DE4431154A1

DE4431154A1 - Verbund- Energiekonverter zur Nutzung von Solarenergie

Info

Publication number: DE4431154A1
Application number: DE4431154A
Authority: DE
Inventors: Michael Prof Dipl I Schoenherr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-04
Filing date: 1994-09-04
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2014-09-05
Also published as: DE4431154C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbund-Energiekonverter zur Nutzung und Konversion von Solarenergie, z. B. zur Wandlung von Solarstrahlung in elektrische Energie oder thermische Energie. Hierbei steht die Verbindung der Solarenergie-Kon version mit sonstigen Energiekonversionen, z. B. Windenergie konversion und Energiekonversion für Transport im Vorder grund, und zwar in dem Sinne, daß sich verschiedene Energie konverter durch Anordnung im Verbund geometrisch, statisch und funktional zum gemeinsamen Vorteil ergänzen.

Verbund-Energiekonverter solcher Art sind bereits gebaut worden, z. B. dergestalt, daß auf dem Mast eines Horizontal achs-Windenergiekonverters auch PV-Paneele befestigt wurden und damit in einem geometrischen Verbund sowohl Wind- als auch Solarenergie genutzt wurden.

Soweit bekannt, sind derlei ausgeführte Konstruktionen jedoch statisch nicht sehr befriedigend, erlauben jedenfalls nicht die Befestigung großer Solarflächen.

Auf dem Markt wird auch eine Rahmenkonstruktion mit einem Vertikalachs-Rotor sowie mit am Rahmengestell montierten PV-Paneelen angeboten, die "Solavent-Station". Diese gewiß fortschrittliche Anlage dürfte aus statischen Gründen sowie wegen des in Bodennähe arbeitenden Rotors eher auf kleine Einhei ten beschränkt bleiben.

Desweiteren ist auch schon vorgeschlagen worden, die Transportenergie für Verkehrswege mittels entlang Straßen angeordneten Windenergiekonvertern ("WEK") herzustellen und auch für die dort verkehrenden Elektrofahrzeuge in Strom zu wandeln (Siehe auch Erwähnung in Scheer: "Naturschutz gegen Ökologie?" in "Solarteitalter, Heft 2/94).

Ebenso ist bekannt geworden, zur Energiekonversion in Elektro fahrzeugen Bahntrassen und Autobahnen mit Solarenergiewand lerflächen zu überdachen (Siehe Erwähnung in Winter: "Die Energie der Zukunft heißt Sonnenenergie", Drömer-Knaur, München 1993, Seite 36).

Bei all diesen Vorschlägen werden jedoch keine konkreten Anhaltspunkte für die Energiekonversion gegeben, insbesondere gibt es keinen Hinweis für die geometrische, statische und funktionale Integration des Verkehrswegs in einem Energie konverter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Solarenergiekonverter flächen ("SEK") so in weitere Energiekonvertersysteme zu integrieren, daß ein statischer, geometrischer und funktio naler Verteil für alle Konversionen herauskommt und daß ein die Vorteile integrierender erfindungsgemäßer Verbund- Energiekonverter ("VEK") entsteht, der sich insbesondere auch für Energiegewinnung und Energieverteilung im großtechnischen Maßstab eignet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Teile des Anspruchs 1 (Hauptanspruch) sowie des Anspruchs 4 (Neben anspruch) gelöst.

Ein Mast, der für sonstige Energie-Konversionsaufgaben bereits benötigt wird und statisch belastet ist, wird erfindungsgemäß durch strahlenförmig von ihm ausgehende Stütze(n) zum Boden hin abgestrebt, wobei eine dem Sonnenstand nachführbare SEK, "Drehfläche" genannt, dergestalt auf oder entlang einer der Stützen, der "Drehstütze" , befestigt ist, daß sie um deren Längsachse drehbar ist.

Die Stütze(n) entlasten zunächst den Mast: er kann leichter gebaut werden. Andererseits ist der nötige Elevationswinkel der Drehstütze für die Sonnennachführung ohne Aufwand über ihren Befestigungspunkt am Mast herzustellen, ein Separatpfosten wird nicht mehr dazu benötigt, denn der Mast ist ja schon da. Verläuft die Drehstütze ungefähr parallel zur Erdachse, d. h. mit einem Elevationswinkel, der etwa dem Breitengrad des Aufstellungsorts entspricht, so kann durch die dann mögliche "Polachsen-Nachführung" über dem ganzen Tagesverlauf ein näherungsweise senkrechter Einfall der Sonnenstrahlen auf die SEK gewährt werden mit Wirkungsgradsteigerungen bis über 50%.

Hat die Drehfläche quadratischen Umriß und rotiert sie um ihre Diagonale auf der Drehstütze, so wird sie auch bei maximaler Verdrehung morgens und abends nicht durch Mast oder Boden behindert oder beschattet, sie paßt genau in den rechten Winkel zwischen Mast und Boden, wenn die Drehstütze unter 45° verläuft (entspricht mittlerem Breitengrad). Aber auch steilere Drehstützenwinkel sowie flachere bis hin zur Horizontalen sind statisch stabil und ohne Drehbehinderung der Stützflächen herstellbar, indem z. B. das mastferne Ende der Drehstütze nicht direkt sondern über 2 weitere Streben zum Boden hin abgestrebt ist. Vergleiche auch DE 36 44 450 C2.

Kommen zur Erzielung der Drehbewegung Seilzüge zum Einsatz, die zwischen Außenbereich der Drehfläche und Boden/Fundament wirken, so können wegen der großen Hebel und der fachwerkartigen Gesamtstruktur von Mast, Stützen und Seilzug größte Dreh- und Windkräfte beherrscht werden und Drehflächen von einigen 100 m² Fläche der Sonne nachgeführt werden.

Diese Polachsen-Nachführung ist in eng angelegten Solarfeldern wegen der nachführungsbedingten gegenseitigen Abschattung der Drehflächen morgens und abends u. U. nicht angezeigt. Wird der erfindungsgemäße VEK jedoch mit einem WEK auf dem Mast in windfarmgemäßer Anordnung eingesetzt, so entstehen ideale Er gänzungen, da die wegen des Windabschattungsproblems entfernt stehenden WEK′s die solare gegenseitige Abschattung der Drehflächen ohnehin ausschließen und damit sowohl beste Windaus beute als auch optimale Strahlungsausbeute gewährleistet sind.

Solarturmkraftwerke benötigen vergleichsweise viel Strom zur Aufrechterhaltung des Betriebs. Diesen und noch mehr kann ein erfindungsgemäßer VEK unter Bereitstellung weiterer Vor teile liefern. Der Turm wird durch eine Drehstütze und zwei weitere Stützen abgestrebt, was ihn zunächst entlastet. Die Stützen dienen dann zur Lagerung der Drehfläche, sie können aber gleichzeitig erfindungsgemäß als Begrenzung und tragende Struktur des ohnehin erforderlichen Kesselhauses dienen. Der erfindungsgemäße VEK vereinigt also Turm, Stützen, Kesselhaus und Nachführung zu einem geometrisch, statisch und funktional optimalen Gesamtverband.

Eine etwas andersartige Lösung der gestellten Aufgabe ist durch Anspruch 4 (Nebenanspruch) gegeben. Die SEK′s werden dabei direkt auf der von je 2 Stützen oder einer Stütze und dem Mast gebildeten Fläche befestigt. Die SEK′s, hier "Fixflächen" genannt, haben dann etwas weniger Wirkungsgrad, erfordern aber auch weniger Bauaufwand.

Hierbei lassen sich VEK′s mit größten Fixflächen realisieren, insbesondere, wenn Stützen und Mast durch Querstreben weiter versteift sind. Werden von einer mittleren Stütze aus zu 2 verschiedenen Stützen hin Fixflächen angebracht, so sind diese unter verschie denen Winkeln zur Sonne ausgerichtet. Derlei gewinkelte Flächen haben einen etwas niedrigeren solaren Wirkungsgrad zur Folge, bieten aber eine ausgeglichenere Leistungsabgabe über der Tages zeit und haben eine bessere Grundriß-Flächenausnutzung zur Folge.

Im Stoßbereich von Fixflächen entsteht eine Art Dachfirst. Es kann notwendig sein, hier Luft und Licht durchzulassen, was z. B. mit einer im Firstbereich laufenden fachwerkartigen Stütze erzielt werden kann, wenn die Fixflächen diese nicht ganz bedecken. Es wäre auch möglich, Stützen weiter entfernt vom First verlaufen zu lassen und auf diesen abschließend die Fixflächen zu befestigen. Analog kann mit abschließen den Querstreben im Bodenbereich die gewünschte Bodenfreiheit der Fixflächen hergestellt werden.

Neben den hier erwähnten Haupt-Stützen und Streben werden zur Befestigung von z. B. PV-Modulen zusätzliche Stützen und Streben zum Einsatz gelangen, die aber hier nicht weiter besprochen werden.

Die erfindungsgemäßen VEK′s eignen sich zur statischen geometrischen und funktionalen Integration in Verkehrswege, insbesondere für die Aufstellung an oder über Verkehrswegen, indem sie diese tragen, überspannen und die Verkehrsbewegung durch Bereitstellung der Transportenergie fördern. Verkehrslinien können sein: Straßen, Eisenbahntrassen, Stromleitungen, Pipelines usw. Der erfindungsgemäße VEK ist durch seine "Stelzen" , bestehend aus Mastfuß und Stützenden immer in der Lage, unabhängig von der Himmelsrichtung des Verkehrswegverlaufs die SEK-Flächen in südlicher Richtung anzuordnen indem die Stelzen entsprechende Freiräume auf Verkehrsinseln oder an den Verkehrswegrädern als punktuelle Fundamente zu ihrer Verankerung nutzen.

Werden die Fußpunkte von Stützen und Mast als gleichseitiges Dreieck vorgegeben, so ist es z. B. bei einer Autobahn mit Mittel streifen praktisch immer möglich, die VEK′s erfindungsgemäß so anzuordnen, daß nur die Autobahnfläche überdeckt wird, daß die Drehstütze oder Fixfläche nur südlich ausgerichtet ist und daß die Stelzen den Verkehr nicht behindern, alles unabhängig von der Himmelsrichtung, mit der die Verkehrstrasse verläuft.

Der VEK steht damit ideal dort, wo seine Statik oder seine Ener gie für den Verkehr benötigt werden, er verbraucht keine Grundrißfläche, die nicht ohnehin schon verbraucht ist. Der VEK kann erfindungsgemäß z. B. Brücken, Pipelines und Stromleitungen tragen, er liefert die Energie der Verkehrsbe wegung indem er E-Autos, E-Loks z. B. mit Strom speist oder die Pumpleistung für den Öltransport in Pipelines bereitstellt.

Werden die Maste verschiedener VEK′s erfindungsgemäß durch Zwischenstützen miteinander verbunden, so können sich aus dem Verbund u. a. 3 weitere Vorteile ergeben:

1. Die Statik des Gesamtsystems wird besser.
2. Aus der Zwischenstütze und den bei unterschiedlichen Masten ohnehin schon bestehenden Stützen ergeben sich praktisch aufwandslos neue Flächen zur Befestigung von Fixflächen.
3. Ggf. erfindungsgemäß auf den Masten angeordnete WEK′s kön nen bei linearer Anordnung der durch Zwischenstützen verbun denen VEK′s eine beträchtliche Leistungssteigerung erfahren, weil die dabei entstehenden langen und geschlossenen Fixflächen anordnungen für den Wind eine Barriere darstellen, die zu seiner Beschleunigung am Barrierenkamm führen, dort wo die Winrotore angeordnet sind.

Weiter gestattet der geometrische Verbund vieler VEK′s die sparsamste Ausnutzung von Grundrißflächen: derlei Verbund- Konverter könnten z. B. auf einer gegebenen Autobahnstrecke die meiste Energie gewinnen.

Nachteilig bei derartigem statischem Verbund könnte die geringere Eignung für kurvige Verkehrstrassen sein, sowie die Notwen digkeit, thermisch bedingte Verschiebungen und Spannungen zu beherrschen und auszugleichen. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, die die ursprünglichen VEK′s verbinden den Zwischenstützen und Zwischenstreben axial verschieblich zu befestigen.

Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Abbildungen besprochen.

Die Fig. 1 zeigt einen Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1. Der Mast 1 trägt einen Windenergiekonverter 4. Er ist zum Boden/ Fundament 6 hin abgestrebt durch 3 strahlenförmig vom Mast 1 aus gehende Stützen 2. Eine dieser Stützen dient als Drehstütze 3 für die Solarenergiekonverterfläche 7, welche in diesem Fall zugleich die Drehfläche 8 ist. Seilzüge 5 bewerkstelligen die sonnenstandsgemäße Nachführung der quadratischen Drehfläche 8, die entlang ihrer Diagonalen auf der Drehstütze 3 befestigt ist.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht des VEK der Fig. 1. Die Drehstütze 3 weist in Südrichtung S, der Elevationswinkel ε ist so gewählt, daß die Drehstütze 3 ungefähr parallel zur Erdachse verläuft. Damit ist den ganzen Tag über eine nahezu senkrechte Einstrahlung der Sonne 9 auf die Drehfläche 8 erzielbar, die solare Energiekon version ist damit über der Tageszeit ausgeglichener und insge samt höher als bei fest montierten SEK′s.

Das Angebot von Windenergie und Sonnenenergie ergänzt sich über der Jahreszeit ohnehin dergestalt, daß das gesamte Energieangebot bei nicht zu kleinen SEK′s ungefähr konstant ist. Der in Fig. 1 dargestellte VEK ist damit auch für den Inselbetrieb ausgewiesen. Er könnte auch durch Nachrüstung bestehender WEK′s mit Stützen und Drehflächen hergestellt werden.

Die Fig. 3 gibt eine erfindungsgemäße Integration von Solarturm kraftwerk, nachgeführtem PV-Kraftwerk und Gebäude zu einem vorteil haften VEK wieder.

Der Solarturm 1 trägt einen Receiver 11, der über Heliostate 12 ge bündelte Sonnenstrahlen 10 empfängt und in einem Gebäude 13 (hier das Kesselhaus) in elektrische Energie umwandelt.

Der Turm 1 ist statisch günstig über Stützen 2 zum Boden hin ab gestrebt, er kann dadurch besonders leichtgewichtig gebaut werden. Zusätzlich liefern Turm 1 und Stützen 2 Umriß und statische Struktur für das Kesselhaus 13 und sein Dach 14. Auf der nach Süden weisenden Drehstütze 3 ist die Drehfläche 8 befestigt, die z. B. aus PV-Modulen besteht und welche den Strom bedarf für die Funktion des kompletten VEK′s decken kann. Der Elevationswinkel ε entspricht hier mit etwa 30° der Erdachsen richtung in Kalifornien oder Nordafrika, also typischen Standorten für Solarturmkraftwerke.

Die Drehfläche 8 ist auch in Fig. 3 quadratisch gestaltet. Infolge der durch die Querstrebe 15 ermäglichten tetraedrischen Dachgestaltung gibt es außer einem maximalen Schwenkwinkel keine Behinderung der Polachsen-Nachführung für die Drehfläche 8.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 3 dargestellten VEK von oben, wobei die Drehfläche 8 durch Seilzüge 5 gerade so weit geschwenkt ist, daß die im Südosten stehende Sonne 9 senkrecht darauf ein strahlt.

Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung der Erfindung im Rahmen des Anspruchs 4 (Nebenanspruch).

Ein Mast 1, der Stromleitungen 16 trägt, wird durch Stützen 2 zum Boden hin abgestrebt, wobei auf der zwischen je 2 Stützen gebildete Fläche SEK′s 7, hier Fixflächen 17 genannt, befestigt sind. Querstreben 15, sowie weitere hier nicht dargestellte schwächere Streben und Stützen versteifen die Fixflächenauflage zusätzlich und erleichtern die Befestigung der Fixflächen 17, welche z. B. aus PV-Modulen bestehen könnten.

Die Fallinie der Fixfläche 17 ist nach Süden ausgerichtet, um (auf der Nordhalbkugel) maximale Leistungsausbeute zu erzielen.

Eine unterste Querstrebe 15, an der die Fixflächen abschließend befestigt sind, verläuft unter der Bodenfreiheit h, die z. B. im vorliegenden Fall so groß gewählt werden kann, daß landwirt schaftliche Fahrzeuge noch hindurchkommen.

Die Fig. 6, 7 und 8 stellen den VEK als "Elektro-Carport" dar, der als überdachter Parkplatz aufgefaßt werden kann, in welchem Elektroautos 18 beim Parken elektrische Energie "nachtanken".

Die Fig. 6 ist eine Ausführungsform, welche Wind- und Sonnen energie nutzt. Der Elektro-Carport liefert die Transport energie für den Verkehrsweg (hier Parkplatz), den er überdacht. Der Mast 1, welcher den WEK 4 sowie Stromleitungen 16 trägt, ist durch Stützen 2 sowie Querstreben 15 zum Fundament 6, zum Boden hin abgestrebt. Auf den durch je 2 Stützen 2 gebildeten Flächen sind Fixflächen 17 befestigt, die gleichzeitig ein Dach 14 bilden, unter dem vorzugsweise Elektroautos 18 ein/ausfahren, parken und Strom "tanken".

Eine einfachere Ausführungsform des Elektro-Carports als VEK ist in Fig. 7 gegeben. Der Mast 1,I ist durch 2 Stützen 2,I zum Fundament 6 hin abgestrebt, ebenso der Mast 1,II durch die 2 Stützen 2,II. Die Masten sind durch eine Zwischenstütze 19 miteinander verbunden, ferner die Stützen 2,I und 2,II durch die Zwischenstreben 20. Auf den Flächen, welche die Zwischenstütze 19 mit den Stützen 2,I und 2,II bildet, sind Fixflächen 17 befestigt.

In Fig. 8 ist der Elektro-Carport der Fig. 7 in einer Ansicht von oben dargestellt. Die Maste 1,I und 1,II sind so mit ihren Stützen 2,I und 2,II zum Fundament 6 abgestrebt, daß ein quadratischer Grundriß unter den Fixflächen 17 entsteht, unter welche die Elektroautos 18 über die Straße 21 ein/ausfahren oder parken und Strom aus Steckdosen 22 beziehen. Die Querstreben 15 und die Zwischenstreben 20 versteifen das Dach 14 weiter und dienen ebenso wie die Zwischenstütze 19 und die Stützen 2,I und 2,II zur Befestigung der Fixflächen 17.

Die Fig. 9 stellt eine Serie (I, II, III, IV) von VEK′s dar, die entlang einem Verkehrsweg (hier Eisenbahntrasse 23) angeordnet sind und diesen überspannen bezw. tragen (hier Stromleitungen 16) Auf der Verkehrsinsel 24 ist eine Stütze 2 verankert, welche den (schrägen) Mast 1 zusammen mit einer weiteren Stütze 2 zum Boden hin abstrebt. Stütze 2 und Mast 1 sind erfindungsge mäß zusätzlich durch Querstreben 15 miteinander verbunden.

Auf den Flächen, die sich zwischen Mast 1 und Stützen 2 bilden, sind SEK′s bezw. Fixflächen 17 befestigt. Weitere Streben, die insbesondere auch zur Befestigung der Fixflächen-Elemente nötig sind, werden der Übersichtlichkeit wegen hier nicht dargestellt.

Die Ausgestaltung nach Fig. 9 bezieht sich auf eine von Südwest nach Nordost verlaufende Bahntrasse. Die 2 ge winkelt angeordneten Fixflächen haben dabei einen etwas niedri geren Wirkungsgrad als eine direkt nach Süd ausgerichtete Einzel-Fixfläche. Allerdings ergibt sich hier eine verbesserte Platzausnutzung.

Bilden die Verankerungspunkte von Mast und Stützen eines VEK ein gleichseitiges Dreieck, so läßt sich dieser VEK-Typ bei einem Verkehrsweg mit Mittelstreifen (Verkehrsinsel) immer erfindungsgemäß so aufstellen, daß die Fixflächen wenigstens im Mittel nach Süden ausgerichtet sind, unabhängig von der Himmelsrichtung des Verkehrswegverlaufs und ohne zusätzlich Ver kehrsbehinderung.

Fig. 10 gibt ein Beispiel dafür.

Ein Verkehrsweg 25 mit Verkehrsinsel 24 (z. B. eine Autobahn mit Mittelstreifen oder 2 mit Zwischenraum angeordnete Pipelines) wird kreisrund dargestellt, um alle Himmelsrichtungen seines potentiellen Verlaufs vorliegen zu haben.

Die erfindungsgemäße Aufstellung des VEK wird anhand der verschiedenen Gradangaben des Verkehrswegverlaufs demonstriert. Im linken Halbkreis sind die mit 2 Fixflächen belegten VEK-Ver sionen dargestellt, im rechten Halbkreis die mit nur einer Fixfläche belegten. Insgesamt kommen nur 2 Anordnungen des Stelzen-Grundrisses zum Verkehrsweg vor: einmal dergestalt, daß eine Dreieckseite senkrecht zur Verkehrswegrichtung verläuft und einmal daß eine Dreieckseite tangential zur Verkehrsweg verläuft, vergleiche Darstellung bei 210° und bei 240°.

In den Darstellungen 210° bis 360° sind erfindungsgemäß 2 Flächen zwischen Mast 1 und Stützen 2 mit Fixflächen beklegt, in den Darstellungen 15° bis 180° jeweils nur die Fläche zwischen den Stützen 2, siehe z. B. Darstellung bei 150°. Beide Methoden können jedoch über dem ganzen Kreisbereich analog weitergeführt werden, wie z. B. eine Spiegelung an der Süd/Nordachse sofort deutlich macht.

Die abschließenden Querstreben 15 werden mit einer solchen Bodenfreiheit h an Mast 1 und Stützen 2 befestigt, daß der Verkehrsweg darunter nicht behindert ist. Mast und Stützen selbst tun dies erfindungsgemäß ohnehin nicht, da sie ausnahmslos nur auf der Verkehrsinsel 24 oder jenseits der Berandung des Verkehrswegs 25 am Boden verankert sind.

Eine noch höherer grundrißbezogener Fixflächenanteil kann dadurch erzielt werden, daß z. B. unter Beibehaltung des gleich seitigen Grundrisses der VEK-Pyramide (Fig. 9 und 10) das Längen verhältnis von Stützen 2 und Mast 1 derart gestaltet wird, daß die auf den Boden projizierten Fixflächen den gesamten Grundriß belegen. Nach der bei 210° dargestellten Belegungsart wäre dann bei gleichem Wirkungsgrad eine ca. 30%ige Fixflächen steigerung möglich, nach der Belegungsart wie z. B. bei 150° dar gestellt eine Steigerung bis zum 3-fachen. Gerade im letzteren Fall wird man aber in mittleren Breitengraden die starke Steil stellung der Fixflächen 17 vermeiden und beispielsweise nur die Stützen 2 so verlängern, bis der Mast 1 senkrecht steht und die Fixflächen 17 in der Projektion sowohl den ganzen Grundriß bedecken als auch einen Wirkungsgrad-besseren Elevations winkel haben.

VEK-Pyramiden mit nicht gleichseitigem Dreiecks- oder rechtecki gem/quadratischem Grundriß der Fußpunkte von Mast und Stützen erlauben erfindungsgemäß ähnliche Überspannungsgeometrien von Verkehrswegen, werden aber hier nicht weiter dargestellt.

Selbstverständlich können die in Fig. 7 bis 10 abgebildeten VEK′s auch sonstige, hier nicht dargestellte weitere Energie konverter tragen, z. B. WEK′s.

Fig. 11 zeigt viele VEK′s, erfindungsgemäß angeordnet entlang einer Straße und diese überspannend. Der Mast 1 trägt einen Windkonverter 4 und ist durch Stützen 2 zum Boden hin abgestrebt. Auf der von den Stützen 2 gebildeten Fläche sind SEK′s 7 bezw. Fixflächen 17 befestigt, nach unten abschließend auf Querstreben 15. Der Mast 1 befindet sich auf der einen Straßen seite, während die Stützen 2 auf der anderen Straßenseite veran kert sind, so daß keine Verkehrsbehinderung entsteht und nur die ohnehin vorhandene Straßenfläche benötigt wird.

Die dargestellte linear angeordnete VEK-Farm eignet sich beson ders für Straßen in der Hauptrichtung Ost/West, Mast auf der Nordseite der Straße (auf Südhalbkugel Südseite). Leichtere Straßenkurven können problemlos beherrscht werden, die Statik ist günstig, die Effektivität der WEK 4 kann durch Windum lenkung der Fixflächen bereits gesteigert sein.

Die VEK-Anlage der Fig. 12 entsteht im wesentlichen daraus, daß die Masten verschiedener Einzel-Vek′s (Fig. 11) durch Zwischen stützen 19 erfindungsgemäß miteinander verbunden werden, wo bei auf den von Stützen benachbarter Masten gebildeten Flächen ebenfalls Fixflächen 17 befestigt sind, so daß eine weit ausge dehnte geschlossene Solarenergiekonverterfläche entsteht. Zur Versteifung sind in diesem grafischen Beispiel weitere Maste 1,II, 1,IV usw. hinzugefügt, die durch weitere Stützen 2,II, 2,IV usw. zum Fundament abgestrebt werden und die zusammen als VEK II, VEK IV usw. bezeichnet werden. VEK II ist dann durch eine weitere Zwischenstütze 19 mit VEK III und dieses mit VEK IV verbunden usw.

Die beliebig weit entlang der Straße 21 ausdehnbare VEK-Anlage kann thermische Ausdehnungsprobleme verursachen. Zu deren Behebung können Zwischenstütze 19 und Zwischenstrebe 20 axial verschieblich ausgeführt werden.

Die VEK-Anlage eignet sich vorzugsweise für Ost/West-Straßen, sie könnte auch ohne WEK′s ausgeführt werden.

Aber auch Nord/Südverbindungen könnten mit etwas Wirkungsgrad verlust (ca. 20%) der SEK′s bedient werden. Diese Verluste können dann aber durch WEK′s auf den Masten mehr als wett gemacht werden. Die Fixflächen 17 bilden nämlich dann eine lange Barriere gegen die vorherrschende Westwindrichtung. Diese beschleunigt die Windgeschwindigkeit, so daß die WEK′s im Mittel eine höhere Leistungsausbeute liefern.

Dieser Effekt verbessert bei allen erfindungsgemäß vorgeschlagenen VEK′s mit WEK′s auf dem Mast die Windleistungsausbeute in unter schidlichem Maß.

Fig. 13 gibt eine gänzlich mit Fixflächen überdachende Version einer VEK-Anlage wieder, die für Nord-Süd-Verkehrswege bei etwa 15% Wirkungsgradverlust gleichwohl eine maximale Flächenausbeute für den überdachten Straßengrundriß bei hervorragender Statik bietet.

Der (schräge) Mast eines VEK I, das den Verkehrsweg 25 überspannt, ist mit 3 Stützen 2,I zu den Straßenseiten abgestrebt, genauso ein anschließendes VEK II. Beide VEK′s sind durch die Zwischen stütze 19 miteinander verbunden. Erfindungsgemäß sind nun pro Straßenseite die Flächen zwischen allen Stützen mit Fixflächen belegt, so daß eine geschlossene Struktur entsteht. Zur Belüftung und Tageslicht-Durchlässigkeit wird einerseits mittels einer abschließenden Querstrebe 15 eine Bodenfreiheit h gewährleistet, andererseits ist die Zwischenstütze 19 als Fachwerk ausgebildet luft/lichtdurchlässig gestaltet und teilweise überdeckt von einer durchgehenden aber seitlich noch luftdurchlässigen Milch glashaube 26.

Auch im Beispiel der Fig. 13 seien zur Eliminierung temperatur bedingter Verwerfungen die Zwischenstützen 19 und die Zwischen strebe 20 axial verschieblich befestigt.

Fig. 14 zeigt eine einfache Anwendung der Erfindung mit VEK′s I, II, II, IV usw. angeordnet entlang einer Landstraße. Die Integration mit der Straßenfläche ist hier nicht gegeben, die einzelnen VEK′s stehen gerade da, wo sich neben der Straße Platz bietet.

Der einzelne VEK liefert Strom über einen WEK 4 und eine SEK 7, welcher über den vom Mast getragenen Verkehrsweg "Stromleitung" 16 in eine alle VEK′s zusammenfassende Verbundleitung einspeist, die auch mit sonstigen örtlichen Stromnetzen 28 verbunden sein kann.

Der VEK-Strom wird wenigstens teilweise dazu verwendet, die elektrische Energie bereitzustellen, welche Elektroautos 18 aus der Solartankstelle 27 beziehen. Wird von der Solartankstelle keine Energie abgerufen, können die VEK′s in das lokale Strom netz 28 einspeisen. Im Gegenzug kann die Solartankstelle 27 eine Zusatzleistung aus dem lokalen Stromnetz erhalten, wenn sie mehr Leistung abruft, als die VEK′s aktuell liefern. (Anspr. 15)

Bezugszeichenliste

1 Mast, Turm
2 Stütze
3 Drehstütze
4 Windenergiekonverter, WEK
5 Seilzug
6 Boden, Fundament
7 Solarenergiekonverterfläche, SEK
8 Drehfläche
9 Sonne
10 Sonnenstrahlen
11 Solarturmreceiver
12 Heliostat
13 Gebäude, Bauwerk, Kesselhaus
14 Dach
15 Querstreben
16 Stromleitung
17 Fixflächen
18 Elektroauto
19 Zwischenstütze
20 Zwischenstrebe
21 Straße
22 Steckdose
23 Eisenbahntrasse
24 Verkehrsinsel
25 Verkehrsweg
26 Milchglashaube
27 Solartankstelle
28 lokales Stromnetz
I, II, III, IV Bezeichnung für Verbundenergiekonverter-Einheit
h Bodenfreiheit
N Nordrichtung
S Südrichtung
WEK = Windenergiekonverter
VEK = Verbund-Energiekonverter
ε = Elevationswinkel.

Claims

1. Verbund-Energiekonverter zur Nutzung von Solarenergie, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Mast sonstige Energiekonverter trägt (z. B. einen Windenergiekonverter und/oder einen Solarturmreceiver und/oder einen Wasserspeicher und/oder einen Schornstein und/oder andere Energiekonverter)

und/oder Energietransportwege - nachfolgend pauschal "Verkehrswege" genannt - trägt und/oder überspannt bezw. dazu beiträgt
(z. B. Strom-/Gas-/Wasser-/Ölleitungen, Straßen, Parkplätze, Wasserstraßen, Eisenbahn trassen)
und/oder andere Verbund-Energiekonverter stützt, und daß

b) dieser Mast durch eine oder mehrere strahlenförmig von ihm weglaufende Stützen/ Seile zum Boden/Funda ment hin abgestrebt ist,
wobei eine dem Sonnenstand nachführbare Solarener giekonverterfläche, die "Drehfläche" dergestalt auf oder entlang einer der Stützen, der "Drehstütze", befestigt ist, daß sie um deren Längsachse dreh bar ist.

2. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfläche quadratische Form hat und entlang einer ihrer Diagonalen auf der Drehstütze befestigt ist.

3. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfläche durch Seilzüge gedreht wird, die zwischen dem Fundamentbereich und dem Drehachsen-fernen Randbereich der Drehfläche verlaufen.

4. Nebenanspruch
Verbund-Energiekonverter zur Nutzung von Solarenergie, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mast, der sonstige nach Anspruch 1a) definierte Energiekonverter/Verkehrswege trägt, stützt oder überspannt,
durch eine oder mehrere strahlenförmig von ihm weglaufen de Stützen zum Boden/Fundament oder zur Seite hin abgestrebt ist,
wobei auf der durch (je) 2 Stützen oder je eine Stütze und den Mast gebildeten Fläche Solarenergiekonverterflächen, nachfolgend "Fixflächen" genannt, befestigt sind.

5. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stützen durch Streben/Seile, nachfolgend pauschal "Querstreben" genannt, miteinander oder mit dem Mast verbunden sind.

6. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bestehende Verankerungspunkte von Mast und Stützen am Boden/Fundament sich auf dem Umriß eines gleichseitigen Dreiecks näherungsweise befinden.

7. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund-Energiekonverter einen Verkehrsweg trägt oder überspannt, wobei die Verankerungspunkte von Mast und Stütze(n) am Boden/Fundament sich an beiden Seiten des Verkehrswegs befinden.

8. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund-Energiekonverter einen Verkehrsweg trägt und/oder überspannt, wobei die Verankerungspunkte von Mast und Stütze(n) am Boden/Fundament sich entweder alle auf Verkehrsinseln befinden oder sowohl auf Verkehrsinseln als auch an einer oder beiden Seiten des Verkehrswegs.

9. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstütze, bezw. die gemittelte Richtung der Fixflächen-Fallinien wenigsten näherungsweise nach Süden (auf der Südhalbkugel nach Norden) weist.

10. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Masten mehrerer Verbund-Energiekonverter durch "Zwischenstützen" miteinander verbunden sind und/oder daß Stützen, die von Masten unterschiedlicher Verbund- Energiekonverter ausgehen, durch "Zwischenstreben" miteinander verbunden sind,
wobei Fixflächen (auch) auf den Flächen befestigt sind, welche eine Zwischenstütze mit anderen Stützen oder Masten bildet und/oder welche die Zwischenstreben mit anderen Stützen bilden.

11. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstützen und/oder Zwischenstreben zum Ausgleich von Wärmespannungen axial verschieblich befestigt sind.

12. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixflächen nicht bis zum Boden reichen, sondern z. B. an einer im gewünschten Bodenabstand h verlaufenden Quer/Zwi schenstrebe oder Zwischenstütze abschließend befestigt sind.

13. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dort, wo verschiedene Fixflächen dachfirstartig aneinanderstoßen, der "Dachfirst" luft-/lichtdurchlässig gestaltet wird, indem z. B. in einem gewünschten Abstand zum Dachfirst eine Stütze oder Zwischenstrebe verläuft, an welcher die Fixflächen abschließend befestigt sind oder indem die den Dachfirst bildende Stütze oder Zwischen stütze fachwerkartig gestaltet ist, wobei die Fixflächen dergestalt abschließend darauf befestigt sind, daß die gewünschten Luft/Lichtöffnungen erhalten bleiben.

14. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen und Streben auch Haltestruktur und/oder Begrenzung eines am Boden angeordneten Bauwerks sind.

15. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische, thermische, chemische, potentielle oder sonstige Energie nicht nur erzeugt wird, sondern auch über Leitungen, Fahrzeuge oder in sonstiger Form empfangen und/oder fortgeleitet wird und/oder daß der Überschuß durch Entnahme oder Speicherung oder in sonstiger Form abgegeben wird.

16. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbund-Energiekonverter benachbart in einer Energie-Farm angeordnet sind.

17. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbund-Energiekonverter entlang einer Linie angeordnet sind.

18. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Verbund-Energiekonverter entlang einem Verkehrsweg oder entlang einer sonstigen Energie umsetzenden Strecke angeordnet sind.

19. Verbund-Energiekonverter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verbund-Energiekonverter erzeugte Energie die Verkehrs-Bewegung bewirkt und/oder die in der Verkehrs-Bewegung entstehenden Energieverluste ersetzt.