DE3412584A1

DE3412584A1 - Sonnenkraftanlage

Info

Publication number: DE3412584A1
Application number: DE19843412584
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Schulz; Walter 6054 Rodgau Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1985-10-24

Description

" Sonnenkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Sonnenkraftanlage, insbesondere eine solche, die aus flächenförmig ausgebildeten, reihenweise in Feldern angeordneten Moduleinheiten aus photovoltaischen Zellen besteht.
Derartige Sonnenkraftanlagen sind beispielhaft in dem Prospekt der Firma AEG-Telefunken Informationen Uber alternative Energietechnik aus dem Jahre 1981 beschrieben.
Einzele photovoltaische Zellen, auch kurz als Photozellen bezeichnet, werden zu Moduleinheiten zusammengebaut und durch eine Einbettung unter Glas gegen Witterungseinflüsse geschützt. Derartige Moduleinheiten können wiederum je nach Leistungsbedarf zu sogenannten Feldern zusammengefaßt werden, wobei ein solches Feld eine in sich ge- schlossene Baugruppe mehrerer Moduleinheiten darstellt, deren auf die Sonne ausgerichtete Oberflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Eine Vielzahl solcher Felder kann dabei - jeweils auf einem eigenen Traggerüst - in rasterförmige Anordnung auf einer Flache aufgestellt werden, wobei die einzelnen Felder wie die Flächen eines Shed-Daches angeordnet sind, d.h. die Hüllkurve ist eine Sägezahnlinie. Es ist durch den gleichen Prospekt auch bekannt, eine einzelne Modul einheit auf einer Schilderbrücke über einer Autobahn anzuordnen, jedoch dient die Moduleinheit nur zur Versorgung einer Anzeigeeinrichtung und nicht für die Abgabe des Stroms an ein Versorgungsnetz. Sie stellt also keine Sonnenkraftanlage dar.
Photovoltaische Zellen haben einen Wirkungsgrad zwischen etwa 8 und 12%, wobei ein Wert von 15% eher durch zukünftige als durch gegenwärtige Technologien zu erreichen ist. Dieser verhältnismäßig geringe Wirkungsgrad hat einen erheblichen Platzbedarf für derartige Sonnenkraftanlagen zur Folge. Die zur Verfügung stehende Bodenfläche eines dicht besiedelten Landes wie der BRD ist begrenzt und infolgedessen teuer. Für Solaranlagen geeignetes Gelände ist sogar noch weitaus knapper.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenkraftanlage anzugeben, für die keine zusätzlichen Grundstücke benötigt werden und sich harmonisch in das Landschaftsbild einfügen läßt.
Eine derartige Sonnenkraftanlage ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ihre Aufstellung als Oberbau öffentlicher Verkehrswege.
Unter dem Ausdruck "Oberbau" soll hierbei eine solche Konstruktionsweise verstanden werden, die sich zumindest über größere Teillängen affentlicher Verkehrswege erstreckt, wobei diese Teil längen mit Abstand größer sind als die Breite der betreffenden Verkehrswege. Als Verkehrswege kommen hierbei das Schienennetz der Bundesbahn, bevorzugt jedoch das Netz der Bundesautobahnen und der Schnellstraßen in Frage, zumal sich diese Verkehrswege ohnehin nicht für den Oberbau durch andere Bauwerke eignen. Die genannten Verkehrswege sind ein idealer Aufstellungsort, da sie den Verkehr nicht stören und zusätzlich noch eine Reihe von Vorteilen für die Verkehrsteilnehmer mit sich bringen.
Die derzeitige Länge des Bundesautobahnnetzes beträgt knapp 8000 km. Nimmt man hiervon nur die Hälfte als für die Aufstellung einer Sonnenkraftanlage geeignet an, so ergibt sich bereits eine Streckenlänge von ca. 4000 km. Bei vierspurigen Autobahnen, bei denen jede Spur eine Breite von etwa 3 m hat, ergibt dies eine Aufstellfläche von 12 m2 je Meter Autobahnlänge bzw. von 12.000 m2 pro Kilometer Autobahnfläche. Mithin steht für-die Aufstellung einer derartigen Sonnenkraftanlage eine Fläche von 48.000.000 m2 zur Verfügung. Die mittlere Sonnenlichteinstrahlung beträgt 100 W/m2.
Bei einem Wirkungsgrad von 10 % führt die gesamte ver- wertbare Sonnenlichteinstrahlung im Mittel zu einer elektrischen Leistung von 48.000 Megawatt bzw.
48.000.000 kW. Damit liesse sich ein beträchtlicher Anteil des Energiebedarfs eines hochindustria1>isierten Landes wie der BRD decken.
Durch die Erfindung entsteht eine Art Oberdachung längerer Autobahnstrecken, die für den auße,nstehenden Betrachter weniger störend in Erscheinung tritt als das sich durch die Landschaft ziehende Band der Autobahn. FUr den gegen die Sonne fahrenden Verkehrsstrom bedeutet dies eine absolute Blendungsfreiheit und - insbesondere im Sommer - eine geringere Belastung durch die Sonneneinstrahlung im Fahrzeuginnern. Auch unterbleiben die störenden Reflexe, die ansonsten bei hochstehender Sonne und schrägstehenden Heckscheiben vorausfahrender Fahrzeuge die Fahrer nachfolgender Fahrzeuge belästigen. Wird zusätzlich für ein Auffangen von Regenwasser an den unteren Längskanten der einzelnen Felder gesorgt, dann wird die Fahrbahn weitaus weniger vom Regen getroffen, und das insbesondere an Stellen mit schlechter Entwässerung häufig anzutreffende Aqua-Planning unterbleibt oder wird zumindest erheblich reduziert. Dies gilt auch für Schneefälle im Winter, so daß durch die Oberdachung die Verkehrssicherheit merklich erhöht wird. Daß die Oberdachung zusätzlich noch zur Steigerung der Verkehrssicherheit durch Beleuchtung und/oder Verkehrssignale herangezogen werden kann, wird weiter unten noch aufgezeigt werden.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn bei einer Aufstellung auf Auto-Schnellstraßen mit Mittelstreifen T-förmige Tragelemente mit Ausleger und Stütze verwendet werden, die innerhalb des Mittelstreifens verankert sind, und wenn an den Stützen beidseitig Leitplanken befestigt sind.
Auf die angegebene Weise kann zumindest ein Teil der für die Leitplanken benötigten Stützen entfallen, und durch die Aufstellung der Stützen zwischen den Leitplanken tritt keine erhöhte Unfallgefahr ein. Zwischen den einzelnen Tragelementen können sogar sogenannte Blendschutzzäune einfacher und zuverlässiger befestigt werden, so daß die Verkehrssicherheit auch hierdurch gefördert wird.
An den Tragelementen, d.h. sowohl an den senkrechten Stützen als auch an den horizontalen Auslegern lassen sich Hinweisschilder wie Richtungsanzeiger oder Warnsignale befestigen, darunter auch solche, die von einer Zentrale aus je nach der sich ergebenden Verkehrssituation gesteuert werden können. Auch Fernsehkameras oder Sensoren für die Fahrzeugdichte und Fahrzeugbewegung lassen sich an den Tragelementen befestigen, so daß Unfälle oder sonstige Störungen sofort registriert werden können. Weiterhin lassen sich an den Tragelementen Beleuchtungskörper befestigen, wodurch das Fahren bei Nacht angenehmer wird. Durch Spezial lampen lassen sich auch die bei Nebel auftretenden Gefahren merklich verringern. Schließlich lassen sich an den Tragelementen auch Heizstrahler anbringen, so daß die Fahrbahnoberfläche an gefährlichen Stellen, beispielsweise auf Brücken, abgetaut werden kann, ohne daß es hierfür des für die Umwelt problematischen Streusalzes bedarf.
Es ist dabei gemäß der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Tragelemente im Bereich ihrer Knotenpunkte durch Längsträger miteinander verbunden sind.
Hierdurch wird einmal die Festigkeit des gesamten Oberbaus im Falle der Beschädigung eines Tragelements durch einen Unfall verbessert, zum anderen können die Längsträger einen durchgehenden Hohlraum aufweisen, und dadurch als Kabel schächte ausgebildet sein. Es ist möglich, in derartigen Längsträgern Leitungen für postalische Zwecke (Telefon, Informatik, Rohrpost) zu verlegen, darunter auch Glasfaserkabel. Insbesondere ist es möglich, in den Kabelschächten diejenigen Telefonleitungen zu verlegen, die zu den Streckentelefonen führen. Es ist dann lediglich noch erforderlich, Stichleitungen von den Längsträgern unter der Fahrbahn hindurch bis zu den außen aufgestellten Streckentelefonen hin zu verlegen. Vorrangig dienen die Längsträger bzw. der darin angeordnete Kabelschacht natürlich zur Unterbringung der Sammelleitungen für die von der Solaranlage gewonnene elektrische Energie bis zu sogenannten Kraftzentralen, in denen nach Wechselrichtung des durch die Solarzellen gewonnenen Gleichstroms sowie nach Transformation eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz erfolgt.
Es ist weiterhin möglich, oberhalb der Tragelemente eine Inspektionsbahn anzuordnen, die beispielsweise als sogenannte ALWEG-Bahn ausgeführt sein kann. Hierdurch ist es möglich, die Sonnenkraftanlage unabhängig von dem fliessenden Verkehr darunter zu befahren, zu inspizieren und zu warten. Schließlich ist es außerdem möglich, auf den Tragelementen eine Hubschrauberplattform anzuordnen, so daß hier für den Fall von Verkehrsunfällen die Landung eines Rettungshubschraubers möglich ist, ohne daß der Verkehr in beiden Richtungen unterbrochen werden müßte.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Teilabschnitts einer Sonnenkraftanlage, die über einer Autobahn in Ost-West-Richtung angeordnet ist, Figur 2 eine perspektivische Ansicht analog Figur 1, jedoch an einer Autobahn mit Nord-SUd-Erstreckung (Blickrichtung: Nord), Figur 3 eine perspektivische Innenansicht einer Sonnenkraftanlage gemäß Figur 1, Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Landschaftbildes mit einer Sonnenkraftanlage nach der Erfindung, und Figur 5 einen Querschnitt durch eine Sonnenkraftanlage mit einer Inspektionsbahn.
In Figur 1 ist eine Sonnenkraftanlage dargestellt, deren Längsachse A, die durch einen Pfeil symbolisiert ist, in Ost-West-Richtung verläuft. In Richtung dieses Doppelpfeils verlaufen auch die Fahrtrichtungen auf den jeweils dreispurigen Hälften der Autobahn 1, die einen der üblichen Mittelstreifen 2 aufweist. Auf diesem Mittelstreifen sind in regelmäßigen Abständen T-förmige Tragelemente 3 aufgestellt, die aus einer senkrechten Stütze 4 mit einem doppelarmigen waagrechten Ausleger 5 bestehen. Die Tragelemente 3 sind im Bereich ihrer Knotenpunkte 6 durch Längsträger 7 sowie durch Leitplanken 8 verbunden.
Auf den Tragelementen 3 sind in einer Vielzahl einzelne Felder 9 angeordnet, die aus einzelnen Moduleinheiten in der weiter oben angegebenen Weise zusammengesetzt sind.
Jedes dieser Felder erstreckt sich über die halbe Länge eines Auslegers 5 und über eine Länge 11111 in Richtung der Längsachse A. Jedes dieser Felder hat eine eigene Längsachse, die parallel zur Achse A verläuft und um die die Felder zur Lichteinfallsrichtung geneigt aufgestellt sind. Der Neigungswinkel ergibt sich aus dem mittleren Sonnenstand und beträgt etwa 25 bis 45 Grad zur Horizontalen. Bei einer Fahrtrichtung Ost-West hat man sich die Sonne auf der rechten Seite des Zeichnungsblattes in Figur 1 stehend zu denken. Die Einstellung der Neigung erfolgt durch Stützen 10 und 11 unterschiedlicher Länge.
In Figur 2 sind gleiche Teile wie bisher mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall ist die Längsachse A der Sonnenkraftanlage und damit die Fahrtrichtung der Autobahn 1 in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet, und die Längsachsen der einzelnen Felder 12, um die diese zur Lichteinfallsrichtung geneigt aufgestellt sind, verlaufen quer zur Fahrtrichtung. Aus diesem Grunde hat eine Schnittlinie durch die einzelnen felder parallel zur Fahrtrichtung das Aussehen einer Sägezahnlinie, wie dies aus Figur 2 hervorgeht.
Figur 3 zeigt eine Innenansicht der Sonnenkraftanlage, wie dies in etwa kw-Fahrer sieht. Es ist erkennbar, daß an den Stützen 4 bzw. an deren Auslegern 5 Informationsgeräte 13 angeordnet sind, die im vorliegenden Falle als Hinweistafeln bzw. Fahrtrichtungsanzeiger ausgebildet sind, aber auch durch Verkehrsampeln ersetzt bzw. ergänzt werden können. Ferner sind an den Tragelementen 3 Lichtquellen 14 für die Fahrbahnbeleuchtung befestigt, sowie Fernsehkameras 15 für die Verkehrsbeobachtung. Die Anordnung der Felder 9 entspricht in etwa derjenigen gemäß Figur 1, wobei jedoch diese Felder quer zur Fahrbahn noch einmal unterteilt sind, so daß die einzelnen Moduleinheiten nicht in zwei geschlossenen Flächen verlaufen (wie bei Figur 1), sondern in vier geschlossenen Flächen, die sich in Fahrtrichtung erstrecken.
Figur 3 ist noch zu entnehmen, daß die Längsträger 7 hohl ausgebildet bzw. mit Kabelschächten 16 versehen sind, in denen Leitungen 17 verlaufen, zu d,enen auch die elektrischen Kabel für die Abfuhr des durch die Sonnenenergie erzeugten Stromes gehören.
Anhand von Figur 4 wird das Aussehen des Landschaftsbildes bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung erläutert. Es ist erkennbar, daß die Sonnenkraftanlage, die sich als praktisch endloses Band parallel zur Fahrbahnoberfläche erstreckt, gemeinsam mit der Autobahn über Oberführungen und durch Unterführungen hindurch verlaufen kann, wobei allerdings im Bereich von Unterführungen die aus Moduleinheiten bestehenden Felder wegen der dort fehlenden Sonneneinstrahlung fortgelassen werden können. Auf eine freie, d.h.
sichtbare, Leitungsführung wird vollständig verzichtet; sämtliche Leitungen sind innerhalb der Längsträger 7 angeordnet.
Figur 5 ist noch zu entnehmen, daß über den Tragelementen 3 eine Inspektionsbahn 18 angeordnet werden kann.
Zu diesem Zweck ist oberhalb der Längsträger 7 parallel zu diesen eine Betonschiene 19 angeordnet, auf der eine Fahrkabine 20 nach dem ALWEG-Prinzip hin und her fahren kann. Auf diese Weise ist es möglich, völlig unabhängig von dem unterhalb der Sonnenkraftanlage herrschenden Verkehr und ohne dessen Beeinträchtigung jeden Punkt der Sonnenkraftanlage kurzfristig zu erreichen, um beispielsweise Inspektions-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten ausführen zu können. Auch ist es möglich, beispielsweise bei Unfällen in Verbindung mit stehendem Verkehr, insbesondere bei dichtem Nebel, einen Notarzt mit der Fahrkabine 20 bis unmittelbar an den Unfall'wort zu bringen, und die Verletzten einer schnellen stationären Behandlung zuzuführen. Der Ausgestaltung der Fahrkabine sind hierbei keine Grenzen gesetzt; sie kann beispielsweise mit einer ausklappbaren Arbeitsplattform und mit einer an deren Ende befindlichen Leiter sowie mit einem Aufzug versehen sein, mit denen das Niveau der Fahrbahnoberfläche an jedem Punkt der Strecke bequem erreichbar ist.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Sonnenkraftanlage sind: A. Beschaffung neuer Arbeitsplätze am Aufstellungsort in großem Umfang, B. Erhaltung von Arbeitsplätzen in der Zulieferindustrie durch Umstrukturierung von Schließung bedrohter Betriebe, C. absolute Umweltverträglichkeit der Anlage, D. erhebliche Einsparung von Devisen durch Wegfall entsprechender Importe, z.B. aus Ulländern, E. Entwicklung einer neuen "Schrittmacher-Technologie" als Exportartikel für die Bundesrepublik Deutschland.

Claims

Patentansprüche: 1. Sonnenraftanlage, gekennzeichnet durch ihre Aufstellung als Oberbau öffentlicher Verkehrswege (1).
2. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 1, bestehend aus flächenförmig ausgebildeten, reihenweise in Feldern angeordneten Moduleinheiten aus photovoltaischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (A) der gesamten Reihenanordnung parallel zur Fahrtrichtung verläuft.
3. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrichtung der Längsachse (A) in Nord-Süd-Richtung die Längsachsen der Felder (12)7um die die Feder zur Licht-Einfallsrichtung geneigt aufgestellt sind, quer zur Fahrtrichtung verlaufen.
4. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrichtung der Längsachse (A) in Ost-West-Richtung die Längsachsen der Felder (9) um die die Felder zur Licht-Einfallsrichtung geneigt aufgestellt sind, parallel zur Fahrtrichtung verlaufen.
5. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aufstellung auf Auto-Schnellstraßen mit Mittelstreifen (2) T-förmige Tragelemente (3) mit Ausleger (5) und Stütze (4) verwendet werden, die innerhalb des Mittel streifens verankert sind, und daß an den Stützen (4) beidseitig Leitplanken (8) befestigt sind.
6. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragelementen (3) außer den aus Moduleinheiten bestehenden Feldern (9, 12) Informationsgeräte (13) befestigt sind.
7. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragelementen (3) außer den aus Moduleinheiten bestehenden Feldern (9, 1,2) Heizstrahler befestigt sind.
8. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tragelementen (3) außer den aus Moduleinheiten bestehenden Feldern (9, 12) Lichtquellen (14) zur Fahrbahnbeleuchtung befestigt sind.
9. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente (3) im Bereich ihrer Knotenpunkte (6) durch Längsträger (7) verbunden sind.
10. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Längsträgern (7) Leitungen (17) angeordnet sind.
11. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Uber den Tragelementen (3) eine Inspektionsbahn (18) angeordnet ist.
12. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über den Tragelementen (3) eine Hubschrauberplattform angeordnet ist.