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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Agrar-Photovoltaik-Anordnung auf einer Freifläche, mit einem Nutzbereich und mit wenigstens einem Stellbereich und mit einer Trägereinrichtung, die auf dem Stellbereich aufgestellt ist und an der eine Photovoltaikeinrichtung angebracht ist.
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Eine solche Agrar-Photovoltaik-Anordnung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Agrar-Photovoltaik-Anordnungen des Standes der Technik nutzen den Nutzbereich auch als Stellbereich durch eine Trägereinrichtung, die hoch aufgeständerte Photovoltaikmodule trägt. Dadurch wird der Nutzbereich im Wesentlichen für eine doppelte Ernte genutzt, einerseits für die Ernte von Solarenergie und andererseits für die Ernte landwirtschaftlicher Erzeugnisse, die unter der Trägereinrichtung trotz der durch die Trägereinrichtung erzeugten Verschattung noch angebaut werden können.
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Aus
DE 10 2020 04 685 A1 ist zum Beispiel eine Agrar-Photovoltaik-Aufständerung mit Nachführung bekannt. In dieser ist offenbart, dass die Trägereinrichtung in einer Längsrichtung L quer zu einem Nutzbereich angeordnet sein soll. Damit sich die Verschattung durch die Photovoltaikeinrichtung in Grenzen hält, ist eine Nachführung einzelner Photovoltaikmodule in Längsrichtung L vorgesehen.
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Aus
WO2022234556 A1 ist eine Agrar-Photovoltaik-Aufständerung mit Nachführung bekannt, bei der Trägereinrichtung in Längsrichtung über einem Nutzbereich angeordnet ist und Photovoltaikmodule zur Minderung einer Verschattung in Querrichtung über den Nutzbereich nachgeführt werden können.
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In beiden Fällen erstreckt sich die Trägereinrichtung und damit auch die Photovoltaikeinrichtung sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung über einen Nutzbereich einer Freifläche und die dadurch bewirkte Verschattung kann unter Umständen mit Hilfe einer technisch aufwändigen Nachführung der Photovoltaikmodule reduziert werden, so dass der Nutzbereich noch in einem eingeschränkten Maße als landwirtschaftliche Nutzfläche geeignet bleibt.
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Konstruktionen mit einer Nachführung erfordern einen erheblichen technischen Aufwand. Dieser besteht unter anderem darin, Bauteile relativ zueinander beweglich anzubringen und diese beweglichen Teile zu warten und zu pflegen. Das ist insbesondere in einer dem Wetter ausgesetzten freien Lage besonders aufwändig. Zudem bedarf es auch einer Sensorik und einer Steuerungstechnik zum Steuern der Nachführung in Abhängigkeit von dem Sonnenstand, der Tageszeit oder einer Kombination mehrerer Faktoren, die zu einer Reduzierung der Verschattung einzelner Bereiche auf der Freifläche führen. Schließlich muss die für eine solche Nachführung notwendige Technik auch mit Strom versorgt werden und bedarf einer elektrischen und elektronischen Einrichtung zur Bereitstellung der Energie zum Betreiben dieser Sensorik und Steuerungstechnik. Die zeitweise Verschattung großer Teile der Freifläche ist aber auch mit diesem technischen Aufwand nicht vollständig zu vermeiden. Die Nutzbarkeit der Freifläche ist daher auch mit den bekannten Anlagen technisch sehr eingeschränkt.
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Die bekannten Agrar-Photovoltaik-Aufständerungen sind aufgrund ihrer offenen Bauweise in Reihen mit Abständen zueinander sehr windanfällig. Wind oder Sturm kann bei den Aufständerungen des Standes der Technik in die offenen Strukturen eingreifen und Luftwirbel bilden. Die dabei erzeugten Kräfte führen zu Sturmschäden an der Anlage.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Anordnung für eine Agrar-Photovoltaik-Anlage und eine Trägereinrichtung für eine Agrar-Photovoltaik-Anordnung zu schaffen, die weitestgehend zu keiner Beschränkung des Lichtraums oberhalb einer Nutzfläche führen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stellbereich entlang des Nutzbereichs ausgerichtet ist und die Photovoltaikeinrichtung an der Trägereinrichtung entlang des Nutzbereichs angebracht ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Trägereinrichtung mit der Photovoltaikeinrichtung auf einem Stellbereich, der entlang des Nutzungsbereichs ausgerichtet ist und durch ein Anbringen der Photovoltaikeinrichtung entlang des Nutzungsbereichs, ist sichergestellt, dass die Trägereinrichtung und die Photovoltaikeinrichtung jeweils nicht über dem Nutzbereich angebracht sind und dort für eine Verschattung sorgen. Aber auch im Vergleich zu Agrar-Photovoltaik-Anordnungen des Standes der Technik führt diese neue Anordnung und Ausrichtung dazu, dass auch eine zeitweise Verschattung bei nachgeführten Photovoltaikeinrichtungen nicht mehr erfolgen kann. Nur in einem sehr kleinen Teil des an den Stellbereich unmittelbar angrenzenden Nutzbereichs kann es noch, je nach Sonnenstand, zu einer geringfügigen Verschattung kommen. Der weitaus überwiegende Teil des Nutzbereichs wird aber von der im Stellbereich entlang des Nutzbereichs aufgestellten Photovoltaikanlage nicht mehr durch Beschattung beeinträchtigt.
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Die neue Anordnung und Ausrichtung basiert auf der Erkenntnis, dass eine in der Regel im Wesentlichen konsequente Nord-/Südausrichtung zu einem insgesamt sehr viel günstigeren Effekt bei der Nutzung der Sonnenenergie führt als eine Ost-/Westausrichtung, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Für die optimierte Ausrichtung gegenüber der Sonneneinstrahlung wird im Stand der Technik versucht, Photovoltaikmodule in Bezug zu dem jeweiligen Sonnenstand auszurichten, so dass diese in Ost-/Westrichtung an einer Trägereinrichtung aufgeständert und auf der Nordhalbkugel der Erde mehr oder weniger nach Süden ausgerichtet sind. Auf landwirtschaftlichen Nutzflächen bilden sich dann viele Reihen mit einem in etwa parallelen Abstand in Nord-/Südrichtung, um sehr viele, im Wesentlichen nach Süden gerichteter Photovoltaikmodule auf dieser landwirtschaftlichen Nutzfläche zu installieren.
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Es hat sich aber gezeigt, dass im Gegensatz zu einer Ost-/Westausrichtung der Trägereinrichtungen im Stand der Technik und einer Nord-/Südrichtung der Photovoltaikmodule eine Nord-/Südausrichtung der Trägereinrichtungen und der Photovoltaikmodule am Rande von Nutzbereichen zu sehr guten Ergebnissen hinsichtlich der Nutzung von Sonnenlicht führt. Durch die Nord-/Südausrichtung der Trägereinrichtungen und der Photovoltaikeinrichtungen am Rande eines Nutzbereichs bleibt der Nutzbereich nahezu schattenfrei und kann uneingeschränkt genutzt werden. Die Trägereinrichtung mit der Photovoltaikeinrichtung in dem Stellbereich am Rande des Nutzbereichs ermöglicht eine Konstruktion, an der Photovoltaikmodule in Nord-Südrichtung großflächig und nahezu durchgehend angebracht werden können, ohne dass dadurch eine wesentliche Verschattung der Nutzfläche erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Stellbereich kleiner als der Nutzbereich ist. Es hat sich gezeigt, dass ein kleiner Stellbereich, zum Beispiel ein Randbereich einer Freifläche, für die erfindungsgemäße Anordnung und Trägereinrichtung ausreichend groß ist, so dass der überwiegende Bereich der Freifläche als Nutzbereich weiterhin zur Verfügung stehen kann.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist auch, dass die Trägereinrichtung eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Rahmenstruktur aufweist, die eine Ostseite, eine Westseite und eine Oberseite bildet, an denen die Photovoltaikeinrichtung angebracht ist. Durch diese konstruktiven Merkmale ist es möglich, den Stellbereich zum Beispiel mit der Trägereinrichtung so auszubilden, dass dieser nicht nur Sonnenenergie und/oder Wärmeenergie sammelt, sondern auch als Windschutz dienen und damit eine natürliche Windschutzhecke ersetzen kann. Die rechteckige Rahmenstruktur führt in ihrer Nord-/Süderstreckung zu einer Begrenzung des Nutzbereichs, wobei die Oberseite und die beiden Seitenflächen über den Tag der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind und Sonnenenergie sammeln.
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Durch die im Wesentlichen geschlossene Ausbildung der rechteckigen Rahmenstruktur und der Photovoltaikeinrichtung ist die Anlage in der erfindungsgemäßen Anordnung windunempfindlich und sogar sturmfest.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Photovoltaikeinrichtung an der Ostseite, an der Westseite und/oder an der Oberseite vollflächig ausgebildet ist. Es ist bereits günstig, nur eine der drei Flächen flächig auszubilden, besonders vorteilhaft ist dabei allerdings die allseitige, vollflächige Ausbildung der Photovoltaikeinrichtung an der Trägereinrichtung.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den weiteren Merkmalen der Unteransprüche und Nebenansprüche.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Anordnung einer erfindungsgemäßen Trägereinrichtung mit Photovoltaikeinrichtung, wobei die Querrichtung des Blattes in etwa einer Nord-/Südausrichtung entspricht;
- 2 eine schematische Vergrößerung der Trägereinrichtung und einer Photovoltaikeinrichtung aus 1;
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teilbereichs der Anordnung aus 1, wobei die Querrichtung des Blattes in etwa einer Ost-/Westausrichtung entspricht.
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In 1 ist schematisch und in Draufsicht eine Freifläche 1 dargestellt, die in dieser Ausführungsform eine landwirtschaftliche Nutzfläche bildet und in einen Nutzbereich 3 und in wenigstens einen Stellbereich 5 unterteilt ist, wobei der wenigstens eine Stellbereich 5 einen ersten Stellbereich 5.1, einen zweiten Stellbereich 5.2, einen dritten Stellbereich 5.3 und einen vierten Stellbereich 5.4 umfasst. In anderen Ausführungsformen kann die Freifläche 1 auch ganz andere Funktionen haben. Die Funktion an sich ist nicht erfindungswesentlich. Zudem ist von der Erfindung auch umfasst, dass nur ein erster Stellbereich 5.1, zweiter Stellbereich 5.2, dritter Stellbereich 5.3 oder vierter Stellbereich 5.4 vorgesehen sind. Eine Freifläche 1 kann für die erfindungsgemäße Anordnung in beliebiger Weise in ein oder mehrere Stellbereiche 5 und entsprechend in ein oder mehrere Nutzbereiche 3 unterteilt werden. Die genaue Unterteilung kann von vielen Parametern abhängig sein, zum Beispiel unter anderem von der Größe oder der Geländeform der Freifläche 1.
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Der Nutzbereich 3 weist ein nach oben offenes Lichtraumprofil auf, so dass der Nutzbereich 3 beliebig genutzt werden kann. In Verbindung mit einer landwirtschaftlichen Nutzung kann auf dem Nutzbereich 3 zum Beispiel uneingeschränkt Ackerbau betrieben werden. Es können dort aber auch Tiere gehalten werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung weist auch wenigstens eine Trägereinrichtung 7 auf. Die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine erste Trägereinrichtung 7.1, eine zweite Trägereinrichtung 7.2, eine dritte Trägereinrichtung 7.3 und eine vierte Trägereinrichtung 7.4. Auf dem ersten Stellbereich 5.1 ist die erste Trägereinrichtung 7.1, auf dem zweiten Stellbereich 5.2 ist die zweite Trägereinrichtung 7.2, auf dem dritten Stellbereich 5.3 ist die dritte Trägereinrichtung 7.3 und auf dem vierten Stellbereich 5.4 ist die vierte Trägereinrichtung 7.4 aufgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste, zweite, dritte und vierte Trägereinrichtung 7.1, 7.2, 7.3 bzw. 7.4 identisch ausgebildet. In anderen Ausführungsformen können Trägereinrichtungen aber auch unterschiedlich ausgebildet und auf dem jeweiligen Stellbereich unterschiedlich angeordnet sein.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 2 die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 stellvertretend für in dieser Ausführungsform vorgesehenen vier identischen Trägereinrichtungen 7.1, 7.2, 7.3 bzw. 7.4 näher beschrieben. Die Trägereinrichtung 7 und somit jede der Trägereinrichtungen 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 in der erfindungsgemäßen Anordnung hat in der vorliegenden Ausführungsform einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt und kann zum Beispiel aus einem Ständerwerk mit einer Rahmenstruktur hergestellt sein, welches im Wesentlichen aus Metall- oder Holzbauteilen oder auch einer Kombination davon zusammengesetzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Trägereinrichtung 7 eine Rahmenstruktur 7.5 mit vertikalen Standelementen 7.6, mit denen die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 am Untergrund des wenigstens einen Stellbereichs 5 abgestützt ist. Die Standelemente 7.6 der wenigstens einen Trägereinrichtung 7 stehen immer auf einem Stellbereich 5. Der Stellbereich 5 wird immer durch die sich aus nur einzelnen Bauelementen bestimmte größte Gesamtbreite der Trägereinrichtung 7 begrenzt.
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Die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 weist eine Mehrzahl der vertikalen Standelemente 7.6 entlang des Nutzbereichs 3 auf, d. h., in der vorliegenden Ausführungsform in Nord-/Südrichtung, wobei die Mehrzahl abhängig von der Länge des ersten Stellbereichs 5.1 in Nord-/Süderstreckung ist. Auch die zweite Trägereinrichtung 7.2 weist eine Mehrzahl der vertikalen Standelemente 7.6 entlang des Nutzbereichs 3 auf, d. h., in der vorliegenden Ausführungsform in Nord-/Südrichtung, wobei die Mehrzahl abhängig von der Länge des jeweiligen ersten zweiten, dritten oder vierten Stellbereichs 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 bzw. des wenigstens einen Stellbereichs 5 in Nord-/Süderstreckung ist.
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Die wenigstens eine Trägereinrichtung 7.1 und die zweite Trägereinrichtung 7.2 sind jeweils an einer Westseite WS und/oder Ostseite ES und/oder der Oberseite OS mit einer Photovoltaikeinrichtung 9 verbunden. Vorzugsweise ist die Photovoltaikeinrichtung 9, wie in 1 und 2 dargestellt, sowohl an der Westseite WS als auch an der Ostseite ES und der Oberseite OS angebracht.
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In anderen Ausführungsformen kann die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 im Querschnitt auch anders gestaltet sein. Zum Beispiel kann die Oberseite OS kuppelförmig, also im Querschnitt kreisbogenförmig, ausgebildet sein. Es ist in alternativen Ausführungsformen auch denkbar, dass die wenigstens eine Trägereinrichtung 7 im Querschnitt eine negative Parabel oder einen zur Oberseite OS gewölbten Kreisbogenabschnitt bildet. Die vorliegende Erfindung ist ausdrücklich nicht auf die rechtwinklige Ausbildung der wenigstens einen Trägereinrichtung 7 und insbesondere der ersten, zweiten, dritten und vierten Trägereinrichtung 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 beschränkt.
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Die Photovoltaikeinrichtung 9 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 9.1, die an der Außenseite der Trägereinrichtung 7 angebracht sind. Das Anbringen kann mechanisch durch gekannte Verbindungstechnik erfolgen, zum Beispiel über Schraub- oder Steck- oder Rastverbindungen. Alternativ oder ergänzend können die Photovoltaikmodule 9.1 auch mit der jeweiligen Trägereinrichtung 7.1 bzw. 7.2 ganz oder teilweise verklebt sein.
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In 2 ist schematisch dargestellt, wie die Photovoltaikeinrichtung 9 geometrisch an die Trägereinrichtung 7 angepasst ist und flächig an der Trägereinrichtung 7 anliegt. Zu diesem Zweck weist die Photovoltaikeinrichtung 9 eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 9.1 auf, die an der Westseite WS, an Ostseite ES und/oder an der Oberseite OS angebracht werden können. Die Rahmenstruktur 7.5 ist in 2 so dargestellt, dass diese bodenseitig geschlossen ist. In anderen Ausführungsformen kann diese aber bodenseitig offen ausgestaltet sein, so dass der Raum unter der wenigstens einen Trägereinrichtung 7 bzw. der Photovoltaikeinrichtung 9, die an der wenigstens einen Trägereinrichtung 7 angebracht ist, barrierefrei zugänglich ist und genutzt werden kann.
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In 3 ist ein Teilbereich der erfindungsgemäßen Anordnung aus 1 in Perspektive dargestellt. In der Perspektive ist zu erkennen, dass die erste Trägereinrichtung 7.1 zusammen mit der Photovoltaikeinrichtung 9 auf dem Stellbereich 5.1 aus einer Reihe von Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 zusammengefügt ist. Diese Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 spannen auf dem ersten Stellbereich 5.1 eine im Wesentlichen quadratische Grundfläche auf und fügen sich ohne Abstand aneinander. In anderen Ausführungsformen kann innerhalb einer solchen Reihe zwischen einzelnen Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 auch ein Abstand vorgesehen sein, zum Beispiel um eine Durchfahrt zu ermöglichen. Im Wesentlichen erstreckt sich aber eine Reihe der Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 entlang der Nutzbereiche 3 durchgehend, so dass die von den Photovoltaikmodulen 9.1 aufgespannte Fläche so groß wie möglich wird.
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Ebenso wie die erste Trägereinrichtung 7.1 ist auch die zweite Trägereinrichtung 7.2 aus einer Reihe von Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 zusammengefügt. Auch in dieser Reihe kann in anderen Ausführungsformen wenigstens ein Abstand zwischen den Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 vorgesehen sein, um zum Beispiel eine Durchfahrt zu ermöglichen. Im Wesentlichen erstreckt sich aber auch auf dem zweiten Stellbereich 5.2 eine Reihe der Agrar-Photovoltaik-Einheiten 11 entlang der Nutzbereiche 3 durchgehend, so dass die von den Photovoltaikmodulen 9.1 aufgespannte Fläche so groß wie möglich wird.
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Die erste Trägereinrichtung 7.1 und die zweite Trägereinrichtung 7.2 umschließen in der vorliegenden Ausführungsform einen Teil des ersten und zweiten Stellbereichs 5.1 bzw. 5.2 tunnelartig, mit einem Eingang im Norden und einem Ausgang im Süden. Unter der ersten und zweiten Trägereinrichtung 7.1 und 7.2 verbleibt jeweils ein Freiraum, in dem eine alternative Nutzung des ersten und/oder zweiten Stellbereichs 5.1, 5.2 möglich ist.
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Der erste Stellbereich 5.1 und der zweite Stellbereich 5.2 haben jeweils eine sehr viel geringere Breite als die Breite oder Länge des jeweils angrenzenden oder sich zwischen den beiden Stellbereichen 5.1 und 5.2 erstreckenden Nutzbereichs 3. Eine Bauhöhe der wenigstens einen Trägereinrichtung 7 mit der Photovoltaikeinrichtung 9 ist frei wählbar. In der in 3 dargestellten Ausführungsform entspricht diese Bauhöhe aber in etwa der Breite des ersten oder zweiten Stellbereichs 5.1 bzw. 5.2. Durch die niedrige Höhe im Vergleich zu der Länge oder Breite des angrenzenden Nutzbereichs 3 wird im Laufe des Tages nur eine sehr geringe Verschattung in unmittelbarer Nähe des ersten oder zweiten Stellbereichs 5.1 bzw. 5.2 auftreten.
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Die großflächige Anordnung von Photovoltaikmodulen 9.1 an den Agrar-Photovoltaik-Einheit 11 in einer Reihe entlang des Nutzbereichs 3 führt dazu, dass Sonnenenergie auf relativ einfache Weise gesammelt werden kann, ohne dass eine Nachführbarkeit von Photovoltaikmodulen erforderlich ist. Die landwirtschaftliche Nutzung auf dem Nutzbereich 3 wird durch die erfindungsgemäße Anordnung kaum beeinträchtigt. Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung ist in der vorliegenden Ausführungsform in Nord-/Südausrichtung beschrieben. Eine solche Ausrichtung ist für die Ausbeute von Sonnenenergie und Wärmeenergie optimal. Aufgrund natürlicher Gegebenheiten ist eine präzise Nord-/Südausrichtung nicht immer möglich. Der Verlauf des ersten und/oder zweiten Stellbereichs 5.1 bzw. 5.2 muss sich nach den topographischen Gegebenheiten auf der Freifläche 1 richten und kann daher in vertikaler und horizontaler Richtung von einer in 1 und 3 gezeigten geraden Linie abweichen. Die vorliegende Erfindung umfasst daher auch Ausrichtungen, die von der präzisen Nord-/Südausrichtung abweichen. In Abhängigkeit von der geografischen Lage der Freifläche 1, die mit der erfindungsgemäßen Anordnung auszurüsten ist und in Abhängigkeit von deren Geländeprofil in Bezug zur Sonne muss die optimale Ausrichtung des wenigstens einen Stellbereichs 5 gewählt werden. Entscheidend ist, dass der jeweilige erste, zweite, dritte oder vierte Stellbereich 5.1, 5.2, 5.3 bzw. 5.4 entlang des Nutbereichs 3 und nicht quer über diesem verläuft. Sonnenreiche Gegenden erlauben ein größeres Abweichen von einer Nord-/Südausrichtung als sonnenarme Gegenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freifläche
- 3
- Nutzbereich
- 5
- Stellbereich
- 5.1
- erster Stellbereich
- 5.2
- zweiter Stellbereich
- 5.3
- dritter Stellbereich
- 5.4
- vierter Stellbereich
- 7
- Trägereinrichtung
- 7.1
- erste Trägereinrichtung
- 7.2
- zweite Trägereinrichtung
- 7.3
- dritte Trägereinrichtung
- 7.4
- vierte Trägereinrichtung
- 7.5
- Rahmenstruktur
- 7.6
- vertikales Standelement
- 9
- Photovoltaikeinrichtung
- 9.1
- Photovoltaikmodul
- 11
- Agrar-Photovoltaik-Einheit
- OS
- Oberseite
- ES
- Ostseite
- WS
- Westseite
- N
- Norden
- S
- Süden
- E
- Osten
- W
- Westen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10202004685 A1 [0003]
- WO 2022234556 A1 [0004]
