmodulen zu bestücken und zur Erzeugung von Solarstrom zu nutzen.
(Anspruch 14) Zweckmäßigerweise sind die Abstrebungen mit einer Kabelführung und/oder einer Leitungsführung versehen. Alternativ oder zusätzlich ist die Tragsäule als Kabelschacht und/oder als Leitungsschacht ausgebildet. So können die Kabel und/oder Anschlussleitungen, die zum Anschluss der Solarmodule an das Stromnetz bzw. das Wärmenetz erforderlich sind, von den auf der Oberfläche des Mantels angebrachten Solarmodulen in das Innere des Mantels bzw. der Tragsäule geführt und von dort an das Stromnetz bzw. das Wärmenetz angeschlossen werden. So wird eine aufgeräumte Kabel- bzw. Leitungsführung sowie ein Schutz vor Beschädigung der Kabel bzw. Leitungen ermöglicht.
(Anspruch 15) Vorzugsweise weist der Mantel eine konische Form auf. Dies hat den Vorteil, dass die Solarmodule leicht gegenüber der Achse des Mantels geneigt sind und somit leicht zur Sonne hin geneigt sein können. Durch eine Sonneneinstrahlung näher an der Senkrechten auf den Solarzellen der Solarmodule kann sich die abgegebene Leistung der Anlage erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann der Mantel eine zylindrische Form aufweisen. In diesem Fall kann die Oberfläche des Mantels in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sein und somit besonders gut die Schwerkräfte der Solarmodule aufnehmen.
(Anspruch 16+17) Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein System eines Solarpylonen mit Solarmodulen, wobei der Solarpylon erfindungsgemäß ausgebildet ist und mindestens ein Solarmodul an Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen angebracht ist. Die Solarmodule sind vorzugsweise als Photovoltaik-Module und/oder als Sonnenkollektoren ausgebildet. Durch die Bestückung mit Solarmodulen kann der Solarpylon bei Verwendung von Photovoltaik-Modulen zur Erzeugung von Solarstrom und/oder bei Verwendung von Sonnenkollektoren zur Gewinnung von Solarthermie verwendet werden. Die Solarmodule können so angeordnet sein, dass sie besonders günstig ausgerichtet sind im Verhältnis zur Hauptrichtung der Sonneneinstrahlung. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird zur Erläuterung der Ausführungsformen des Solarpylonen auf vorstehende Beschreibung verwiesen.
(Anspruch 18+19) Bei dem System ist zweckmäßigerweise die Tragsäule auf einer Unterlage befestigt und an einem ersten Sektor des Mantels, der in eine Richtung zeigt, aus der keine direkte Sonneneinstrahlung zu erwarten ist, sind Solarmodule für diffuse Sonneneinstrahlung angebracht. Alternativ oder zusätzlich sind an einem zweiten Sektor des Mantels Solarmodule für direkte Sonneneinstrahlung angebracht, wobei vorzugsweise der erste Sektor und der zweite Sektor einander gegenüberliegen und weiter vorzugsweise jeweils den halben Umfang des Mantels umfassen. Unter einem Sektor wird vorliegend ein bestimmter Winkelbereich entlang des Umfangs des Mantels verstanden. Insbesondere kann der erste Sektor des Mantels auf der Nordhalbkugel nach Norden zeigen oder in eine Richtung, die, beispielsweise durch Gebäude oder Bäume, verschattet ist. Aus dieser Richtung ist keine oder wenig direkte Sonneneinstrahlung auf den ersten Sektor des Mantels zu erwarten. An dem ersten Sektor des Mantels sind vorzugsweise Solarmodule angebracht, die sich besonders für diffuse Sonneneinstrahlung eignen. Beispielsweise sind Solarmodule mit bestimmten Dünnschichtsolarzellen, Tandem-Solarzellen oder Solarmodule mit Solarglas mit speziellen Brechungseigenschaften besonders für diffuse Sonneneinstrahlung geeignet. Dem Fachmann ist bekannt, Solarmodule auszuwählen, die sich besonders für diffuse Sonneneinstrahlung eignen. An einem zweiten Sektor des Mantels, der beispielsweise in Richtung Süden (auf der Nordhalbkugel) zeigt, können Solarmodule angebracht sein, die sich besonders für direkte Sonneneinstrahlung eignen. Dies können zum Beispiel Solarmodule mit mono- oder polykristallinen Solarzellen sein. Die Aufteilung zwischen dem ersten Sektor und dem zweiten Sektor des Mantels kann davon abhängen, an welchem Ort das System eines Solarpylonen mit Solarmodulen aufgestellt sein soll. Bei einem stark verschatteten Aufstellungsort kann sich ein großer erster Sektor des Mantels mit für diffuse Sonneneinstrahlung geeigneten Solarmodulen ergeben. Bei einer Ausführungsform des Solarpylonen mit Drehantrieb kann der zweite Sektor klein sein, wobei der Solarpylon der Sonneneinstrahlung nachgeführt wird. Mit Vorteil ist dabei der zweite Sektor kleiner als der erste Sektor, insbesondere bei einer mit Drehantrieb versehenen Tragsäule. Dadurch kann mit einer geringeren Anzahl von für direkte Sonneneinstrahlung geeigneten Solarmodulen durch das Nachführen mit der Sonnenstrahlung dennoch eine ähnlich hohe Leistung erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

1a: eine Außen- und Querschnittsansicht des Solarpylonen;
1b: eine Außen- und Querschnittsansicht mit Solarmodulen auf dem Mantel;
2: eine schematisierte perspektivische Ansicht des Solarpylonen;
3a, b, c: Seitenansichten von verschiedenen Ausbildungsformen des Mantels und Anordnungen der Tragsäule;
4: eine Querschnittsansicht des Solarpylonen;
5: eine Schnittansicht von oben entlang der Sichtlinie V-V in 4;
6: Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen an Stahlkonstruktionselementen des Mantels;
7a: eine Betriebsstellung der Ausführungsform mit Knickgelenk und Aussparung;
7b: eine Wartungsstellung der Ausführungsform mit Knickgelenk und Aussparung;
8 a, b: eine schematische Draufsicht einer nicht drehbaren Ausführungsform;
9 a, b: eine schematische Draufsicht einer drehbaren Ausführungsform.

1a stellt eine kombinierte Außenansicht (linke Hälfte) und Querschnittsansicht (rechte Hälfte) eines Solarpylonen 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Der Solarpylon 1 weist in der dargestellten Ausführungsform einen konisch geformten Mantel 3 auf. Der Mantel weist einen Hohlraum 31, eine Unterkante 32 und eine Oberkante 33 auf. Eine Tragsäule 2 mit einem Fuß 21 trägt den Mantel mit mehreren Abstrebungen 4. Die Abstrebungen 4 sind jeweils an ihrem ersten Ende mit der Tragsäule 2 und an ihrem zweiten Ende mit dem Mantel 3 verbunden. Sie verlaufen im Hohlraum 31 im Inneren des Mantels 3. Die Ausrichtung der Abstrebungen 4 begünstigt die Übertragung der Kräfte vom Mantel 3 auf die Tragsäule 2. Die Tragsäule 2 ist in den Hohlraum 31 des Mantels 3 eingetaucht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Mantel 3 eine Höhe von 5 m und einen mittleren Durchmesser von 2 m.
1b zeigt ein entsprechendes System aus einem Solarpylonen 1 mit Solarmodulen 6, die auf der Oberfläche des Mantels 3 angeordnet sind.
2 zeigt eine schematisierte perspektivische Ansicht des Solarpylonen 1 von schräg oben. Dabei sind die Abstrebungen 4, die den Mantel 3 mit der Tragsäule 2 verbinden, aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen. Nur im oberen Bereich sind Elemente der Konstruktion 34 des Mantels 3 dargestellt. Der Mantel 3 weist die konische Form auf und die Tragsäule 2 ist in den Hohlraum 31 des Mantels 3 eingetaucht.
Die 3a, 3b und 3c zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Form des Mantels 3. Der Mantel 3 in 3a ist konisch geformt wie in den 1 und 2. Der in 3b dargestellte Mantel 3 ist zylindrisch. Sowohl in 3a als auch in 3b ist die Tragsäule 2 in den Hohlraum 31 des Mantels 3 eingetaucht. 3c zeigt eine Ausführungsform, bei der die Tragsäule 2 nicht in den Hohlraum 31 des Mantels 3 eintaucht, sondern unterhalb der Unterkante 32 des Mantels 3 endet. Auch hier ist die Tragsäule 2 innerhalb des vom Mantel 3 umschriebenen Bereiches angeordnet, d.h. zentral zum Mantel 3. Die Abstrebungen 4 verbinden den Mantel 3 mit der Tragsäule 2 und überträgt Kräfte vom Mantel 3 auf die Tragsäule 2. So trägt die Tragsäule 2 auch in dieser Ausführungsform den Mantel 3.
4 stellt nochmals die zylindrische Ausführungsform des Mantels 3 dar. Die Tragsäule 2 weist an ihrem oberen Ende einen Drehantrieb 25 auf. Mit dem Drehantrieb 25 können die Abstrebungen 4 und der Mantel 3 um die Achse der Tragsäule 2 gedreht werden. Die Drehachse ist hier durch den Schwerpunkt des mit Solarmodulen bestückten Mantels und die Schwerkraftrichtung definiert. Insbesondere ist eine automatische Nachführung zum Sonnenstand mittels des Drehantriebs 25 vorgesehen. Dabei kann zusätzlich ein Sensor 37 zum Einsatz kommen, der beispielsweise am Mantel 3 angebracht ist. Der Sensor 37 misst die einfallende Sonnenintensität und/oder den aktuellen Leistungsertrag des Solarpylonen 1. Die Ausrichtung des Sensors 37 kann variiert werden und/oder mehrere Sensoren 37 können an unterschiedlichen Stellen des Mantels 3 angeordnet sein, sodass eine Vielzahl von Sensormessungen vorliegt. Aus den Sensormessungen wird mit einer Berechnungseinheit des Sensors 37 ermittelt, mit welcher Ausrichtung des Solarpylonen 1 zum aktuellen Zeitpunkt der optimale Leistungsertrag erreicht wird.
Zusätzlich ist in 4 eine Sichtlinie V-V eingezeichnet. Entlang dieser Sichtlinie V-V verläuft die Darstellung der 5, die den Deckel 5 auf der Oberkante 33 des Mantels 3 zeigt. Die linke Hälfte der 5 zeigt in der Draufsicht das Innere des Mantels 3, in dessen Hohlraum 31 die Abstrebungen 4 sowie die Tragsäule 2 verlaufen. Die rechte Hälfte der 5 zeigt den Deckel 5, der den Hohlraum 31 des Mantels 3 nach oben abschließt. Auf dem Deckel 5 sind Solarmodule 6 angebracht.
6 zeigt Konstruktionselemente 34 des Mantels 3. An diesen Konstruktionselementen 34 befinden sich Einrichtungen 35 zur Anbringung von Solarmodulen 6. Die Einrichtungen umfassen Löcher für Schrauben, mit denen die Solarmodule 6 an den Konstruktionselementen 34 verschraubt werden können. Zudem sind Durchlässe für die Kabelführung und/oder Leitungsführung vorgesehen. Die Konstruktionselemente sind mit einer Vielzahl von Schraublöchern versehen, sodass verschiedene Größen von Solarmodulen 6 angebracht werden können.
Die 7a und 7b zeigen die Ausführungsform des Solarpylonen 1 mit einem Knickgelenk 22 an der Tragsäule 2 sowie einer U-förmigen Aussparung 36 am Mantel 3. In 7a wird die Betriebsstellung 23 gezeigt. In dieser Stellung ist das Knickgelenk 22 gestreckt. Der obere Abschnitt 26 setzt den unteren Abschnitt 27 fort. In 7b wird die Wartungsstellung 24 dargestellt, in der das Knickgelenk 22 abgeknickt ist. Der obere Abschnitt 26 der Tragsäule 2 ist heruntergeklappt. Der Mantel 3 befindet sich in einer etwa horizontalen Ausrichtung. Große Bereiche des Mantels 3 befinden sich näher an der Unterlage 9 als in der Betriebsstellung 23, sodass eine Wartung vorgenommen werden kann. In beiden Fällen befindet sich die U-förmige Aussparung 36 auf der nach Norden ausgerichteten Seite des Mantels 3. Der untere Abschnitt 27 der Tragsäule 2 taucht in dem Bereich der U-förmigen Aussparung 36 auf, sodass eine horizontale Stellung des Mantels 3 eingenommen werden kann. Da auf der Nordhalbkugel von Norden weniger Sonnenlicht auf den Solarpylonen 1 in der Betriebsstellung 23 einfällt, geht weniger Leistung dadurch verloren, dass an der U-förmigen Aussparung 36 keine Solarmodule 6 angebracht sein können. Die Wartung des Solarpylonen 1 kann mit Hilfe einer auf der Unterlage 9 aufgestellten (transportablen) Leiter mit Leiterbereichshöhe 8 durchgeführt werden. Die Leiterbereichshöhe 8 entspricht der maximal durch eine auf einer Leiter befindlichen Person erreichbaren Höhe. Der Bereich unterhalb der Leiterbereichshöhe 8 kann von der Leiter aus durch das Wartungspersonal gewartet werden. Schwerere Geräte als eine Leiter werden daher für die Wartung nicht benötigt. Dies ermöglicht eine Wartung mit geringem Aufwand. Die Leiterbereichshöhe 8 beträgt für typische Leitern 10 m, vorzugsweise 7 m, weiter vorzugsweise 5 m. Der in 7a und 7b dargestellte Solarpylon 1 hat eine Höhe von 10 m von der Unterlage 9 bis zur Oberkante 33 des Solarpylonen 1 in der Betriebsstellung 23. Der Durchmesser des Mantels 3 beläuft sich an der Oberkante 33 auf 4 m und an der Unterkante 32 auf 7,7 m, wobei die Aussparung 36 nicht berücksichtigt wird. In der Wartungsstellung 24 ist der höchste Punkt der Unterkante 32 des Solarpylonen 1 auf 7,7 m Abstand zur Unterlage 9 angeordnet. Die Leiterbereichshöhe 8 beträgt 7 m. Somit befindet sich ein Teil des Solarpylonen 1 in der Wartungsstellung 24 oberhalb der Leiterbereichshöhe 8, die die obere Grenze des mit einer Leiter erreichbaren Bereichs darstellt. Aufgrund der konischen Form des Solarpylonen 1 befindet sich dieser Teil des Solarpylonen 1 aber in der Betriebsstellung 23 vollständig innerhalb des von der Leiterbereichshöhe 8 abgedeckten Bereiches und kann somit in der Betriebsstellung 23 mit geringem Aufwand gewartet werden. Der in der Betriebsstellung 23 oberhalb der Leiterbereichshöhe 8 befindliche Teil befindet sich in der Wartungsstellung 24 vollständig unterhalb der Leiterbereichshöhe 8 und ist somit von einer Leiter aus erreichbar.
Die 8a und 8b zeigen schematisch eine Draufsicht auf den Solarpylonen 1, an dem Solarmodule 6 angebracht sind. In 8a sind auf einer Seite Solarmodule 6 für diffuse 61 und auf der anderen Seite für direkte 62 Sonneneinstrahlung angebracht. 8b zeigt eine Ausführungsform, an der nur Solarmodule 6 für direkte Sonneneinstrahlung 62 angebracht sind, wobei auf dem anderen Sektor keine Solarmodule angebracht sind. Beide Sektoren sind jeweils etwa gleich groß. Diese Aufteilung eignet sich für eine nicht drehbare Ausführungsform des Solarpylonen 1. Da im Tagesverlauf direkte Sonneneinstrahlung in etwa in einem Winkelbereich von 180° zu erwarten ist, ist ein einem Halbkreis entsprechender Sektor mit Solarmodulen 62 versehen, die für direkte Sonneneinstrahlung geeignet sind. Die in 8a in dem anderen Sektor angebrachten, für diffuse 61 Sonneneinstrahlung besonders geeigneten, Solarmodule erhöhen zusätzlich die Gesamtleistung der Anlage.
Die 9a und 9b stellen den Fall einer drehbaren Ausführungsform des Solarpylonen 1 dar. In diesem Fall ist ein kleinerer Sektor mit Solarmodulen für direkte Sonneneinstrahlung 62 versehen. Dieser Sektor kann der Sonneneinstrahlung nachgeführt werden. Somit reicht es aus, einen kleineren Sektor mit Solarmodulen für direkte Sonneneinstrahlung 62 zu versehen als in der drehbaren Variante, sodass mehr Fläche für Solarmodule für diffuse Sonneneinstrahlung 61 zur Verfügung steht. Dies sorgt bei der nachgeführten Variante für eine Ertragssteigerung.
Bezugszeichenliste:

1: Solarpylon
2: Tragsäule
21: Fuß der Tragsäule
22: Knickgelenk
23: Betriebsstellung
24: Wartungsstellung
25: Drehantrieb
26: oberer Abschnitt der Tragsäule
27: unterer Abschnitt der Tragsäule
3: Mantel
31: Hohlraum
32: Unterkante
33: Oberkante
34: Konstruktionselemente des Mantels
35: Einrichtungen zur Anbringung von Solarmodulen
36: U-förmige Aussparung
37: Sensor
4: Abstrebungen
5: Deckel
6: Solarmodul
61: für diffuse Sonneneinstrahlung geeignete Solarmodule
62: für direkte Sonneneinstrahlung geeignete Solarmodule
8: Leiterbereichshöhe
9: Unterlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014134056 A [0006]

Claims

Solarpylon zur Halterung von Solarmodulen (6) mit - einem hochaufragenden Mantel (3), der im Inneren einen Hohlraum (31) aufweist, - einer zentral zum Mantel (3) angeordneten Tragsäule (2) und - mehreren den Mantel (3) tragenden Abstrebungen (4), die jeweils an ihrem ersten Ende mit der Tragsäule (2) und jeweils an ihrem zweiten Ende mit dem Mantel (3) verbunden sind, wobei der Mantel (3) eine Unterkante (32), eine Oberkante (33) und Einrichtungen (35) zur Anbringung von Solarmodulen (6) aufweist.
Solarpylon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) als tragende Gitterstruktur ausgebildet ist, wobei die Einrichtungen (35) zur Anbringung von Solarmodulen (6) mantelbündig ausgebildet sind.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) auf einer Linie mit oder parallel zu einer Achse des Mantels (3) angeordnet ist, wobei die Achse des Mantels (3) vorzugsweise durch den Schwerpunkt des mit Solarmodulen (6) bestückten Mantels (3) und die Schwerkraftrichtung definiert ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) im Hohlraum (31) des Mantels (3) angeordnet ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) einen Drehantrieb (25) aufweist, der den Mantel (3) um eine vertikale Drehachse im Inneren des Mantels (3) dreht, wobei vorzugsweise die Drehachse mit der Achse der Tragsäule (2) übereinstimmt.
Solarpylon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarpylon (1) einen Sensor (37) zur Messung der auf den Solarpylonen (1) einfallenden Sonnenintensität und/oder der abgegebenen Gesamtleistung des Solarpylonen (1) aufweist, wobei jede Messung zu Ausrichtung des Solarpylonen (1) zuordenbar ist, und wobei eine optimale Ausrichtung des Solarpylonen (1) mittels des Drehantriebs (25) einstellbar ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) und/oder die Abstrebungen (4) und/oder die Tragsäule (2) als geschweißte und/oder geschraubte Stahlkonstruktion ausgeführt ist, die vorzugsweise in Skelettbauweise mit Traggerüst ausgebildet ist und/oder dass der Mantel (3) eine Mehrzahl von dünnen Blechen, die plan sind, umfasst.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) vollflächig ausgebildet ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) drehfest und kippsicher auf einer Unterlage (9) befestigt ist.
Solarpylon nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) zur lasttragenden Auflage auf der Unterlage (9) einen Fuß (21) aufweist und/oder Abspannungen zur Befestigung auf der Unterlage (9) aufweist.
Solarpylon nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) einen oberen Abschnitt (26) aufweist, der den Mantel (3) trägt und mittels einem Knickgelenk (22) schwenkbeweglich mit einem unteren Abschnitt (27) der Tragsäule (2) verbunden ist, wobei das Knickgelenk (22) eine Betriebsstellung (23) und eine Wartungsstellung (24) aufweist, wobei der obere Abschnitt (26) der Tragsäule (2) in der Betriebsstellung (23) den unteren Abschnitt (27) der Tragsäule (2) fortsetzt und wobei der obere Abschnitt (26) der Tragsäule (2) in der Wartungsstellung (24) heruntergeklappt ist.
Solarpylon nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) an seiner Unterkante (32) eine vorzugsweise U-förmige Aussparung (36) aufweist, die besonders vorzugsweise auf der in der Wartungsstellung (24) des Knickgelenks (22) der Unterlage (9) zugewandten Seite des Mantels (3) angeordnet ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) auf seiner Oberkante (33) einen Deckel (5) aufweist, wobei der Deckel (5) eine obere Öffnung des Mantels (3) bedeckt und wobei der Deckel (5) vorzugsweise Einrichtungen (35) zur Anbringung von Solarmodulen (6) aufweist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrebungen (4) mit einer Kabelführung und/oder einer Leitungsführung versehen sind und/oder dass die Tragsäule (2) als Kabelschacht und/oder als Leitungsschacht ausgebildet ist.
Solarpylon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) eine konische Form und/oder eine zylindrische Form aufweist.
System eines Solarpylonen (1) mit Solarmodulen (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Solarpylon (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist und dass mindestens ein Solarmodul (6) an Einrichtungen (35) zur Anbringung von Solarmodulen (6) angebracht ist.
System eines Solarpylonen (1) mit Solarmodulen (6) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (6) als Photovoltaik-Module und/oder als Sonnenkollektoren ausgebildet sind.
System eines Solarpylonen (1) mit Solarmodulen (6) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragsäule (2) auf einer Unterlage (9) befestigt ist und dass an einem ersten Sektor des Mantels (3), der in eine Richtung zeigt, aus der keine direkte Sonneneinstrahlung zu erwarten ist, Solarmodule (6) für diffuse Sonneneinstrahlung (61) angebracht sind und/oder dass an einem zweiten Sektor des Mantels (3) Solarmodule (6) für direkte Sonneneinstrahlung (62) angebracht sind, wobei vorzugsweise der erste Sektor und der zweite Sektor einander gegenüberliegen und weiter vorzugsweise jeweils den halben Umfang des Mantels (3) umfassen.
System eines Solarpylonen (1) mit Solarmodulen (6) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sektor kleiner ist als der erste Sektor, insbesondere bei einer mit Drehantrieb (25) versehenen Tragsäule (2).