WO2012175138A1 - Schwimmfähige tragstruktur für eine solareinheit einer solaranlage und solaranlage - Google Patents

Schwimmfähige tragstruktur für eine solareinheit einer solaranlage und solaranlage Download PDF

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solar
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buoyancy
solar system
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Josef Peter Kurath-Grollmann
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Staubli, Kurath & Partner Ag
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a buoyant
  • Support structure for a solar unit of a solar system is provided.
  • the invention relates to a buoyant
  • EP2299499 AI a floating on a reservoir solar system with several modules coupled to each other and with
  • the modules each have a floating body as buoyant support structure, which the photovoltaic elements above the water surface of the
  • Bear reservoir As a float floating skids are used as in seaplanes, hollow cylinders or closed-porous foam elements.
  • the object of the present invention is to provide an improved buoyant support structure for such
  • the present invention relates to a buoyant support structure for a solar unit of a solar system.
  • the support structure on at least one buoyant body and a spacer connected thereto for attachment of the solar unit.
  • the support structure has a load compensation device for
  • the load balancing device is a
  • Control and / or regulating device which causes the buoyant body of the support structure when wearing the
  • the term "solar Anläge” is a device to understand, which converts the energy of sunlight into a technically usable form.
  • the solar system for energy conversion comprises a solar unit or a plurality of separate solar units and a
  • Support structure for attachment or for carrying this
  • the solar unit is a photovoltaic unit, which converts sunlight directly into electrical energy and thus serves the direct power generation.
  • the photovoltaic unit is constructed, for example, from a large number of interconnected solar cells, that is to say from a series of silicon-based disks or fragments thereof. In these solar cells, the actual conversion of solar energy takes place
  • the solar unit is a sunlight collector Sunlight is converted into heat energy, so for example, heated a fluid such as water or air and then heat energy for further use
  • the heat energy can be used, for example, for heating or for the indirect production of electrical energy.
  • buoyancy body is that part of the inventive support structure to understand that the essential part of carrying the solar unit
  • Distance support can certainly also produce a certain buoyancy, for example, if this includes hollow tubes, the spacer is not for
  • buoyancy as the spacer another function, namely ensuring a distance, met.
  • the contribution of buoyancy is Spacer to the entire buoyancy of
  • Weight supporting structure 0.2-0.3 kN / m2 0.2-0.3 kN / m2
  • the maximum load is the total weight of the supporting structure together with the solar unit and including a maximum allowable additional load, for example a maximum
  • the maximum load does not include the weight of the
  • Buoyancy body designed such that this carries about 101% to about 150%, in particular about 105%, the maximum load.
  • the load balance is achieved by filling or emptying a quantity of water whose weight is about 2% to about 80%, in particular about 10%, the maximum load
  • water surface is to be understood as any type of body of water, for example, a standing one or one
  • Water surface is called water surface.
  • Support structure a very cost-effective structure and a very economical operation. This is particularly advantageous for solar systems, so that competitive prices are achieved with the solar-technologically produced electrical energy.
  • the support structure according to the invention allows a reliable, stable and robust carrying of the
  • Solar system can be achieved. Elaborate and costly constructions for accessing the solar system, such as webs or grates for maintenance personnel, eliminated.
  • the support structure according to the invention is particularly resistant to ice formation for at least one of the following reasons:
  • the spacer is in direct contact with the air and is heated by the air if it is warm enough.
  • the spacer is heated by the buoyant body, which is always submerged in at least 4 ° C warm water.
  • the spacer can be an additional
  • Hei zVoroplasty have, for example, at the localized penetration points of
  • the spacer can be an additional
  • inventive support structure particularly suitable for extreme environmental conditions, for example, high altitude reservoirs and / or cold areas.
  • claimed support structure claimed water surface largely intact, so that animals such as water birds or
  • the buoyant body can also be used for the formation of ecological shallow water areas, for example by on the water surface
  • buoyant body gravel, sand or aquatic plants are applied.
  • the support structure according to the invention or a solar system with the support structure according to the invention is barely perceived by observers on the bank of the water surface, since a large part of the installation is arranged under water and thus largely invisible. Thus, an aesthetically satisfactory solution is achieved. Furthermore, the solution according to the invention can be advantageously integrated into existing hydraulic structures such as port facilities,
  • Breakwater, weirs etc. are combined.
  • the support structure according to the invention can assume the function of a breakwater, since the buoyancy body arranged under water acts in a damping manner on the wave motions that run over the buoyancy body.
  • the buoyant body is a hollow body, in particular a tube or a barrel.
  • the support structure can be constructed with inexpensive and standardized components.
  • the axis of the tube is in
  • the buoyant body may also be in the form of a buoy or a ball.
  • buoyancy body in particular by means of
  • the buoyancy body is a hollow body with an inner width of at least about 1 m and / or with a wall material of: 1 to 10 mm, in particular about 4 to about 5 mm steel,
  • the buoyancy body is a pipe having an inner diameter of at least about 1 m.
  • the buoyancy body is a hollow body with an internal height of at least about 1.5 m, in particular at least about 2 m. As a result, the tube is accessible, so that maintenance is easier.
  • the buoyancy body has a relation to the atmosphere increased internal pressure. This can be at the same
  • the load-balancing device has at least one valve and / or at least one pump.
  • an additional burden on the solar system weight such as the load of snow and / or ice as well as a wind can be effectively compensated by an exchange of water or air.
  • the load-balancing device also includes optionally required additional components such as measuring instruments, electric motors, a power supply or a
  • the spacer has a first side to
  • the spacer has at least one, in particular substantially perpendicular to the water surface and / or the buoyancy arranged support in the form of a
  • Hollow body in particular a pipe, on.
  • the water surface is only slightly affected.
  • the attack surface of the environmental influences is on the support structure, for example, the influence of ice or the swell, extremely low.
  • the distance formed by the spacer is:
  • the length or height of the spacer is
  • This distance can damage the solar system by thick layers of ice, for example, about 1 m, and / or high snowpacks, for example, about 2 m, be avoided.
  • the specific weight of the support structure is greater than or equal to a predetermined minimum value, in particular greater than or equal to 1000 N / m3, more particularly greater than or equal to 6000 N / m3. This ensures that the
  • Float is always below the water surface when used on the water surface, so that
  • the spacer has at least one of the following:
  • a heating element for heating the spacer, or a device for blowing out air.
  • the present invention relates to a solar system with an inventive support structure or a design thereof and with a, in particular photovoltaic, solar unit, which is mounted on the support structure.
  • the solar unit has a width of
  • the distance between the solar unit and the buoyant body is at least about 3 m, in particular at least about 5 m. This distance is the
  • Support structure especially for thick layers of ice and / or Snow cover suitable, for example, a layer of ice of 1 m and a snow cover of 2 m. This will ensure reliable operation even under difficult conditions
  • the surface load of the solar unit on the supporting structure is at most 1.2 kN / m 2, in particular
  • the solar unit has one or more, in particular fixedly mounted or rotatably mounted, solar elements.
  • the energy production of the solar unit can be divided into several easy-to-use and inexpensive smaller areas.
  • the solar unit has a plurality of solar elements with a plurality of closely adjacent subunits, wherein in particular the interstices of the subunits have a maximum spacing of 400 mm, more particularly a maximum of 200 mm.
  • the gaps are minimized and achieved a high degree of utilization of the available area. Maintenance work can be done by one Floating platform will be carried out, unproductive webs and / or grates at the expense of
  • Solar elements mounted the individual solar elements for mounting in a common frame and / or electrically interconnected.
  • the solar unit has a device for changing the angle of inclination of the solar active surface of the solar unit, in particular of the solar elements. This allows the angle of inclination to prevail
  • an inclination angle of 47 ° and a pitch angle of at least 60 ° are set in snowfall, so that the deposition of snow on the solar active surface of the solar unit is avoided.
  • the solar active area is that area of the solar unit which is directed upward by the sunlight to be converted
  • the angle of inclination during normal operation can correspond to the angle of the incident sunrays
  • Efficiency of energy conversion is achieved.
  • the individual solar elements are mechanically coupled together for the common adjustment of the angle of inclination.
  • the solar system has a device for vertical positioning of the solar system or its support structure, in particular at least one of
  • the support structure at least one, in particular two or more, movably arranged additional floating bodies, or
  • the vertical position of the support structure can be adjusted and / or kept under control.
  • one or more weight stones at the bottom of the water surface and an associated rope is used for anchoring. It takes over the weight or the stones 2% to 80%, in particular 10%, the
  • Additional floating rope used. This will provide sufficient flexibility and ruggedness in ice formation reached. In ice formation, the additional floating bodies lie on the ice surface or freeze.
  • Solar unit or attached to the support structure, in particular on the at least one buoyant body or on transverse struts between two buoyancy bodies.
  • the additional floating bodies have a stabilizing effect on the solar system by absorbing differential loads.
  • Additional floating bodies can change the vertical position of the
  • the vertical position of the support structure can be manually set or adjusted and automatically controlled and / or regulated, for example by means of a control and / or regulating device.
  • a manual adjustment allows lifting the
  • Support structure for maintenance or automatic control allows adjustments during operation
  • the spacer In the opposite case, ie at a too low vertical position of the spacer in the water, the spacer generates an increased buoyancy, so that the spacer and thus the support structure is raised. Consequently, a stable vertical positioning of the support structure is achieved with the spacer.
  • the vertical position can be changed by a change in the weight of the spacer, for example by adding or removing ballast.
  • Spacer Weight Change A pump that pumps water from the water surface into or out of the standoff.
  • the device for positioning the distance of the buoyant body from the water surface adjustable in particular to at least about I m, more particularly at least about 2 m. This always becomes one
  • the device for positioning the distance of the upper end of the spacer from the water surface adjustable in particular to at least 1 m, more preferably at least 1.5 m. This will be the Solar unit under controlled conditions and thus reliably carried above the water surface.
  • the latter has a multiplicity of, in particular in each case identically constructed, and / or arranged next to one another to form a field and / or in each case autonomously
  • the solar system can be flexibly adapted to the given
  • the individual modules in particular fixed or movable, can be coupled to one another.
  • these modules can be maintained and / or replaced as compact individual units.
  • Embodiments or combinations of combinations may be the subject of a further combination. Only those combinations are excluded that would lead to a contradiction.
  • Fig. 1 is a schematically simplified illustration of a
  • Fig. 2 is a simplified schematic representation of others
  • Fig. 4 is a detail view of the rotatable mounting of a
  • Fig. 5 is a simplified perspective view
  • FIG. 1 a solar system 1 according to the invention as shown in FIG. 1, but divided into modules each having about 100 solar elements.
  • Fig. 1 shows a schematically simplified representation of an embodiment of the inventive
  • the Solar system 1 which floats on a water surface whose surface forms a water surface 20.
  • the Solar system 1 comprises a buoyant support structure 10, on which a solar unit 30 is mounted.
  • the solar unit 30 includes a frame 34 and three
  • Photovoltaic elements 32 as solar elements. Usually, however, a much larger number of photovoltaic elements 32 is used.
  • the photovoltaic elements 32 have a planar, still directed solar active surface.
  • the photovoltaic elements 32 as described in Fig. 4, rotatably mounted on the frame 34 (not shown).
  • the support structure 10 comprises two buoyancy tubes 12, which form a buoyant body, and two spacer tubes 14 as supports, which provide a spacer between the buoyancy tubes 12, which form a buoyant body, and two spacer tubes 14 as supports, which provide a spacer between the buoyancy tubes 12, which form a buoyant body, and two spacer tubes 14 as supports, which provide a spacer between the buoyancy tubes 12, which form a buoyant body, and two spacer tubes 14 as supports, which provide a spacer between the
  • the spacer tubes 14 each have a first side for attachment of the frame 34 and a first side opposite the second side, which with the
  • Buoyancy tube 12 is connected.
  • the spacer tubes 14 are arranged substantially perpendicular to the buoyancy tube 12 and substantially perpendicular to the frame 34 of the solar unit 30 and perpendicular to the water surface 20. By the spacer tubes 14, the distance between the solar unit 30 and the frame of the
  • Solar unit 30 and the buoyant tubes 12 given, namely by the length of the spacer tubes 14.
  • the length of the spacer tubes 14 In this Example is the length of the spacer tube 14 and thus the predetermined distance about 3 m.
  • the buoyancy tube 12 has a diameter of about 1 m with a wall thickness of about 3 mm and the
  • Distance tube 14 has a diameter of about 0.3 m with a wall thickness of about 5.6 mm, wherein the wall material in this embodiment is stainless steel.
  • the support structure 10 is able to carry a solar unit with a width of about 16 m and a length of about 50 m on the water surface.
  • the support structure 10 is formed such that when it is
  • the buoyancy tube 12 is completely submerged below the surface 20 of the water surface and the solar unit 30 is supported by means of the spacer 14 above the water surface 20.
  • this training is achieved by the above-mentioned dimensioning and material composition of the support structure 10.
  • the support structure 10 comprises a
  • Load balancing device 46 in the form of two valves and associated pumps (not shown) to air and / or water in the two buoyancy tubes 12 to
  • the load balancing device 46 serves for
  • Buoyancy tubes 12 are regulated.
  • the support structure 10 comprises a device for positioning the solar system (1) in the form of two
  • Weight stones 40 and two ropes 42 which together form an anchorage to anchor the support structure 10 at the bottom of the water surface. By this anchoring the support structure 10 against the buoyancy of the
  • Support structure 10 from the bottom of the water surface shortened or extended by means of one or more winches (not shown).
  • the anchoring therefore acts as a control and / or regulating device with the distance of the Buoyancy tube 12 of the water surface 20 is adjustable. In this example, this distance or the
  • Spacer 14 can be adjusted from the water surface 20 to a predetermined value.
  • FIG. 2 shows a schematically simplified illustration of further embodiments of the solar system 1 according to FIG. 1, without anchoring, however, with a single
  • Buoyancy body 12 for example in the form of a barrel or a buoy.
  • the solar unit 30 comprises a cable 33 for supporting the frame 34 of FIG.
  • the solar unit 30 includes two additional floating body 36, which on the
  • Additional floating bodies 36 float on the water surface 20 and, when lifted by their weight, respectively, produce a downward force which counteracts lifting. Due to the opposite effect of
  • Additional floating body 36 on the ice surface or freeze is added.
  • the spacer tube 14 is a device for vertically positioning the spacer tube 14
  • the vertical position can be adjusted by adding or removing water into the spacer tube 14 by means of a water pump (not shown).
  • FIG. 3 shows a cross section through a buoyancy tube 12 according to FIG. 1.
  • the buoyancy tube 12 is made of flat sheet with a wall thickness of 2 mm.
  • the buoyancy tube 12 comprises stiffeners in the form of three braced Ring parts 13, by which the wall is supported.
  • a bulkhead 11 (dashed lines) can be inserted into the buoyancy tube 12 and braced with the ring members 13.
  • the solar unit 30 comprises a cross member 35 and a linkage 36.
  • the cross member 35 serves to support the bearing on the frame 34 of the solar unit 30 (see FIG. Fig. 1).
  • the photovoltaic element 32 can be tilted about a horizontal axis with the aid of the linkage 36.
  • the photovoltaic element 32 can be mechanically adjusted (represented by a double arrow).
  • the angle of inclination is 47 ° (solid line), the angle of inclination being the angle of deviation of the photovoltaic element 32 from a horizontal plane.
  • the angle of inclination is 60 °
  • FIG. 5 shows a simplified perspective view of a solar system according to the invention according to FIG. 1, but divided into three modules with approximately 100 each
  • the three modules are identical in each case constructed, arranged side by side to a field and each autonomously operable.
  • each solar element 30 of the solar system is again in 10 subunits, in so-called

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Tragstruktur (10) für eine Solareinheit (30) einer Solaranlage (1), und eine Solaranlage (1) mit einer solchen Tragstruktur (10). Dabei weist die Tragstruktur (10) einen Auftriebskörper (12) und eine damit verbundene Abstandshalterung (14) zur Befestigung der Solareinheit (30) auf. Ausserdem weist die Tragstruktur (10) eine Lastausgleichsvorrichtung (46) auf zur Einstellung des Auftriebs des Auftriebskörpers (12) durch eine zumindest teilweise Füllung oder Entleerung des Auftriebskörpers (12).

Description

Schwimmfähige Tragstruktur für eine Solareinheit einer Solaranlage und Solaranlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine schwimmfähige
Tragstruktur für eine Solareinheit einer Solaranlage.
Ferner betrifft die Erfindung eine schwimmfähige
Solaranlage mit einer solchen Tragstruktur.
Die Anordnung von Solaranlagen auf Wasserflächen ist aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart
EP2299499 AI eine auf einem Stausee schwimmende Solaranlage mit mehreren aneinander gekoppelten Modulen und mit
Photovoltaik-Elementen . Die Module besitzen jeweils einen Schwimmkörper als schwimmfähige Tragstruktur, welche die Photovoltaik-Elemente oberhalb der Wasseroberfläche des
Stausees tragen. Als Schwimmkörper werden Schwimmkufe wie bei Wasserflugzeugen, Hohlzylinder oder geschlossen-porige Schaumstoffelemente eingesetzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte schwimmfähige Tragstruktur für derartige
Solaranlagen sowie eine verbesserte Solaranlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine schwimmfähige Tragstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer
Solaranlage gemäss dem zugehörigen Anspruch gelöst. Weitere erfindungsgemässe Ausführungen sind in den weiteren
Ansprüchen angegeben. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine schwimmfähige Tragstruktur für eine Solareinheit einer Solaranlage. Dabei weist die Tragstruktur mindestens einen Auftriebskörper und eine damit verbundene Abstandshalterung zur Befestigung der Solareinheit auf. Ausserdem weist die Tragstruktur eine Lastausgleichsvorrichtung auf zur
Einstellung des Auftriebs des Auftriebskorpers durch eine zumindest teilweise Füllung oder Entleerung des
Auftriebskörpers . Dadurch wird ein zuverlässiger
Lastausgleich der Solareinheit, insbesondere auch unter schwierigen Umweltbedingungen wie bei Schneelasten und/oder bei Eisbildung, erreicht.
Beispielsweise ist die Lastausgleichsvorrichtung eine
Steuer- und/oder Regelvorrichtung, welche bewirkt dass der Auftriebskörper der Tragstruktur beim Tragen der
Solareinheit vollständig unter die Oberfläche der
Wasserfläche eingetaucht und die Solareinheit wird mittels der Abstandshalterung oberhalb der Oberfläche der
Wasserfläche getragen.
Unter dem Begriff "Solaranläge" ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche die Energie des Sonnenlichts in technisch nutzbare Form umwandelt. Dabei umfasst die Solaranlage für die Energieumwandlung eine Solareinheit oder mehrere voneinander getrennte Solareinheiten sowie eine
Tragstruktur zur Befestigung bzw. zum Tragen dieser
Solareinheiten oder der Solareinheiten. Beispielsweise ist die Solareinheit eine Photovoltaik- Einheit, welche Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt und somit der unmittelbaren Stromerzeugung dient. Dabei ist die Photovoltaik-Einheit beispielsweise aus einer Vielzahl von zusammengeschalteten Solarzellen aufgebauten, das heisst aus einer Reihe von siliziumbasierten Scheiben oder Fragmenten davon. In diesen Solarzellen findet die eigentliche Umwandlung der Sonnenlichtenergie in
elektrische Energie statt.
Zum Beispiel ist die Solareinheit ein Sonnenlichtkollektor Dabei wird Sonnenlicht in Wärmeenergie umgewandelt, also beispielsweise ein Fluid wie Wasser oder Luft erwärmt und diese Wärmeenergie dann zur weiteren Verwendung
bereitgestellt. Die Wärmeenergie kann beispielsweise zum Heizen oder zur indirekten Produktion von elektrischer Energie genutzt werden.
Unter dem Begriff "Auftriebskörper" ist jener Teil der erfindungsgemässen Tragstruktur zu verstehen, der den wesentlichen Teil der zum Tragen der Solareinheit
benötigten Auftriebskraft erzeugt. Obwohl die
Abstandshalterung durchaus auch einen gewissen Auftrieb erzeugen kann, beispielsweise wenn diese hohle Rohre umfasst, ist die Abstandshalterung nicht zum
Auftriebskörper zuzurechnen, da die Abstandshalterung eine andere Funktion, nämlich die Gewährleistung eines Abstands, erfüllt. Insbesondere ist der Beitrag des Auftriebs der Abstandshalterung zum gesamten Auftrieb der
erfindungsgemässen Tragstruktur kleiner als 20%
insbesondere kleiner als 10%o ·
Beispielsweise ergeben sich folgende Werte:
Flachland Gebirge
Gewicht Tragstruktur 0.2-0.3 kN/m2 0.2-0.3 kN/m2
Gewicht Solarelemente 0.2-0.3 kN/m2 0.2-0.3 kN/m2
Zusatzlast Schnee/Eis 0.3-1.2 kN/m2 7-8 kN/m2
Die Maximallast ist das Gesamtgewicht der Tragstruktur zusammen mit der Solareinheit und inklusive einer maximal zulässigen Zusatzlast, zum Beispiel einer maximal
zulässigen Last, welche sich durch Ablagerung von Eis und/oder Schnee oder durch die Einwirkung von Wind ergibt. Die Maximallast umfasst jedoch nicht das Gewicht des
Wassers zum Lastausgleich. Beispielsweise ist der
Auftriebskörper derart ausgebildet, dass dieser ca. 101% bis ca. 150%, insbesondere ca. 105 %, der Maximallast trägt .
Beispielsweise wird der Lastausgleich durch Füllung oder Entleerung einer Wassermenge erreicht, deren Gewicht ca. 2% bis ca. 80%, insbesondere ca. 10 %, der Maximallast
beträgt . Unter dem Begriff "Wasserfläche" ist jede Art von Gewässer zu verstehen, beispielsweise ein stehendes oder ein
fliessendes Gewässer, ein See, ein Staubecken, ein
Küstengewässer oder das Meer. Die Oberfläche dieser
Wasserfläche wird als Wasseroberfläche bezeichnet.
Überraschenderweise erlaubt die erfindungsgemässe
Tragstruktur, einen sehr kostengünstigen Aufbau und einen äusserst wirtschaftlich Betrieb. Dies ist besonders vorteilhaft für Solaranlagen, damit mit der solartechnisch produzierten elektrischen Energie konkurrenzfähige Preise erzielt werden.
Insbesondere erlaubt die erfindungsgemässe Tragstruktur ein zuverlässiges, stabiles und robustes Tragen der
Solareinheit über der Wasseroberfläche, selbst unter schwierigsten Umweltbedingungen wie starke Eisbildung, schwere Schneelasten oder starker Wellengang. Dies wird ermöglicht durch die Anordnung des Auftriebskorpers unter der Wasseroberfläche, sodass der Auftriebskörper und damit das Fundament der Solaranlage weitgehend von diesen
Umwelteinflüssen isoliert ist.
Durch die erfindungsgemässe Tragstruktur ist die
Solaranlage von der Wasseroberfläche aus zugänglich. Somit können Montage-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten von einer schwimmenden Arbeitsplattform aus, beispielsweise einem Boot oder einem Floss, durchführt werden. Dazu kann die schwimmende Arbeitsplattform mit dem benötigten Material und nötigen Werkzeugen auf dem Wasser unter den
Solareinheiten hindurch bewegt werden und die Montage-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten vorgenommen werden. Somit kann eine kostengünstige und einfache Wartung der
Solaranlage erreicht werden. Aufwändige und kostspielige Konstruktionen zur Begehbarmachung der Solaranlage, wie Stege oder Roste für das Wartungspersonal, entfallen.
Die erfindungsgemässe Tragstruktur ist aus mindestens einem der folgenden Gründe besonders widerstandsfähig gegenüber Eisbildung :
a) Die Abstandshalterung steht im direkten Kontakt mit der Luft und wird durch die Luft erwärmt, falls diese genügend warm ist.
b) Die Abstandshalterung wird über den Auftriebskorper erwärmt, der stets in mindestens 4° C warmem Wasser eingetaucht ist.
c) Durch die ständige Auf- und Ab-Bewegung entlang der Abstandshalterung wird allfällig vorhandenes Eis aufgebrochen .
d) Die Abstandshalterung kann eine zusätzliche
Hei zVorrichtung aufweisen, zum Beispiel bei den örtlich begrenzten Durchdringungsstellen der
Abstandshalterung durch die Wasseroberfläche.
e) Die Abstandshalterung kann eine zusätzliche
Vorrichtung zum Produzieren von Luftblasen aufweisen, zum Beispiel bei den örtlich begrenzten
Durchdringungsstellen der Abstandshalterung durch die Wasseroberfläche .
Durch diese hohe Widerstandsfähigkeit ist die
erfindungsgemässe Tragstruktur besonders geeignet für extreme Umweltbedingungen, beispielsweise hoch gelegene Stauseen und/oder kalte Gegenden.
Durch die erfindungsgemässe Tragstruktur wird die
Wasseroberfläche lediglich durch die Abstandshalterung beeinflusst, nicht jedoch, oder nur in geringem Mass, durch den Auftriebskörper . Somit bleibt die von der
erfindungsgemässen Tragstruktur beanspruchte Wasserfläche weitgehend intakt, so dass Tiere wie Wasservögel oder
Frösche nicht oder nur geringfügig gestört werden. Dadurch wird auch eine ökologisch gut verträgliche Lösung erreicht. Gegebenenfalls kann der Auftriebskörper auch zur Bildung von ökologischen Flachwasserbereichen verwendet werden, beispielsweise indem auf der der Wasseroberfläche
zugewandten Seite des Auftriebskörpers Kies, Sand oder Wasserpflanzen aufgebracht werden.
Des Weiteren wird die erfindungsgemässe Tragstruktur bzw. eine Solaranlage mit der erfindungsgemässen Tragstruktur von Betrachtern am Ufer der Wasserfläche kaum wahrgenommen, da ein grosser Teil der Anlage unter Wasser angeordnet und damit weitgehend unsichtbar ist. Somit wird auch eine ästhetisch befriedigende Lösung erreicht. Ferner kann die erfindungsgemässe Lösung auf vorteilhafte Weise in bestehende Wasserbauten wie Hafenanlagen,
Wellenbrecher, Wehre etc. kombiniert werden. Insbesondere kann die erfindungsgemässe Tragstruktur die Funktion eines Wellenbrechers übernehmen, da der unter Wasser angeordnete Auftriebskörper dämpfend auf die über den Auftriebskörper laufenden Wellenbewegungen wirkt. Durch diese
Mehrfachfunktion kann die Solaranlage mit geringem
Mehraufwand und damit äusserst kostengünstig realisiert werden .
In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Auftriebskörper ein Hohlkörper, insbesondere ein Rohr oder eine Tonne. Dadurch kann die Tragstruktur mit kostengünstigen und standardisierten Bauteilen aufgebaut werden. Beispielsweise ist die Achse des Rohrs im
Wesentlichen parallel zur Wasseroberfläche oder die Achse der Tonne im Wesentlichen senkrecht zur Wasseroberfläche angeordnet. Der Auftriebskörper kann auch in Form einer Boje oder einer Kugel, ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Auftriebskörper , insbesondere mittels
Dimensionierung und/oder Materialzusammensetzung, derart ausgebildet, dass beim Tragen der Solareinheit auf der Wasserfläche die vom Auftriebskörper erzeugte
Auftriebskraft pro Volumeneinheit der Solareinheit einen vorgegeben Minimalwert übersteigt. In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Auftriebskorper ein Hohlkörper mit einer Innenweite von mindestens ca. I m und/oder mit einem Wandmaterial von: - 1 bis 10 mm, insbesondere ca. 4 bis ca. 5 mm Stahl,
- ca. 3 bis ca. 20 mm Polymer, insbesondere Glasfaser- Kunststoff, oder
- 25 bis 100 mm, insbesondere ca. 50 mm Beton.
Dadurch wird ein leicht herstellbarer, stabiler und
kostengünstiger Aufbau des Auftriebskorpers erreicht, insbesondere bei Verwendung von Glasfaser-Kunststoff, also von GFK Material. Beispielweise ist der Auftriebskorper ein Rohr mit einem Innendurchmesser von mindestens ca. I m.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Auftriebskorper ein Hohlkörper mit einer Innenhöhe von mindestens ca. 1.5 m, insbesondere mindestens ca. 2 m. Dadurch ist das Rohr begehbar, so dass Wartungsarbeiten erleichtert sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Auftriebskorper einen gegenüber der Atmosphäre erhöhten Innendruck auf. Dadurch kann bei gleicher
Festigkeit Material bei dem Auftriebskorper eingespart werden. In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Lastausgleichsvorrichtung mindestens ein Ventil und/oder mindestens eine Pumpe auf. Dadurch kann ein zusätzlich auf der Solaranlage lastendes Gewicht wie die Last von Schnee- und/oder Eis als auch eine Windeinwirkung wirkungsvoll durch einen Austausch von Wasser oder Luft ausgeglichen werden. Durch die Verwendung des bereits vorhandenen Wassers zum Fluten wird ein kostengünstiger Aufbau und/oder Betrieb der Solaranlage erreicht. Dabei umfasst die Lastausgleichsvorrichtung auch gegebenenfalls benötigte zusätzliche Komponenten wie Messinstrumente, Elektromotoren, eine Stromversorgung oder eine
Signalverarbeitungseinheit .
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Abstandshalterung eine erste Seite zur
Befestigung der Solareinheit und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf, welche mit dem
Auftriebskörper verbunden ist. Dadurch wird ein einfach strukturierter und kostengünstiger Aufbau erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Abstandshalterung mindestens eine, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Wasseroberfläche und/oder zum Auftriebskörper angeordnete Stütze in Form eines
Hohlkörpers, insbesondere eines Rohres, auf. Dadurch wird die Wasseroberfläche lediglich in geringem Mass tangiert. Somit ist auch die Angriffsfläche der Umwelteinflüsse auf die Tragstruktur, zum Beispiel der Einfluss von Eisbildung oder der Wellengang, äusserst gering.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der von der Abstandshalterung gebildete Abstand:
a) ein fester Abstand, oder
b) veränderbar und/oder einstellbar.
Dadurch wird eine hohe Stabilität und/oder ein hohes Mass an Flexibilität zur Anpassung an die verschiedensten Betriebsbedingungen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Länge oder die Höhe der Abstandshalterung
mindestens ca. 3 m, insbesondere mindestens ca. 5 m. Durch diesen Abstand können Beschädigungen der Solaranlage durch dicke Eisschichten, zum Beispiel ca. 1 m, und/oder hohe Schneedecken, zum Beispiel ca. 2 m, vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das spezifische Gewicht der Tragstruktur grösser oder gleich einem vorgegeben Minimalwert, insbesondere grösser oder gleich 1000 N/m3, weiter insbesondere grösser oder gleich 6000 N/m3. Dadurch wird erreicht, dass der
Auftriebskörper beim Einsatz auf der Wasserfläche stets unterhalb der Wasseroberfläche liegt, so dass
Beschädigungen der Solaranlage durch Eisbildung stark reduziert oder völlig vermieden werden. In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Abstandshalterung mindestens eines der Folgenden auf :
- ein Heizelement zum Beheizen der Abstandshalterung, oder - eine Vorrichtung zum Ausblasen von Luft.
Dadurch wird ein Vereisen und damit eine Schädigung der Tragstruktur durch Vereisung auch unter Extremsituationen verhindert .
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Solaranlage mit einer erfindungsgemässen Tragstruktur oder einer deren Ausgestaltung und mit einer, insbesondere photovoltaischen, Solareinheit, welche auf der Tragstruktur befestigt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage weist die Solareinheit eine Breite von
mindestens ca. 8 m und/oder eine Länge von mindestens ca. 25 m, insbesondere eine Breite von mindestens ca. 16 m und/oder eine Länge von mindestens ca. 50 m, auf. Durch diese Grössen wird eine besonders kostengünstige
Energieproduktion erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage ist der Abstand zwischen der Solareinheit und dem Auftriebskörper mindestens ca. 3 m, insbesondere mindestens ca. 5 m. Durch diesen Abstand ist die
Tragstruktur besonders für dicke Eisschichten und/oder Schneedecken geeignet, beispielsweise eine Eisschicht von 1 m und eine Schneedecke von 2 m. Dadurch wird auch unter schwierigen Bedingungen ein zuverlässiger Betrieb der
Solaranlage erreicht, insbesondere ein Ganz ahresbetrieb und/oder ein Betrieb in hohen Gebirgslagen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage ist die Flächenbelastung der Solareinheit auf die Tragstruktur höchstens 1.2 kN/m2, insbesondere
höchstens 0.3 kN/m2. Dadurch wird ein im Verhältnis zu den Kosten der Solarelemente kostengünstiger Aufbau der
Solaranlage erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Solareinheit eine oder mehrere, insbesondere fest montierte oder drehbar gelagerte, Solarelemente auf.
Dadurch kann die Energieproduktion der Solareinheit auf mehrere leicht zu handhabende und kostengünstige kleinere Flächen aufgeteilt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage weist die Solareinheit mehrere Solarelemente mit mehreren eng benachbarten Untereinheiten auf, wobei insbesondere die Zwischenräume der Untereinheiten einen Abstand von maximal 400 mm, weiter insbesondere maximal 200 mm aufweisen. Dadurch werden die Zwischenräume minimiert und ein hoher Nutzungsgrad der zur Verfügung stehenden Fläche erreicht. Wartungsarbeiten können von einer schwimmenden Plattform aus durchgeführt werden, unproduktive Stege und/oder Roste zu Lasten der
solaraktiven Fläche werden vermieden.
Beispielsweise sind bei einer Solareinheit mit mehreren
Solarelementen die einzelnen Solarelemente zur Befestigung in einem gemeinsamen Rahmen montiert und/oder elektrisch zusammengeschaltet .
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage weist die Solareinheit eine Vorrichtung zur Änderung des Neigungswinkels der solaraktiven Fläche der Solareinheit, insbesondere der Solarelemente, auf. Dadurch kann der Neigungswinkel an die vorherrschenden
Umweltbedingungen angepasst werden. Beispielsweise kann bei Normalbetrieb ein Neigungswinkel von 47° und bei Schneefall ein Neigungswinkel von mindestens 60° eingestellt werden, so dass die Ablagerung von Schnee auf der solaraktiven Fläche der Solareinheit vermieden wird. Dabei ist die solaraktive Fläche, jene Fläche der Solareinheit die nach oben gerichtet ist um das umzuwandelnde Sonnenlicht
aufzunehmen .
Ausserdem kann der Neigungswinkel beim Normalbetrieb dem Winkel der einfallenden Sonnenstrahlen entsprechend
eingestellt werden, so dass dadurch ein höherer
Wirkungsgrad der Energieumsetzung erreicht wird. Beispielsweise sind bei einer Solareinheit mit mehreren Solarelementen die einzelnen Solarelemente zum gemeinsamen Verstellen des Neigungswinkels mechanische miteinander gekoppelt .
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage weist die Solaranlage eine Vorrichtung zur vertikalen Positionierung der Solaranlage oder deren Tragstruktur auf, insbesondere mindestens eines der
Folgenden auf:
- eine Vorrichtung zur Verankerung der Solaranlage,
insbesondere der Tragstruktur, - mindestens einen, insbesondere zwei oder mehr, beweglich angeordneten Zusatzschwimmkörper, oder
- eine Vorrichtung zur Gewichtveränderung der
Abstandshalterung, insbesondere eine Wasserpumpe.
Dadurch kann die vertikale Position der Tragstruktur eingestellt und/oder unter Kontrolle gehalten werden.
Beispielsweise wird zur Verankerung ein oder mehrere Gewichtssteine am Grund der Wasserfläche und ein damit verbundenes Seil verwendet. Dabei übernimmt der oder die Gewichtsteine 2% bis 80%, insbesondere 10%, der
Maximallast .
Beispielsweise werden zur beweglichen Anordnung der
Zusatzschwimmkörper Seile verwendet. Dadurch wird eine genügende Flexibilität und Robustheit bei Eisbildung erreicht. Bei Eisbildung liegen die Zusatzschwimmkörper auf der Eisfläche auf oder gefrieren ein.
Beispielsweise sind die Zusatzschwimmkörper an der
Solareinheit oder an der Tragstruktur, insbesondere an dem mindestens einen Auftriebskörper oder an Querstreben zwischen zwei Auftriebskörpern befestigt. Ausserdem wirken die Zusatzschwimmkörper stabilisierend auf die Solaranlage, indem sie Differenzlasten aufnehmen.
Sowohl bei der Verankerung wie auch bei den
Zusatzschwimmkörpern kann die vertikale Position der
Tragstruktur durch Änderung der wirksamen Länge der Seile eingestellt werden, indem die Seile verkürzt oder
verlängert werden, beispielsweise mittels einer oder mehrerer elektrisch angetriebener Seilwinden.
Die vertikale Position der Tragstruktur kann manuell vorgegeben oder eingestellt werden sowie automatisch gesteuert und/oder geregelt werden, zum Beispiel mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung. Beispielsweise ermöglicht eine manuelle Einstellung ein Anheben der
Tragstruktur für Wartungsarbeiten oder eine automatische Regelung erlaubt Justierungen während des Betriebs,
beispielweise bei Höhenänderungen der Wasseroberfläche, das heisst bei einer Variation des Wasserspiegels. Bei der Abstandshalterung bewirkt eine erhöhte vertikale Position der Abstandshalterung ein stärkeres Herausragen des oberen Endes der Abstandshalterung über die
Wasseroberfläche und damit einen reduzierten Auftrieb der Tragstruktur. Im entgegengesetzten Fall, also bei einer zu tiefen vertikalen Position der Abstandshalterung im Wasser, erzeugt die Abstandshalterung einen erhöhten Auftrieb, so dass die Abstandshalterung und damit die Tragstruktur angehoben wird. Folglich wird mit der Abstandshalterung eine stabile vertikale Positionierung der Tragstruktur erreicht. Dabei kann die vertikale Position durch eine Gewichtveränderung der Abstandshalterung, zum Beispiel durch Hinzufügen oder Wegnahme von Ballast, verändert werden. Beispielsweise ist die Vorrichtung zur
Gewichtveränderung der Abstandshalterung eine Pumpe, mit der Wasser der Wasserfläche in die Abstandshalterung hinein oder hinaus gepumpt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist mit der Vorrichtung zur Positionierung der Abstand des Auftriebskörpers von der Wasseroberfläche einstellbar, insbesondere auf mindestens ca. I m, weiter insbesondere auf mindestens ca. 2 m. Dadurch wird stets ein
kontrollierter Tiefgang der Tragstruktur erreicht.
Alternativ ist mit der Vorrichtung zur Positionierung der Abstand des oberen Endes der Abstandshalterung von der Wasseroberfläche einstellbar, insbesondere auf mindestens 1 m, weiter insbesondere mindestens 1.5 m. Dadurch wird die Solareinheit unter kontrollierten Bedingungen und damit zuverlässig oberhalb der Wasseroberfläche getragen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Solaranlage weist diese eine Vielzahl von, insbesondere jeweils gleichartig aufgebauten und/oder nebeneinander zu einem Feld angeordneten und/oder jeweils autonom
betreibbaren, Modulen auf. Dank diesem modularen Aufbau kann die Solaranlage flexibel an die gegebenen
Verhältnisse, zum Beispiel an die zur Verfügung stehende
Wasserfläche, angepasst werden. Dabei können die einzelnen Module, insbesondere fest oder beweglich, aneinander gekoppelt sein. Ausserdem können diese Module als kompakte individuelle Einheiten gewartet und/oder ausgetauscht werden.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede
Kombination der zuvor genannten Beispiele und
Ausführungsformen oder Kombinationen von Kombinationen Gegenstand einer weiteren Kombination sein können. Es werden nur jene Kombinationen ausgeschlossen, die zu einem Widerspruch führen würden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Solaranlage 1 mit einer schwimmfähigen Tragstruktur 10 durch welche die Solareinheit 30 auf einer Wasserfläche 20 getragen wird, wobei die Tragstruktur 10 zwei Auftriebsrohre 12 und Abstandsrohre 14 aufweist;
Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung weiterer
Ausführungsbeispiele der Solaranlage 1 gemäss Fig. 1, ohne Verankerung jedoch mit einem einzelnen Auftriebskörper 12 und mit Zusatzschwimmkörpern 36;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Auftriebsrohr 12
gemäss Fig. 1;
Fig. 4 eine Detailansicht zur drehbaren Lagerung eines
Solarelements 32 der Solareinheit 30 gemäss Fig. 1; und
Fig. 5 eine vereinfachte perspektivische Darstellung
einer erfindungsgemässen Solaranlage 1 gemäss Fig. 1, jedoch aufgeteilt in Module mit jeweils ca. 100 Solarelemente .
Die nachfolgenden Ausführungen sind Beispiele und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.
Fig. 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen
Solaranlage 1, welche auf einer Wasserfläche schwimmt, deren Oberfläche eine Wasseroberfläche 20 bildet. Die Solaranlage 1 umfasst eine schwimmfähige Tragstruktur 10, auf welcher eine Solareinheit 30 befestigt ist.
Die Solareinheit 30 umfasst einen Rahmen 34 und drei
Photovoltaik-Elemente 32 als Solarelemente. Meist wird jedoch eine wesentlich grössere Zahl von Photovoltaik- Elementen 32 verwendet. Die Photovoltaik-Elemente 32 weisen eine ebene, noch oben gerichtete solaraktive Fläche auf. Ausserdem sind die Photovoltaik-Elemente 32, wie bei Fig. 4 beschrieben, drehbar auf dem Rahmen 34 gelagert (nicht dargestellt ) .
Die Tragstruktur 10 umfasst zwei Auftriebsrohre 12, welche einen Auftriebskörper bilden, und zwei Abstandsrohre 14 als Stützen, welche eine Abstandshalterung zwischen der
Solareinheit 30 und den Auftriebsrohren 12 bilden. Dabei weisen die Abstandsrohre 14 jeweils eine erste Seite zur Befestigung des Rahmens 34 und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf, welche mit dem
Auftriebsrohr 12 verbunden ist.
Die Abstandsrohre 14 sind im Wesentlichen senkrecht zum Auftriebsrohr 12 und im Wesentlichen senkrecht zum Rahmen 34 der Solareinheit 30 und senkrecht zur Wasseroberfläche 20 angeordnet. Durch die Abstandsrohre 14 wird der Abstand zwischen der Solareinheit 30 bzw. dem Rahmen der
Solareinheit 30 und den Auftriebsrohren 12 vorgegeben, nämlich durch die Länge der Abstandrohre 14. In diesem Beispiel ist die Länge des Abstandrohres 14 und damit der vorgegebene Abstand ca. 3 m.
Beispielsweise hat das Auftriebsrohr 12 einen Durchmesser von ca. I m bei einer Wandstärke von ca. 3 mm und das
Abstandsrohr 14 einen Durchmesser von ca. 0.3 m bei einer Wandstärke von ca. 5.6 mm, wobei das Wandmaterial in diesem Ausführungsbeispiel rostfreier Stahl ist. Dadurch ist die Tragstruktur 10 in der Lage eine Solareinheit mit einer Breite von ca. 16 m und einer Länge von ca. 50 m auf der Wasserfläche zu tragen.
Die Tragstruktur 10 ist derart ausgebildet, dass beim
Tragen der Solareinheit 30 das Auftriebsrohr 12 vollständig unter die Oberfläche 20 der Wasserfläche eingetaucht ist und die Solareinheit 30 mittels der Abstandshalterung 14 über der Wasseroberfläche 20 getragen wird. Dabei wird diese Ausbildung durch die oben genannte Dimensionierung und Materialzusammensetzung der Tragstruktur 10 erreicht. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass beim Tragen der Solareinheit 30 die Auftriebskraft der Tragstruktur 10 einen vorgegeben Wert annimmt und damit ein vorgegebenes Verhältnis zwischen der Auftriebskraft der Tragstruktur 10 und deren Schwerkraft erreicht wird.
Ferner umfasst die Tragstruktur 10 eine
Lastausgleichsvorrichtung 46 in Form von zwei Ventilen und jeweils zugehörigen Pumpen (nicht dargestellt), um Luft und/oder Wasser in die beiden Auftriebsrohre 12 zu
befördern. Die Lastausgleichsvorrichtung 46 dient zum
Fluten oder Entleeren der beiden Auftriebsrohre 12
(dargestellt durch die schraffierten Flächen) . Durch das Fluten oder Entleeren kann die Auftriebskraft der
Auftriebsrohre 12 reguliert werden.
Mittels der Lastausgleichsvorrichtung 46 kann die
Tragstruktur 10 neben der Solareinheit 30 auch noch
wesentliche Zusatzlasten aufnehmen, insbesondere
Belastungen der Solareinheit 30 durch Schnee und/oder Eis. In diesem Beispiel kann eine zusätzliche Belastung durch Schnee mit einer Höhe von 2 m und damit eine zusätzliche Flächenbelastung von ca. 0.6 kN/m2 aufgenommen werden.
Ferner umfasst die Tragstruktur 10 eine Vorrichtung zur Positionierung der Solaranlage (1) in Form zweier
Gewichtssteine 40 und zwei Seilen 42, welche zusammen eine Verankerung bilden, um die Tragstruktur 10 am Grund der Wasserfläche zu verankern. Durch diese Verankerung wird die Tragstruktur 10 entgegen der Auftriebskraft des
Auftriebskörpers in Richtung Grund gezogen und somit der Triefgang, das heisst der Abstand des Auftriebsrohrs 12 von der Wasseroberfläche 20, eingestellt. Dabei wird die wirksame Länge der Seile 42, also der Abstand der
Tragstruktur 10 vom Grund der Wasserfläche, mittels einer oder mehrerer Seilwinden verkürzt oder verlängert (nicht dargestellt) . Die Verankerung wirkt daher als Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit der der Abstand des Auftriebsrohrs 12 von der Wasseroberfläche 20 einstellbar ist. In diesem Beispiel ist dieser Abstand bzw. der
Tiefgang auf 1 m eingestellt, so dass bei dem ca. 3 m langen Abstandsrohr 14 das obere Ende des Abstandsrohrs 14 ca. 2 m über der Wasseroberfläche 20 liegt. In gleicher Weise kann auch der Abstand des oberen Endes der
Abstandshalterung 14 von der Wasseroberfläche 20 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung weiterer Ausführungsbeispiele der Solaranlage 1 gemäss Fig. 1, ohne Verankerung jedoch mit einem einzelnen
Auftriebskörper 12, beispielsweise in Form einer Tonne oder einer Boje.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst ist die Solareinheit 30 ein Kabel 33 zur AbStützung des Rahmen 34 der
Solareinheit 30. Ferner umfasst ist die Solareinheit 30 zwei Zusatzschwimmkörper 36, welche auf der
Wasseroberfläche 20 schwimmen und über Seile 37 mit dem Rahmen 34 der Solareinheit 30 verbunden sind. Die
Zusatzschwimmkörper 36 schwimmen auf der Wasseroberfläche 20 und erzeugen jeweils bei deren Anheben durch ihr Gewicht eine nach unten gerichtete Kraft, welche dem Anheben entgegen wirkt. Durch die gegenläufige Wirkung der
Zusatzschwimmkörper 36 wird eine stabile Positionierung der Solaranlage erreicht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann die wirksame Länge der Seile 37, mittels einer oder mehrerer Seilwinden verkürzt oder verlängert werden (nicht dargestellt). Die Zusatzschwimmkörper 36 wirken somit stabilisierend auf die Solaranlage 30, indem diese
Differenzlasten aufnehmen. Bei Eisbildung liegen die
Zusatzschwimmkörper 36 auf der Eisfläche auf oder gefrieren ein .
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Abstandsrohr 14 eine Vorrichtung zur vertikalen Positionierung der
Tragstruktur 10 der Solaranlage 1. Eine hohe vertikale Position des Abstandsrohrs 14 bewirkt ein starkes
Herausragen des oberen Endes des Abstandsrohrs 14 über die Wasseroberfläche 20 und folglich einen geringeren Auftrieb, während im Gegensatz dazu eine tiefere vertikale Position des Abstandsrohrs 14 einen erhöhten Auftrieb erzeugt. Somit wird mittels des Abstandsrohrs 14 eine stabile
Positionierung der Tragstruktur erreicht. Die vertikale Position kann durch Hinzufügen oder Entnahme von Wasser in das Abstandsrohr 14 mittels einer Wasserpumpe (nicht dargestellt) eingestellt werden.
Die zuvor genannten Ausführungsbeispiele, inklusive das Ausführungsbeispiel der Fig. 1, können einzeln oder in beliebigen Kombinationen angewendet werden.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Auftriebsrohr 12 gemäss Fig. 1. Das Auftriebsrohr 12 ist aus Flachblech mit einer Wandstärke von 2 mm hergestellt. Dabei umfasst das Auftriebsrohr 12 Aussteifungen in Form von drei verspannten Ringteile 13, durch welche die Wand gestützt wird.
Zusätzlich kann auch ein Schott 11 (gestrichelt gezeichnet) in das Auftriebsrohr 12 eingefügt und mit den Ringteilen 13 verspannt werden.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht zur drehbaren Lagerung des Photovoltaik-Elements 32 gemäss Fig. 1. Dazu umfasst die Solareinheit 30 einen Querträger 35 und ein Gestänge 36. Der Querträger 35 dient zum Abstützen der Lagerung auf dem Rahmen 34 der Solareinheit 30 (vgl. Fig. 1) . Durch diese Lagerung ist das Photovoltaik-Element 32 mit Hilfe des Gestänges 36 um eine horizontale Achse kippbar.
Durch eine Bewegung des Gestänges 36 kann das Photovoltaik- Element 32 mechanisch verstellt werden (dargestellt durch einen Doppelpfeil) . In einer ersten Stellung beträgt der Neigungswinkel 47° (durchgezogen gezeichnet), wobei der Neigungswinkel der Winkel der Abweichung des Photovoltaik- Elements 32 von einer horizontalen Ebene ist. In einer zweiten Stellung beträgt der Neigungswinkel 60°
(gestrichelt gezeichnet) . Bei einem Winkel von 60° werden Schneeablagerungen auf der solaraktiven Fläche des
Photovoltaik-Elements 32 vermieden.
Fig. 5 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Solaranlage gemäss Fig. 1, jedoch aufgeteilt in drei Module mit jeweils ca. 100
Solarelementen. Die drei Module sind jeweils gleichartig aufgebaut, nebeneinander zu einem Feld angeordnet und jeweils autonom betreibbar.
In diesem Beispiel ist jedes einzelne Solarelement 30 der Solaranlage wiederum in 10 Untereinheiten, in sogenannte
Solarpaneele, von ca. 1.5 m Breite aufgeteilt. Dabei nehmen diese Untereinheiten jeweils die eigentlichen Solarzellen auf. Durch diese Aufteilung wird die Handhabung,
insbesondere die Montage, Wartung oder Reparatur, der
Solarelemente 30 wesentlich erleichtert, indem
typischerweise nur eine einzelne dieser Untereinheiten bearbeitet und/oder ausgewechselt werden muss. Somit können Wartungsarbeiten und/oder Reparaturen an der Solaranlage effizient durchgeführt werden. Dies trifft besonders beim Einsatz einer schwimmenden Arbeitsplattform zu, von der aus die Arbeiten an den einzelnen Untereinheiten vorgenommen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Eine schwimmfähige Tragstruktur (10) für eine
Solareinheit (30) einer Solaranlage (1),
wobei
die Tragstruktur (10) mindestens einen Auftriebskörper (12) und eine damit verbundene Abstandshalterung (14) zur Befestigung der Solareinheit (30) aufweist, und wobei
die Tragstruktur (10) eine Lastausgleichsvorrichtung (46) aufweist zur Einstellung des Auftriebs des
Auftriebskorpers (12) durch eine zumindest teilweise Füllung oder Entleerung des Auftriebskorpers (12).
2. Die Tragstruktur (10) nach Anspruch 1, wobei der
Auftriebskörper (12) ein Hohlkörper, insbesondere ein Rohr oder eine Tonne, ist.
3. Die Tragstruktur (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Auftriebskörper (12) ein Hohlkörper ist mit einer Innenweite von mindestens ca. I m und/oder mit einem Wandmaterial von:
1 bis 10 mm, insbesondere ca. 4 bis ca. 5 mm Stahl,
- ca. 3 bis ca. 20 mm Polymer, insbesondere Glasfaser- Kunststoff, oder
- 25 bis 100 mm, insbesondere ca. 50 mm Beton.
4. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lastausgleichsvorrichtung (46) mindestens ein Ventil und/oder mindestens eine Pumpe aufweist .
5. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Abstandshalterung (14) mindestens eine, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zum
Auftriebskörper (12) angeordnete, Stütze in Form eines Hohlkörpers, insbesondere eines Rohres, aufweist.
6. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei der von der Abstandshalterung (14) gebildete Abstand:
a) ein fester Abstand, oder
b) veränderbar und/oder einstellbar
ist .
7. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Länge oder die Höhe der
Abstandshalterung (14) mindestens ca. 3 m,
insbesondere mindestens ca. 5 m, ist.
8. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei deren spezifisches Gewicht der Tragstruktur (10) grösser oder gleich einem vorgegeben Minimalwert, insbesondere 320 N/m3, ist.
9. Die Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Abstandshalterung (14) mindestens eines der Folgenden aufweist:
- ein Heizelement zum Beheizen der Abstandshalterung (14) oder
- eine Vorrichtung zum Ausblasen von Luft.
10. Eine Solaranlage (1) mit einer Tragstruktur (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einer, insbesondere photovoltaischen, Solareinheit (30), welche auf der Tragstruktur (10) befestigt ist.
11. Die Solaranlage (1) nach Anspruch 10, wobei die
Solareinheit (30) eine Breite von mindestens ca. 8 m und/oder eine Länge von mindestens ca. 25 m,
insbesondere mit eine Breite von mindestens ca. 16 m und/oder eine Länge von mindestens ca. 50 m, aufweist.
12. Die Solaranlage (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Flächenbelastung der Solareinheit (30) auf die Tragstruktur (10) höchstens 1.2 kN/m2, insbesondere höchstens 0.3 kN/m2, ist. Die Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Solareinheit (30) mehrere Solarelemente (32) mit mehreren eng benachbarten Untereinheiten aufweist, wobei insbesondere die Zwischenräume der Untereinheiten einen Abstand von maximal 400 mm, weiter insbesondere maximal 200 mm aufweisen.
Die Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei diese eine Vorrichtung (14; 36; 40, 42) zur vertikalen Positionierung der Solaranlage (1) oder deren Tragstruktur (10), insbesondere mindestens eines der Folgenden, aufweist:
- eine Vorrichtung (40, 42) zur Verankerung der
Solaranlage (1), insbesondere der Tragstruktur (10),
- mindestens einen, insbesondere zwei oder mehr,
beweglich angeordneten Zusatzschwimmkörper (36), oder
- eine Vorrichtung zur Gewichtveränderung der
Abstandshalterung (14), insbesondere eine
Wasserpumpe .
Die Solaranlage (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei diese eine Vielzahl von, insbesondere jeweils gleichartig aufgebauten und/oder nebeneinander zu einem Feld angeordneten und/oder jeweils autonom betreibbaren, Modulen aufweist.
PCT/EP2011/060575 2011-06-23 2011-06-23 Schwimmfähige tragstruktur für eine solareinheit einer solaranlage und solaranlage WO2012175138A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014202846A1 (fr) * 2013-06-20 2014-12-24 Innogur Technologies Plateforme photovoltaïque flottante
CN107026601A (zh) * 2017-02-18 2017-08-08 杜振义 一种设在水面上的太阳能板发电支架平台
WO2019020968A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-31 Semisub Systems Ltd SUPPORT STRUCTURE FOR SOLAR PANELS ON WATER
CN110450916A (zh) * 2019-08-30 2019-11-15 天津大学 一种抗风浪漂浮式海上光伏发电平台
WO2020200856A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 Soletanche Freyssinet Floatable structure and method of making same
CN114872845A (zh) * 2022-04-22 2022-08-09 江苏科技大学 一种适用于海上环境的浮式光伏平台

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022180463A1 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 Indian Institute Of Technology Bombay Multipurpose floating structure: solar power and shade

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009030689A1 (en) * 2007-09-03 2009-03-12 Single Buoy Moorings Inc. An off-shore structure, a buoyancy structure, and method for installation of an off-shore structure
US20090314926A1 (en) * 2006-07-29 2009-12-24 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Solar platform
EP2299499A1 (de) 2009-09-17 2011-03-23 TNC Consulting AG Schwimmende Photovoltaik-Anordnung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090314926A1 (en) * 2006-07-29 2009-12-24 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Solar platform
WO2009030689A1 (en) * 2007-09-03 2009-03-12 Single Buoy Moorings Inc. An off-shore structure, a buoyancy structure, and method for installation of an off-shore structure
EP2299499A1 (de) 2009-09-17 2011-03-23 TNC Consulting AG Schwimmende Photovoltaik-Anordnung

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014202846A1 (fr) * 2013-06-20 2014-12-24 Innogur Technologies Plateforme photovoltaïque flottante
FR3007581A1 (fr) * 2013-06-20 2014-12-26 Innogur Technologies Plateforme photovoltaique flottante et installation autonome de traitement de l'eau associee a une telle plateforme
CN107026601A (zh) * 2017-02-18 2017-08-08 杜振义 一种设在水面上的太阳能板发电支架平台
WO2019020968A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-31 Semisub Systems Ltd SUPPORT STRUCTURE FOR SOLAR PANELS ON WATER
WO2020200856A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 Soletanche Freyssinet Floatable structure and method of making same
CN110450916A (zh) * 2019-08-30 2019-11-15 天津大学 一种抗风浪漂浮式海上光伏发电平台
CN114872845A (zh) * 2022-04-22 2022-08-09 江苏科技大学 一种适用于海上环境的浮式光伏平台

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