DE202023102780U1

DE202023102780U1 - Anordnung zur Gewinnung erneuerbarer Energien, insbesondere mittels Solarmodulen und/oder Windkraftanlagen

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Publication number: DE202023102780U1
Application number: DE202023102780.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-05-20
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2033-05-21

Abstract

Anordnung zur Gewinnung erneuerbarer Energien, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung wenigstens ein Solarmodul (10) und/oder wenigstens ein Windkraftgeneratormodul (18, 20) aufweist, die im Bereich einer öffentlichen Verkehrsfläche, einschließlich einer Hochspannungsfreileitungstrasse, installiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung erneuerbarer Energien, insbesondere mittels Solarmodulen und/oder Windkraftanlagen.
Für die anstehende Dekarbonisierung, bei der die bisher vorwiegend fossil mit Energie versorgten Bereiche der Wärmeerzeugung und der Mobilität perspektivisch auf eine reine Stromwirtschaft umgestellt werden sollen, muss sowohl die Photovoltaik als auch die Windenergieerzeugung in den nächsten Jahren stark intensiviert werden.
Dies ist bei landgestützten Solar- und Windkraftanlagen aufgrund der der knappen zur Verfügung stehenden Flächen und aufgrund langwieriger Genehmigungsverfahren und möglicher Akzeptanzprobleme (Einsprüche) realistischerweise nicht ohne Weiteres in dem erforderlichen Umfang umzusetzen.
Ferner stellt die bedarfsgerechte Verteilung der dezentral durch Solar- und Windkraftanlagen erzeugten elektrischen Energie ein erhebliches Problem dar, das derzeit dazu führt, dass Teile der erzeugten regenerativen Energie nicht ohne Gefährdung der Netzstabilität eingespeist werden können, und die Anlagen dementsprechend gedrosselt oder abgeschaltet werden müssen. Eine Ursache dieser Probleme besteht u.a. darin, dass konventionelle Solar- und Windkraftanlagen aus Flächenverfügbarkeitsgründen eher meist weiter entfernt von vorhandener Energieinfrastruktur errichtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erzeugung regenerativer Energie zu schaffen, bei der der zusätzliche Flächenverbrauch und mögliche Akzeptanzprobleme minimiert werden und bei der die erzeugte Energie besonders effektiv weitergeleitet und/oder erzeugungsnah eingesetzt werden kann.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels einer Anordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Schutzansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Autobahn mit einer erfindungsgemäßen Anordnung;
2 eine Detailansicht von 1 mit einer Schrägstellung eines Solarmoduls;
3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine Autobahn mit einer näherungsweisen Nord-Süd-Fahrbahnrichtung;
4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine Autobahn mit zusätzlichen Windkraftgeneratoren (horizontal und vertikal);
5 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine Autobahn nur mit Windkraftgeneratoren mit Vertikalrotoren;
6 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine Bahntrasse;
7 ein Detail von 6 mit Schrägstellung eines Solarmoduls; und
8 eine erfindungsgemäße Anordnung für eine Hochspannungstrasse.

1 zeigt die Anordnung von Solarmodulen 10 an einer Autobahn 12. Bei den Solarmodulen 10 (auch als „Solarpanels“ bezeichnet) kann es sich um handelsübliche photovoltaische Module oder Modulgruppen (d.h., eine größere Fläche ist aus mehreren Modulen zusammengesetzt) z.B. auf Siliziumbasis handeln. Typischerweise weisen diese eine Rechteckform mit einer Kantenlänge im Bereich zwischen 50 und 250 cm auf. Die Module 10 können einseitig, aber auch beidseitig photovoltaisch ausgestattet sein.
Die von den Solarmodulen 10 erzeugte Gleichspannung wird über (nicht gezeigte) Kontaktierungen und (nicht gezeigte) Gleichstromleitungen gruppenweise zu (ebenfalls nicht gezeigten) elektronischen Wechselrichtern oder sonstigen Spannungs- oder Stromumrichtern geführt, um vorgegebene Spannungs- und/oder Frequenzwerte (z.B. 230 V, 50 Hz) zu erzielen und damit einen Stromtransport über längere Strecken und eine Einspeisefähigkeit in elektrische Verbraucher zu ermöglichen. Entsprechende Schaltungen von Solarmodulen 10 in Reihen- und/oder Parallelschaltung sind im Stand der Technik wohlbekannt. Neben der üblicheren Wechselrichtung ist auch eine Umrichtung zu Gleichstrom möglich.
Im Falle von Autobahnen 12 können die Solarmodule 10 seitlich (entlang der Randstreifen) und/oder entlang eines Mittelstreifens 16 angeordnet werden. Die Solarmodule 10 werden dazu an regelmäßig angeordneten vertikalen Tragpfählen 14 befestigt, wobei zur Verringerung der Windlasten bevorzugt regelmäßige Lücken zwischen den Solarmodulen 10 gelassen werden.
Wenn die Module niedrig angeordnet sind (in der Größenordnung der Fahrzeugdurchfahrtshöhen, z.B. unterhalb von ca. 4,50 m), sollten die Solarmodule 10, um nicht in das Lichtraumprofil der Fahrzeuge zu ragen, zumindest im Mittelstreifenbereich in etwa parallel zur Fahrbahn ausgerichtet sein, wobei zumindest eine leichte Schrägstellung in der Regel bevorzugt ist (vgl. 2), um unerwünschte Reflexionen von Sonne oder Kraftfahrzeugscheinwerfern durch eine „Spiegelwirkung“ der Solarmoduloberflächen zu vermeiden.
Die optimale Orientierung der Solarmodule 10 wird unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Lichtraumprofile anhand der Einststrahlungsbedingungen optimiert, vgl. ebenfalls die 2.
Falls die Autobahn 12 im Wesentlichen in Nord-Süd-Richtung verläuft, so kann es zwecks Vermeidung einer reinen Nordausrichtung der Solarmodule 10 sinnvoll sein, die Solarmodule 10 - zumindest teilweise (sofern diese weiter ausladen) - oberhalb der erlaubten Durchfahrtshöhen im Wesentlichen quer anzuordnen, vgl. die Darstellung in 3.
Die Tragpfähle 14 können, wie in den Seitendarstellungen von 4 und 5 ersichtlich, auch nach oben hin verlängert werden und Windkraftgeneratoren aufweisen, entweder mit horizontaler Achse 18 oder mit vertikaler Achse 20.
Falls z.B. Autobahnausfahrten oder abzweigende Spuren od. dgl. zu überwinden sind, kann eine Lücke mit einer ggf. höher geführten Überbrückungsstromleitung 24 überbrückt werden, hierüber können auch die Solarmodule 10 der Mittelstreifen 16 strommäßig verschaltet werden.
Vorteilhaft an dieser Anordnung ist, dass nicht nur der Mittelstreifen 16, sondern auch geeignete Seitenränder genutzt werden können. Die Solarmodule 10 sollten dabei an den Seitenrändern höher angebracht werden als im Mittelstreifenbereich 16, um Vandalismus (insbesondere Graffiti) vorzubeugen.
Insbesondere auf dem Mittelstreifen 16 von Autobahnen lassen sich kostengünstig beidseitig (beschichtete) Solarmodule 10 sowie Windräder 18, 20 mit horizontaler oder vertikaler Achse errichten, da die Bebauungsfläche vorhanden ist, und die Baugenehmigung für die ganze Autobahn erteilt werden kann.
Die Anlage wird optimalerweise aus vorgefertigten Anlagenmodulen (mehrere vormontierte Solarmodule einschließlich Trägern und ggf. Elektronik) errichtet, da auf Autobahnen problemlos schweres Gerät herangeführt werden kann.
Die Größe eines Anlagenmoduls wird dabei wesentlich durch die Reichweite eines Montagekrans bestimmt.
Der erzeugte Strom kann kostengünstig abtransportiert werden, so dass insgesamt ein sehr gutes Preisleistungsverhältnis erreicht werden kann. Auch kann der erzeugte Strom unmittelbar zur Versorgung von Einrichtungen im Bereich der Autobahn, z.B. Raststätten, Brückenheizungen, Beleuchtung oder zum Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (ggf. auch induktiv über Induktionsschleifen in der Fahrbahnoberfläche oder „Oberleitungen“ für Lkw etc.) verwendet werden.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Energieerzeugung entlang sowieso energietransportierender Infrastruktur - im Falle von Überlandleitungen oder elektrifizierten Bahntrassen - und/oder - im Falle von Straßen - mit optimaler Verknüpfbarkeit von möglichen Energieabnehmern (z.B. Raststätten oder Parkplätze mit Ladestationen für Elektroautos bzw. einer fahrbahninhärenten Ladung mittels Induktionsschleifen oder Straßenoberleitungen) erfolgt, kann die erzeugte Energie optimal weitergeleitet und/oder nah am Erzeugungsort genutzt werden. Damit können auch transportkapazitätsbedingte Drosselungen und Abschaltungen vermieden werden.
Die Windräder sollten sich einfach auswechseln lassen, da eine Wartung/Reparatur den Verkehr zu lange behindern würde; daher wird auch hier eine modulare Bauweise bevorzugt.
Für den Abtransport des erzeugten Stroms könnte auch - nach entsprechender Umrichtung - eine Hochspannungs- oder Mittelspannungsleitung verwendet werden, welche die Autobahn kreuzt oder in der Nähe verläuft.
5 zeigt eine speziell für eine in diesem Fall elektrifizierte Bahntrasse 30 angepasste erfindungsgemäße Anordnung. Hier können die Oberleitungsmasten 32 zur Befestigung der Solarmodule 10 benutzt werden, und durch Verlängerung der Oberleitungsmasten 32 können auch Windkraftgeneratoren 18 (ggf. auch mit Vertikalrotor) verwendet werden. Falls die Oberleitungsmasten nicht vorhanden bzw. nicht geeignet sind oder einen zu großen Abstand aufweisen, können selbstverständlich auch zusätzliche Tragpfähle - wie vorstehend anhand des für Autobahnen konzipierten Ausführungsbeispiels beschrieben - vorgesehen sein.
Entlang von Bahntrassen 30 lassen sich somit die zwischen den Gleisen gelegenen Oberleitungsmasten 32 oder Stromstützenträger nutzen, um Solarmodule 10 zu installieren. Wie viele dabei übereinander und ggf. auch beidseitig angebracht werden können, hängt von der Stabilität der Masten ab. Bei der möglichen Solarfläche fällt eine durch die im Wesentlichen senkrechte Stellung geringere Stromausbeute nicht stark ins Gewicht, wobei gemäß 7 auch Schrägstellungen der Solarmodule 10 zwecks solarer Optimierung möglich sind. Auch hier sollten bei den Solarmodulen 10 ausreichende Zwischenräume vorhanden sein, um Windlasten zu reduzieren.
Der Strom wird durch ein geschütztes Stromkabel abgeleitet. Dabei können Bahnübergänge leicht überbrückt werden. Die Anlage wird bevorzugt mit Hilfe vorgefertigter Module zusammengesetzt.
Die Montage sollte dabei schnell erfolgen, da die gesamte Bahnstrecke hierzu für den Betrieb gesperrt werden muss. Dazu bewegen sich auf einer Spur bevorzugt „Bauzüge“ mit Schlafwagen und Kantine, so dass rund um die Uhr gearbeitet werden kann. Das zweite Gleis (bei wenigstens zweigleisigen Strecken, wie dargestellt) kann ggf. zur Materialanlieferung genutzt werden.
Da die Bebauungsfläche im Bahnbereich liegt, wird keine zusätzliche Fläche benötigt und für die gesamten Strecken kann schnell eine Bauerlaubnis erteilt werden.
Für den Abtransport des Stroms könnte man eine Überlandleitung nutzen, welche die Bahn kreuzt oder in der Nähe verläuft. Die Windräder müssen sich einfach auswechseln lassen, da eine Wartung/Reparatur den Verkehr zu lange behindert.
Gemäß 8 können Freilandleitungsmasten 40 von Überlandleitungen ebenfalls zusätzlich zur Stromerzeugung genutzt werden, indem man diese mit Solarmodulen bestückt, wobei die Statik durch deren Gewicht und den stärkeren Winddruck nicht gefährdet werden darf.
Dies könnte durch geeignet dimensionierte Zwischenräume erreicht werden.
Die Solarmodule 10 sollten möglichst so ausgerichtet werden (ggf. auch an drei Seiten), dass der Sonneneinfall optimal ist. Zusätzlich könnten, angepasst an die Statik, Windräder höhenmäßig versetzt an den vier Seiten der Überlandleitung angebracht werden. Die Solarmodule 10 wären leicht zu montieren und benötigten keine zusätzliche Bodenfläche, so dass sich ein sehr günstiges Preis-/Leistungsverhältnis ergibt. In der Nähe von Wohngebieten könnte man aus Akzeptanzgründen auf die Windräder verzichten.
Bezugszeichenliste

10: Solarmodul
12: Autobahn
14: Tragpfahl
16: Mittelstreifen
18: Windkraftgeneratormodul mit Horizontalachse
20: Windkraftgeneratormodul mit Vertikalachse
22: Verbindungsstromleitung
24: Überbrückungsstromleitung
30: Bahntrasse
32: Oberleitungsmast
34: Oberleitung
40: Hochspannungsmast

Claims

Anordnung zur Gewinnung erneuerbarer Energien, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung wenigstens ein Solarmodul (10) und/oder wenigstens ein Windkraftgeneratormodul (18, 20) aufweist, die im Bereich einer öffentlichen Verkehrsfläche, einschließlich einer Hochspannungsfreileitungstrasse, installiert sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der öffentlichen Verkehrsfläche um eine mehrspurige Autoverkehrsstraße - insbesondere um eine Autobahnen (12) - handelt, und dass entlang des Mittelstreifens (16) und/oder entlang der Fahrbahnränder über eine Längserstreckung der Autoverkehrsstraße mehrere Solarmodule (10) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der öffentlichen Verkehrsfläche um eine Bahntrasse (30) handelt, und dass an den Rändern der Bahntrasse (30) bzw. zwischen deren Schienensträngen bei mehrgleisigen Bahntrassen über eine Längserstreckung der Bahntrasse (30) mehrere Solarmodule (10) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den öffentlichen Verkehrsflächen um Hochspannungsfreileitungstrassen handelt, wobei jeweils an einem oder mehreren der Hochspannungsmasten (40) der Trasse ein oder mehrere Solarmodule (10) angebracht sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (10), sofern nicht - wie im Falle von elektrifizierten Bahntrassen (30) oder im Falle von Hochspannungstrassen sowieso Oberleitungsmaste (32) oder Hochspannungsmaste (40) zur Befestigung der Solarmodule (10) vorhanden sind -, diese an regelmäßig angeordneten, vertikalen Tragpfählen (14) befestigt sind, wobei an den Spitzen von ggf. in die Höhe teilweise verlängerten Tragpfählen (14) oder Masten (32, 40) optional jeweils ein vorzugsweise leicht auswechselbares Windkraftgeneratormodul (18, 20) mit horizontaler oder vertikaler Rotorachse vorgesehen sein kann.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Tragpfählen (14) zusätzlich auf einer vorgegebenen Höhe ein oder mehrere unisolierte oder isolierte elektrische Freileitungen (22, 24) sowie optional Datenleitungen in Form von Kupferleitungen oder als Glasfaserkabel zur Weiterleitung der erzeugten elektrischen Energie bzw. von Steuersignalen zur Steuerung der Anlage befestigt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung der Solarmodule (10) an einem Mittelstreifen (16) oder randseitig von Autoverkehrsstraßen oder seitlich oder inmitten von Bahntrassen (30) sowie für den Fall, dass die Unterkante der Solarmodule (10) auf einer Höhe unterhalb von 4,50 m über der Fahrbahnebene angeordnet ist, die so angeordneten Solarmodule (10) in einer Hauptrichtung - mit möglicher Schrägstellung in sämtlichen Rotationsrichtungen um maximal ±45° - parallel zu dem Verkehrsstraßen- oder dem Bahntrassenverlauf angeordnet sind, und dass bei Solarmodulen (10), die oberhalb 4,50 m angeordnet sind, die Orientierung frei entsprechend der Sonnenvorzugsrichtung, also falls erforderlich auch quer zur Fahrbahn oder Bahntrasse, erfolgen kann.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (10) in einem Winkelbereich von 0 bis 45° schräg in einer vertikalen Achse zur Anpassung an eine Sonnenvorzugsrichtung und insbesondere im Falle der Anordnung an Autobahnen (12) nicht genau parallel zur Fahrbahnrichtung zur Vermeidung von Blendungseffekten durch Reflexion ausgerichtet sein können, und/oder, dass die Solarmodule (10) in einem Winkelbereich von 0 bis 45° schräg bezüglich einer horizontalen Achse zur Anpassung an eine Sonnenvorzugsrichtung ausgerichtet sein können.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Solarmodulen (10) regelmäßige horizontale und/oder vertikale Lücken zur Verringerung der Angriffsfläche für Windlasten vorgesehen sind.