WO2019144248A1 - Vorrichtung für photovoltaikanlage - Google Patents

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WO2019144248A1
WO2019144248A1 PCT/CH2019/050001 CH2019050001W WO2019144248A1 WO 2019144248 A1 WO2019144248 A1 WO 2019144248A1 CH 2019050001 W CH2019050001 W CH 2019050001W WO 2019144248 A1 WO2019144248 A1 WO 2019144248A1
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module carrier
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carriers
photovoltaic
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Arthur BÜCHEL
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Definitions

  • This present invention relates to a device for a photovoltaic system, which allows the use of the area under the photovoltaic modules and optionally includes additional functions for energy storage and refueling of electric vehicles.
  • a device for a photovoltaic system which allows the use of the area under the photovoltaic modules and optionally includes additional functions for energy storage and refueling of electric vehicles.
  • PV photovoltaic
  • a specific type of solar system see disclosure WO2013 / 044404 (A1), which has already been implemented and has advantages over the prior art, is a system with foldable PV modules, which can be folded in adverse weather conditions (snowfall, strong wind).
  • the modules are suspended foldable between two ropes and are extended by a drive in good weather conditions, or retracted in bad weather.
  • An object of the invention is for solar roof solutions lighter and thus cheaper
  • Another goal is to provide a maintenance-cost-poor system and in the solution more
  • the mentioned object is e.g. solved by the features listed in claim 1, i. for example, by a photovoltaic system, with a plurality of movable photovoltaic module carriers, a structure 1 1 for holding the photovoltaic module carrier 1 in the protective state and a support structure 2 for the photovoltaic module carrier 1 in the extended operating state, wherein the Photovaltaikstrom thereby
  • the solar cells 7 contain, are equipped, stacked in the protective state on a structure 1 1 one above the other are arranged
  • a coupling between the already extended module carrier 1 and the next to be transferred module carrier 1 on the stack 4 is achieved by a lifting movement of the lifting mechanism 15,
  • the module carriers 1 are mechanically coupled to one another in the extended state
  • the module carrier via the coupling device to one another mechanically coupled so that the already extended module carrier by moving a single module carrier with the Transfer mechanism together with the single module carrier
  • Lifting mechanism is present, which a sequence sequence for extending and retracting the individual module carrier 1 by means of transfer mechanism 3 and
  • Lifting mechanism 15 controls and preferably monitors.
  • this invention or solution refers to the state of the art of a solar roof solution, but goes with a new PV module transfer and coupling mechanism significantly beyond the current state of the art.
  • the concept of automatic maintenance provides a significant reduction in maintenance costs and further includes the integration of additional functionality, which adds significant value to the customer.
  • Coupling / decoupling device on module carriers combined with lifting and shifting devices at a buffer station.
  • the coupling / decoupling device on each module carrier allows a simple mechanical coupling and decoupling each
  • the lifting device causes, by substantially vertical lifting and lowering of the module carrier, the coupling preferably decoupling of the respective module carrier with the respectively preceding or following module carrier.
  • the lifting device also serves to stack the module carrier in the decoupled state in the buffer station.
  • the system is equipped with appropriate control for automatic operation.
  • the above coupling / decoupling device can for mechanical coupling between the module carriers with mechanical Coupling elements and / or be equipped for electrical coupling between the module carriers with electrical coupling elements.
  • a photovoltaic system with several movable
  • Photovoltaic module carriers a structure for holding the photovoltaic module carrier in the protective state and a support structure for the photovoltaic module carrier in the extended state, wherein the photovoltaic system is characterized in that: a) the module carrier
  • photovoltaic modules containing solar cells e.g., crystalline solar cells, bifacial solar cells, thin-film cells, or another type of cell
  • solar cells e.g., crystalline solar cells, bifacial solar cells, thin-film cells, or another type of cell
  • stacked on a structure preferably stacked (e.g., stacked at fixed intervals), in particular stacked on top of each other,
  • the individual module carriers can move from the protective state, preferably stacked one above the other, laterally away from the stack onto a holding structure and vice versa,
  • a lateral movement in both directions of the stack allows (if appropriate on both sides of the stack
  • Holding structures are arranged for the displacement), is preferably controllable, and preferably performs the movement automatically,
  • control software that decides based on this information, whether the system should be in the extended operating state, or to be transferred to the protective state.
  • the photovoltaic system includes photovoltaic module carrier 1, which are mounted on a support structure 1 1, preferably with a roof 5, one above the other and from an "off state" or protection or hibernation in bad weather (eg, strong wind, snow, protection against vandalism) in the operating condition being displaced by means of a transfer mechanism 3, 142 on a guide structure 2, 14B (in particular, from a rest position to an operating position) If there is additionally a vertical transfer device (or lifting device) 15, this transfer takes place stepwise is displaced, for example, in the rails 6 on the support structure 2, in which the transfer mechanism 3, equipped with, for example, an electric motor 12 with spindle, mechanically couples a member 1 at position 8 by means of a latchable driver 13 on both sides and then by one element width shifts.
  • a transfer mechanism 3 equipped with, for example, an electric motor 12 with spindle
  • the next element 1 is brought with the lifting device 15 in the amount of the rail 6.
  • Module rack instead.
  • the elements may preferably, as shown in FIG. 7, be electrically coupled by means of integrated plugs 18, 19, but also be hardwired to one another, as shown in FIGS. 15, 16.
  • decoupling elements 162 for example, springs or extendable bolts are mounted on top of the stack, in addition to the gravity of the
  • the system or its controller is preferably designed such that it can execute at least the following steps in sequence for extending the module carriers into the operating state:
  • a module carrier 1 "arranged on a stack 4 of module carriers 1", 1 "' is laterally displaced in a transfer plane by a module carrier width by means of the transfer mechanism 3 and thereby taken from the stack 4 and placed on a support structure 2, one or a plurality of preceding further module carrier 1 ', which lie on the support structure 2 and are coupled to the module carrier 1 "directly or indirectly, are taken along when moving and thereby also to a
  • Module carrier width can be moved laterally
  • the system or its controller is preferably designed such that it can execute at least the following steps in sequence for retracting the module carriers into the protective state: - (d) a module carrier 1 '"is by means of the transfer mechanism 3 to a
  • Module carrier width laterally shifted to a stacking system further module carrier 1 ", 1 ', which are indirectly coupled to the first module carrier 1"' directly or via one or more other module carrier in sequence, are taken along and also moved laterally by one module carrier width,
  • the stack 4 of module carriers grown in the stacking unit is lowered by means of the lifting mechanism 15, the one being placed beforehand on the
  • module carrier on both sides of the support structure 1 1
  • the elements 1, for example, first extended in one direction and then in the other direction. This process is repeated until all module carriers are shifted from the stack to the support structure, or retracted again.
  • Control is equipped with logic and preferably has a sensor system (wind and snow sensor, video camera, etc.) and / or online access to weather data to decide whether the system should be in the operating state or the "off state". Also, the controller is preferably equipped with online monitoring.
  • a sensor system windshield and snow sensor, video camera, etc.
  • the controller is preferably equipped with online monitoring.
  • the support structures 2, 1 1, are usefully mechanically braced 63, 65 in order to enable a realization with low material costs.
  • a rail 6 is used as a sliding surface and the contact surface between the rail surface of the rail and the sliding surface of the module carrier is designed (102) to optimize the contact area, for example, to remove water and dirt from the contact surface
  • Lateral openings 103 allow dirt and water to escape.
  • a web 101 prevents the fashion wearer from the guide 6 of the wearer can escape.
  • Lateral rollers 55 in the carriers can significantly reduce the frictional resistance and thus the necessary driving force for the drive 3 and can be advantageous in certain applications.
  • the element 1 consists of a support structure with longitudinal members 41, 43 at the ends and in addition, depending on the width of the module carrier and design parameters further longitudinal members 42 below the solar elements, which are connected to cross members at the ends 45 or further cross members (depending on the carrier size) and on which one or more solar modules 49, preferably lightweight modules without glass, are attached.
  • the solar modules contain interconnected solar cells 7, for example crystalline
  • Solar cells bi-facial cells, thin-film solar cells or any other suitable cell type.
  • the side rails 41, 43 may be equipped with a eaves nose 51 and a gutter 53 to prevent dripping rainwater between the module supports. Preferably, then at the ends of the module carrier
  • the cleaning device 21 can be implemented, for example, with tubular elements arranged along the side of the elements 1, equipped with optimized openings or nozzles 22 for air or a cleaning liquid and / or a mechanical brush 23 or a wiper. rotating
  • Elements 29 in the vertical direction or, alternatively, in the horizontal direction can significantly increase the cleaning efficiency in sites with a high degree of contamination.
  • An automatic operation of the cleaning system reduces the Maintenance costs of the facility considerably.
  • the photovoltaic system may additionally be configured at customer's request with lighting elements 150 and / or smart cell transmitters (i.e., e.g., cellular transmitters) or other types of radios 152 to provide further added value to the customer at a low cost.
  • the bottom 160 of the elements 1 may be designed as an advertising space or be additionally equipped with lighting elements, which can provide a further added benefit.
  • a locking mechanism for the stack in the retracted state which ensures that the stacked elements 1 are mechanically secured or clamped, which can be achieved for example by lifting by means of the lifting mechanism 15, the uppermost element 1 contacts the underside of the roof 5 and then on the spindle drive 15 a moment is applied to the drive that the modules are clamped, can not slip in the wind and thus a
  • Theft protection is ensured because, for example, then the drive locked in the off state and would have to be unlocked from this locked state, which is associated with considerable effort and expertise.0
  • the area under the module stack but overhead, so no parking area is sacrificed, is suitable ideal for housing the control box 32 with control, for the accommodation of inverters, the high voltage connections for the grid connection and the power distribution, but also electrical energy storage and equipment for refueling electric vehicles. If the system is equipped with devices for loading electric vehicles 5, pull-out or extendable cables 33, with plugs 34 can be lowered through the openings 31. In this case, a control panel 30 is useful for handling the transaction of the customer for the
  • Control box arrangement with one or more extendable cables on one or both sides of the vehicle also a mechanically controlled device can automatically connect from above a plug connection to the vehicle, if they are equipped with a corresponding receiving device.
  • the support structure 1 1 is to be adjusted in height so that the truck can pass under the control box 32 and also adjust the control box arrangement 32 accordingly.
  • a particularly attractive combination for larger systems consists of the already described photovoltaic roof, an electrical storage to maximize the self-consumption of the photovoltaic power by the customer and a batch or fast charge facility for fast refueling of electric vehicles (> 30 kW per vehicle).
  • the charge or fast charge device preferably also accesses the existing electrical storage to provide the necessary high, if necessary
  • FIG. 1 Schematically the structure of the system
  • Figure 2a schematically the system with modules in retracted
  • FIG. 3 solar module carrier with details
  • FIG. 3b shows a detail of FIG. 3, showing rain gutter and gutter
  • FIG. 5 Detail with transfer unit (lifting unit) for transfer (lifting)
  • FIG. 6a detail of the mechanical coupling of the solar module carrier
  • FIG. 6b detail of the mechanical coupling of the solar module carrier
  • FIG. 7a, b detail of the electrical coupling of the solar module carrier
  • FIG. 8 cleaning device for the solar module carrier
  • FIG. 9a completely assembled solar module box
  • FIG. 9b. c infrastructure elements for the construction of the facility
  • FIG. 10 system with control box and control panel
  • Figure 11 Typical mass (in mm) of a system for 4 parking spaces with
  • FIG. 12 sequence for setting up a system
  • FIG. 13 parking area with several systems
  • Figure 14 Park with variant of the system which extends on one side;
  • FIG. 15 Wiring variant fixed; Modules in the stack, shown with
  • FIG. 16 Wiring variant fixed
  • Figure 17 variant of the system with curved, arc-like guides
  • FIG. 18 Plant with concrete foundations (Jersey Type) and
  • Figure 19 device, the horizontal extension of the module carrier
  • FIG. 20 Device according to FIG. 19 in the retracted state.
  • the device in this invention is a lightweight solar system.
  • a basic variant thereof is shown in Fig. 1 in the operating state.
  • the solar module carrier 1 are extended step by step.
  • a support structure 2 offers lateral guides 6 (FIG. 2b) for solar module carrier 1.
  • the lateral guide 6 can be equipped with a step 101 for mechanical securing of the module carriers (no slipping possible) (FIG. 2b).
  • a minimized contact surface 102 on the rail or, alternatively, a minimized contact surface on the side support 45 and side openings 103 increase the tolerance to contamination or ingress
  • a drive for example, implemented with a motor 12 ( Figure 4), for example, coupled to a threaded spindle, allows the modules to be conveyed horizontally.
  • the stroke of the horizontal drive is preferably designed in a length which allows a module carrier to move by at least one module width from the stack.
  • the horizontal drive thus shifts the first module from the stack by one module width on the support structure. Subsequently, the next module carrier is raised in transfer position. Then the horizontal drive shifts this next module together with the previous module by a further module width.
  • the horizontal drive can also, as shown for example in Fig. 19 and Fig. 20 with a belt, rope or a belt 142 over the entire length of the horizontal
  • FIG. 2a shows the device in the retracted (“off") state.
  • the solar modules are retracted and stacked (stack 4).
  • FIG. 5 shows a section of the device and thus the stacked solar modules (stack 61) in more detail).
  • a roof 5 protects the solar modules against snow load or high wind load.
  • the support structure 2 is designed so that it can take on the one hand, the weight of the solar module carrier 1 and the forces generated by the wind at moderate wind strength. It is further designed so that it can withstand the very low wind attack surface very high wind loads (150 km / h), if the solar module carrier 1 are retracted.
  • Struts 63, 65 lead to further stability.
  • a mechanical fuse 75 (FIG.
  • Fig. 2b shows in detail the guide 6 in the substantially horizontally oriented cross beams of the structural profiles 2, which shows the zone in which the module supports 1 slide
  • the module carrier 1 is shown in Fig. 3.
  • the module carrier 1 can be provided with a full-surface or a plurality of partially planar solar modules, equipped with crystalline
  • Solar cell 7 or other solar cell types, for example, thin-film cells, be equipped.
  • the solar modules are mechanically connected to the top of the module carrier with this.
  • the solar cells are mounted at close intervals to obtain a high energy density.
  • the cells can also be assembled at greater distances from each other (eg 5 x 9 cells instead of 6 x 10 cells per 1 x 1.65 m2), creating distances in the range of several centimeters and creating a pattern on the floor surface in sunshine and more light is present on the bottom.
  • This variant can be combined with bi-facial cells, whereby a part of the light on the bottom of the module can be recaptured by the back of the solar cell and an increased
  • the module carrier 1 (also referred to as element), which is preferably designed with a rectangular module frame, has lateral support structures 41, 43 on the longitudinal sides and further support structures 45 on the broad sides, depending on the length of the support but also further brackets (42, below Solar module, not visible) between 41, 43 for additional reinforcement.
  • the holder structure 45 can be coupled to the coupling mechanism 13 of the transfer mechanism 3 at at least one point 8, which subsequently permits a lateral displacement of the carrier 1.
  • a device 9 for mechanical coupling to the already previously extended extended module is located on the module carrier 1, a device 9 for mechanical coupling to the already previously extended extended module.
  • the position of the device 9 is preferably in the region of the lateral support 45.
  • Coupling devices 9 of the module carrier is in each case a complementary one Coupling device 10 attached.
  • the module carrier 1 is a module carrier 1 with about 180 solar cells, which has a width of about 1 meter and has a length of about 5 meters.
  • the module carrier 1 may be equipped with a drip nose 51 (Fig. 3b) and gutter 53 (Fig. 3b) for draining rainwater between them
  • Mounting device 45 may laterally rollers or ball bearings 55, by means of which the module carrier 1 slides, whereby the frictional resistance for moving the module carrier 1 is massively reduced. In this case, a meaningful material pairing is chosen in order to minimize the resulting friction coefficient.
  • the horizontal movement transfer device 3 is shown in FIG. It is equipped in this case with a ball screw or a threaded rod (not visible in Fig. 4) and realized with motor drive 12. On a holder, which is coupled to the spindle, or the threaded rod, move the Pindrives 13, which are equipped with extendable pins.
  • the lateral movement can also be implemented by other methods, e.g. Pneumatic or hydraulic cylinders,
  • the pindrives 13, mounted on the transfer device can extend a pin (for example, controlled electrically or pneumatically), which engages in the corresponding opening 8 in the holder 45 of the module carrier 1 and subsequently permits a reliable transfer of the module carrier with the horizontal drive 3.
  • This mechanical coupling can also be designed by other methods, e.g. a gearing.
  • the module stack 4, 61 After the transfer to a module carrier width in one direction (transfer is possible in both horizontal directions), the module stack 4, 61 by one
  • Module carrier distance raised so that the next module carrier 1 are transferred can.
  • a last or lowest element 73 ie a last or lowest element 73 of the originally complete stack 4, 61, FIG. 5
  • the transfer height if an electrical / mechanical coupling is used 18, 19.
  • This element 73 has couplings 9 on both sides, so that the power can be dissipated from both sides. In areas without snow and without very high wind loads can be dispensed with the roof 5.
  • the aforementioned lowest (or last) element 73 could also be equipped with solar cells.
  • FIGS. 6a and 6b show the
  • Receiving elements 10 in the already transferred module carrier and the counterpart 9 in the next carrier which are mechanically coupled to each other after lifting the next carrier.
  • FIG. 1 A possible mechanical and simultaneous electrical coupling is shown in FIG.
  • a socket 18 is injected in the center of the coupling unit 9.
  • the socket element can be used, which is used in commercially available, proven solar plug.
  • the counter element 10 has a pin 19 in the center. Also for this element can a
  • Plug counterpart of a proven connector can be used to ensure a robust electrical connection over the life of the system.
  • FIGS. 15 and 16 Another variant for the electrical coupling of the module carrier is a fixed electrical wiring, as shown in FIGS. 15 and 16.
  • an electrical connection 89 is made from the can 81 to the can 87 of the underlying support 1 ", and there is then a connection 91 from the can 85 of this support 1" to the can of the underlying support 1 '", and so on continue extended state hang the cables under the solar module carriers as shown in Fig. 16.
  • a spacer 93 prevents the cables in the carrier stack 4, 61 from being jammed. This spacer 93 is also in the variant with
  • the photovoltaic module carrier is designed as an integrated solution for the support structure, the transfer function and the electrical connections, for example by injection molding or similar methods.
  • the solar module carrier 1 ', 1 ", 1"' are electrically connected so that meaningful
  • Module carrier to the inverter (which is for example located in the control box 32). This means that there is a connection between the modules on the module carriers
  • Plug-in couplings In the foremost module, an electrical connection from the solar module outlet side to the electrical rear connection is made, whereby the electric circuit is closed after extension.
  • Solar cell surfaces for example, can be easily realized in the system, as shown in Fig. 8, during the module carrier transfer in a simple manner by means of a spray device 21 with nozzles 22 through the air, water or other medium can be blown or sprayed. In areas with low water availability it is useful to recycle / purify the water. Lateral mechanical brushes 23 increase the efficiency of cleaning. For areas with a high degree of pollution a rotating cleaning assembly 29 are used with a plurality of brush elements 23 or cleaning devices with brushes and liquid that laugh at right angles to the Photovoltaikmodulf laugh about this.
  • control box 32 Under the Modulträgem in the retracted state is the control box 32, which provides sufficient overhead space for the accommodation of the controller, the power electronics and the solar inverter. In addition, in the box also charging stations
  • Electric charging cable with plug-in coupling 33, 34 through the openings 31 allow refueling of underlying vehicles and are protected after retraction damage.
  • Plug-in couplings may also be mounted laterally (e.g., at or near the broadside of the control box 32), which may be advantageous for long vehicles (such as electric truck vehicles).
  • the structure height is preferably adjusted so that electric trucks can pass under the control box. A subsequent retraction of the cables ensures that they are from
  • control box 32 and robot arms may be attached directly plug the cable on the truck, which eliminates manual intervention.
  • the side control panel 30 is used to register the user, but it may also be used for service and maintenance purposes of the system.
  • the control in the control box 32 is of central importance. On the one hand, it determines via Internet access or a suburban sensor for, for example, wind, snow and / or video surveillance, whether the weather conditions allow an extension of the modules or an immediate retraction is necessary, on the other hand, it ensures that the extension sequence is reliable.
  • the extension sequence runs as follows.
  • the uppermost solar module carrier is brought with the vertical drive 15 in the transfer position (at the level of the horizontal guide rails 6 of the support structure 2). Then, the horizontal drive 12 moves the Pindriveüen 13 to the module carrier openings eighth
  • the pin extends in the pin unit 13 and into the openings 8.
  • a drive solenoid, motor,
  • Extending direction A and five module carrier for the extension direction B be preconfigured.
  • the first module carrier is moved in the direction A by one module width.
  • the horizontal drive 3 moves the Pindrives 13 again and goes into waiting position for the transfer of the next module carrier.
  • Vertikalantrieb15 then lifts the module stack 4, 61, so that the next
  • Module carrier is located in the transfer position.
  • the coupling element 9 of the lifting module carrier engages in the counter element 10 in the already displaced module carrier and is thus mechanically (optionally mechanically and electrically) coupled to the previously displaced module carrier.
  • the raised module carrier is displaced by one module unit and the procedure is repeated until all five modules have been moved in the direction A.
  • the same process is repeated in direction B.
  • the lowest unit 73 if the mechanical coupling equipped with an electrical coupling 18, 19), raised, whereby then the module carrier are also electrically coupled.
  • the unit 73 has a connection to the inverter, which then k.ann the power generation can start. If the modules have a fixed electrical connection (eg by cable) (FIGS. 15, 16), the element 73 is not necessary and the respective last modules per direction have an electrical connection to the inverter.
  • the controller can be configured in frost so that the module carriers 1, if extended, are moved at regular intervals to exclude freezing on the profiles.
  • memory elements 32 can be housed in the control box 32, on the one hand for the system user an optimization of self-consumption of
  • a particularly important feature of this arrangement is that no parking space is wasted and only minor adjustments to the infrastructure are necessary, which is not the case with traditional gas stations.
  • Fig. 1 1 shows a first useful configuration of the system over four parking spaces.
  • the systems can be strung together.
  • units ( Figure 9) are prefabricated, which consist of several parallel rows of solar module carriers (Several units (28) lined up with, for example, common support structure and common central
  • Lifting / shunting units with which further cost savings can be realized. Also, several systems can be operated with one controller.
  • Fig. 12 shows the steps for the construction of this solar system. After the parking areas are equipped with the foundations, power supply, possibly water drainage, the system is delivered. Subsequently, the side structure 2 is attached to the unit 28. The supports (1 1) are mounted and the unit 28 is raised and in position brought and the power supply is connected.
  • Module rack provided that the local weather data, which are received via the Internet or are determined by means of local sensor data, allow an extension.
  • Fig. 13 shows possible facilities on a larger parking lot.
  • Fig. 14 shows a variant with one-sided extension, which is particularly well suited if the parking lots are facing away from the driveway and there are no further parking spaces on the opposite side, which is the case in many arrangements.
  • the solar carrier (38) does not have to be arranged horizontally. It may also be inclined upward or downward from the unit 28. Also, a curved beam (for example, bow-like) with corresponding adjustments of the strip 45 ( Figure 3) is possible and efficiently allows overvoltage over long distances, for example over a highway or river bed or other usable area. Due to the different angles of incidence, a Maximiser unit in each solar module carrier unit (1) is preferably used for this arrangement in order to optimize the energy yield.
  • Fig. 11 shows, in addition to the dimensioning, a lighting 150 and a smart cell radio 152, which may also be preassembled on the unit 28 in the factory, if desired by the customer.
  • Fig. 18 shows concrete foundations (120) which provide a ramming protection and can be designed so that no additional anchoring in the ground is necessary. Also, the supply of power 122, the vertical outlet for rainwater 124 and the collecting channels 125 for the lateral recording of rainwater are shown.
  • Figs. 19 and 20 show an alternative device, which with a
  • Displacement mechanism 142 is equipped with drivers 144. Furthermore, they are
  • Module carrier 130, 132, 134 mounted on a rail 140 and equipped with offset lateral brackets 146, 148, 150 and a mechanical coupling 147, 149.
  • This device has the advantage over the previously described arrangement that no vertical lifting device is necessary. For Agrokulturanengineen an arrangement makes sense, the additional
  • dummy units can be inserted between the module carriers 1, which consist at least on the wide side of two connecting elements 45, which may additionally be provided with
  • Longitudinal profiles such as Longitudinal profiles 41, 43 are connected to a frame structure.
  • recordable alternative extensions on the support member 45 may be mounted with coupling elements 9, 10 at the end of these extensions to
  • the guide profiles 6 of the support structure 2 are proportionally extended in this case and can additionally be supported with floor supports at certain intervals (recommendation for example 10-30 meters).
  • Driver 144 can move the module carrier
  • Small cell radio devices i.e., smart cell transmitters or others
  • 162 decoupling elements for example, springs or extendable bolts

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Abstract

Eine Solaranlage, die sich dadurch kennzeichnet, dass die Träger der Solarmodule im „Off" Zustand übereinander gestapelt sind und im Betriebsmodus mittels eines Transfer- und eines Hebemechanismus ausgefahren werden. Weiters ist die Anlage mit einer Steuerung ausgerüstet, die ihr erlaubt, das System bei widrigen Bedingungen in den sicheren Off-Zustand zu versetzen. Zusätzlich ist das System vorteilhaft geeignet für Energiespeicher und das Betanken von Elektrofahrzeugen.

Description

Vorrichtung für Photovoltaikanlage
Gebiet der Erfindung
Diese vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Photovoltaikanlage, die die Nutzung der Fläche unter den Photovoltaikmodulen erlaubt und optional zusätzliche Funktionen zur Energiespeicherung und für das Betanken von Elektrofahrzeugen beinhaltet. Stand der Technik
Heutzutage existiert eine Vielzahl von verschiedenen Photovoltaikanlagen, die eine Nutzung der Flächen unter der Anlage erlaubt. So gibt es Photovoltaik (PV) Carport Lösungen, auch wurden schon Lösungen realisiert, bei denen Solarmodule auf abgespannten Seilen fest oder drehbar montiert sind. Alle diese Systeme benötigen einen hohen Materialeinsatz, da die Fläche der Solarmodule den Elementen ausgesetzt ist und daher für die extremsten Witterungsbedingungen des jeweiligen Standorts ausgelegt werden muss. So können zum Beispiel in Mitteleuropa Windkräfte im Bereich von 800 - 1500 N/m2 auftreten, was bei einer Realisierung massive Fundamente und Trägersysteme benötigt.
Ein spezieller Typ einer Solaranlage, siehe Offenbarungsschrift WO2013/044404 (A1 ), der bereits realisiert wurde und Vorzüge gegenüber dem Stand der Technik aufweist, ist ein System mit faltbaren PV Modulen, welche bei ungünstigen Witterungsbedingungen (Schneefall, starker Wind) eingefaltet werden können. Bei dieser Lösung sind die Module zwischen zwei Seilen faltbar aufgehängt und werden mittels eines Antriebs bei guter Witterung ausgefahren, bzw. bei schlechter Witterung wieder eingefahren.
Faltbare Dächer, die bei widriger Witterung eingefahren sind, sind seit langem als Sonnenschutz und/oder Regenschutz bekannt und wurden auch schon mit
Photovoltaikelementen ausgerüstet. Insgesamt benötigt auch dieser Anlagetyp noch relativ viel Stützmaterial und Verankerungen, insbesondere Stahl oder Aluminium, da zur Aufnahme der AbSpannkräfte die Tragestrukturen genügend stark ausgebildet sein müssen. Offenbarungsschrift WO2014/179893 <A1 ) zeigt ein weiteres System mit faltbaren PV-Modulen.
Die genannten Offenbarungsschriften zeigen Modulträger, die nicht trennbar
miteinander verbunden sind, sowohl im ausgefahrenen wie im eingefahrenen Zustand. Durch Falten können diese aus einem ausgestreckten Zustand in einen etngefalteten Zustand gebracht werden. Der Mechanismus zum Entfalten ist dabei relativ aufwendig. Eine Modulreinigung kann nur schwierig integriert werden und eine regendichte Lösung ist aufwändig. Problematisch ist auch, dass aktive Teile (Mechanismus) auf der ganzen Anlage verteilt sind. Insgesamt ergeben sich aus dem aufwendigen Aufbau relativ hohe Kosten (für Anlage und Wartung).
Aufgabe der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist es für Solardachlösungen leichtere und somit billigere
Tragestrukturen für Photovoltaikmodule zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Ziel ist es eine Wartungskosten-arme Anlage bereitzustellen und in die Lösung weitere
Zusatzfunktionalität und Mehrwert (Speicher, Stromtankstelle) so zu integrieren.
Beschreibung
Die genannte Aufgabe wird z.B. durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, d.h. beispielsweise durch eine Photovoltaikanlage, mit mehreren bewegbaren Photovoltaikmodulträgern, einer Struktur 1 1 zur Halterung der Photovoltaikmodulträger 1 im Schutzzustand und einer Tragstruktur 2 für die Photovoltaikmodulträger 1 im ausgefahrenen Betriebszustand, wobei sich die Photovaltaikanlage dadurch
auszeichnet, dass:
a) die Modulträger 1
auf mindestens der Oberseite mit einem oder mehreren Photovoltaikmodulen 49. die Solarzellen 7 enthalten, bestückt sind, im Schutzzustand auf einer Struktur 1 1 übereinander gestapelt angeordnet sind,
im ausgefahrenen Betriebszustand auf einer Tragstruktur 2 flächig ausgebreitet sind,
b) ein Transfermechanismus 3 vorhanden ist,
welcher derart ausgelegt ist, dass er die einzelnen Modulträger 1 vom Schutzzustand seitlich vom Stapel 4 weg auf eine Tragstruktur 2 verschieben kann und umgekehrt,
welcher derart ausgelegt ist, dass er beim Verschieben der einzelnen Modulträger 1 vom Stapel 4 weg auf eine Tragstruktur 2 die Modulträger 1 flächig ausgebreiten kann,
c) ein Hebemechanismus 15 vorhanden ist,
welcher ausgelegt ist, um den Stapel 4 von Modulträgern 1 anzuheben oder abzusenken,
welcher ausgelegt ist, einen jeweils zu transferierenden Modulträger 1 im Stapel 4, vorzugsweise den obersten, in eine für das Verschieben notwendige Transferebene zu bringen, damit der jeweilige Modulträger 1 mit dem Transfermechanismus in den ausgefahrenen Betriebszustand bewegt werden kann,
d) Koppeleinrichtungen 9, 10, 13, 145, 147 für die Modulträger 1 vorhanden sind, welche an den Modulträgern 1 angebracht und so gestaltet sind, dass
durch eine Hebebewegung des Hebemechanismus 15 eine Koppelung zwischen dem bereits ausgefahrenen Modulträger 1 und dem als nächstes zu transferierenden Modulträger 1 auf dem Stapel 4 zustande kommt,
die Modulträger 1 im ausgefahrenen Zustand zueinander mechanisch gekoppelt sind,
die Modulträger über die Koppeleinrichtung zueinander mechanisch so koppelbar sind, dass die bereits ausgefahrenen Modulträger durch das Verschieben eines einzelnen Modulträgers mit dem Transfermechanismus zusammen mit dem einzelnen Modulträger
seitlich verschoben werden,
e) eine Steuerung 32 zum Ansteuern von Transfermechanismus und
Hebemechanismus vorhanden ist, welche eine Ablaufsequenz zum Ausfahren und Einfahren der einzelnen Modulträger 1 mittels Transfermechanismus 3 und
Hebemechanismus 15 steuert und vorzugsweise überwacht.
Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik nimmt diese Erfindung bzw. Lösung Bezug auf den Stand der Technik einer Solardachlösung, geht aber mit einem neuen PV-Modul-Transfer- und Koppelungsmechanismus erheblich über den aktuellen Stand der Technik hinaus. Zusätzlich bietet das Konzept automatische Wartung was zu einer erheblichen Reduktion der Wartungskosten führt und enthält weiter die Integration zusätzlicher Funktionalitäten, was einen erheblichen Mehrwert für den Kunden herstellt.
Insbesondere offenbart ist eine Photovoltaikanlage mit Koppeleinrichtung bzw.
Koppel/Entkoppel-Einrichtung an Modulträgern kombiniert mit Hub- und Verschiebe- Einrichtungen an einer Pufferstation. Dabei erlaubt die Koppel/Entkoppel-Einrichtung an jedem Modulträger ein einfaches mechanisches Koppeln und Entkoppeln jedes
Modulträgers mit dem vorgängigen und nachfolgenden Modulträger. Die Hebeinrichtung bewirkt durch im Wesentlichen vertikales Heben und Senken der Modulträger das Koppeln bezugsweise Entkoppeln der jeweiligen Modulträger mit dem jeweilig vorgängigen bzw. nachfolgenden Modulträger. Zudem dient die Hebeinrichtung auch zum Stapeln der Modulträger im entkoppelten Zustand in der Pufferstation. Die
Verschiebeeinrichtung bewirkt durch Stossen oder Ziehen des jeweils zuletzt
angekoppelten Modulträgers ein horizontales Verschieben der miteinander gekoppelten Modulträger auf der Struktur (dies funktioniert zum einen beim Ausfahren mit
anschliessendem Koppeln und zum anderen beim Einziehen mit anschliessendem Entkoppeln). Zweckmässigerweise ist die Anlage mit entsprechender Steuerung für einen automatischen Ablauf ausgestattet. Die obige Koppel/Entkoppel-Einrichtung kann zur mechanischen Koppelung zwischen den Modulträgern mit mechanischen Koppelungselementen oder/und zur elektrischen Koppelung zwischen den Modulträgern mit elektrischen Koppelungselementen ausgestattet sein.
Unter anderem offenbart ist eine Photovoltaikanlage, mit mehreren bewegbaren
Photovoltaikmodulträgern, einer Struktur zur Halterung der Photovoltaikmodulträger im Schutzzustand und einer Halterungsstruktur für die Photovoltaikmodulträger im ausgefahrenen Zustand, wobei sich die Photovoltaikanlage dadurch auszeichnet, dass: a) die Modulträger
auf mindestens der Oberseite mit einem oder mehreren Photovoltaikmodulen, die Solarzellen (z.B. kristalline Solarzellen, bi- faciale Solarzellen, Dünnschichtzellen oder einen anderen Zellentyp) enthalten, bestückt sind,
auf einer Struktur übereinander angeordnet sind (Schutzzustand), vorzugsweise gestapelt (z.B. gestapelt mit festen Abständen), insbesondere übereinander gestapelt,
mit einem Transfermechanismus seitlich in einem oder mehreren Schritten auf eine Tragstruktur verschoben, also flächig ausgebreitet, werden können,
vorzugsweise zueinander mechanisch so koppelbar sind, dass die bereits ausgefahrenen Modulträger, durch das Verschieben eines einzelnen Modulträgers mit dem Transfermechanismus zusammen seitlich verschoben werden,
b) der Transfermechanismus
die einzelnen Modulträger vom Schutzzustand, vorzugsweise gestapelt übereinander, seitlich vom Stapel weg auf eine Halterungsstruktur bewegen kann und umgekehrt,
vorzugsweise, ein seitliches Bewegen in beide Richtungen des Stapels ermöglicht (falls auf beiden Seiten des Stapels entsprechende
Halterungsstrukturen für das Verschieben angeordnet sind), vorzugsweise ansteuerbar ist, und vorzugsweise den Bewegungsablauf automatisch durchführt,
c) ein Hebemechanismus vorhanden ist,
welcher vorzugsweise an der Struktur befestigt ist und
welcher vorzugsweise einen Antrieb und eine Halterung aufweist, um den Stapel von Modulträgern anzuheben oder abzusenken, und den jeweils zu transferierenden Modulträger im Stapel,
vorzugsweise den obersten, in die für das Verschieben notwendige Transferebene bringt, dass der jeweilige Modulträger mit dem Transfermechanismus in die ausgefahrene Position bewegt werden kann,
und welcher zusätzlich ansteuerbar ist und vorzugsweise die gewünschte Bewegung automatisch durchführt,
d) einer Koppeleinrichtung für die Modulträger
die die Modulträger im ausgefahrenen Zustand zueinander mechanisch koppelt,
die vorzugsweise an der seitlichen Trägerstruktur der Modulträger angebracht und vorzugsweise so gestaltet ist, dass durch die Hebebewegung des Hebemechanismus eine Koppelung zwischen dem bereits ausgefahrenen Modulträger und dem vorzugsweise als nächstes zu transferierenden Modulträger auf dem Stapel (vorzugweise der oberste) zustande kommt,
e) einer Steuerung
welche vorzugweise die Ablaufsequenz (Ausfahren und Einfahren) der einzelnen Modulträger mit dem Transfermechanismus für das seitliche Transferieren und dem Hebemechanismus vom eingefahrenen Zustand in den ausgefahrenen Zustand steuert und vorzugsweise überwacht, vorzugsweise mit Online Zugriff auf Wetterdaten und -prognosen (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Schneefall, Regen, Sturm, Temperatur, Luftfeuchtigkeit) ausgerüstet ist,
und/oder vorzugsweise auf eine lokale Sensorik mit aktuellen
Informationen zu z.B. Windgeschwindigkeit, Schneefall, Temperatur, Videokameras zugreifen kann,
und vorzugsweise mit einer Steuerungssoftware ausgestattet ist, die aufgrund dieser Informationen entscheidet, ob sich die Anlage im ausgefahrenen Betriebszustand befinden soll, oder in den Schutzzustand überführt werden soll.
Die Photovoltaikanlage beinhaltet Photovoltaikmodulträger 1 , die auf einer Tragstruktur 1 1 , vorzugsweise mit Dach 5, übereinander gelagert sind und von einem „Off Zustand" oder Schutzzustand oder Ruhezustand bei schlechter Witterung (z.B., starker Wind, Schnee, Schutz vor Vandalismus) in den Betriebszustand versetzt werden, indem sie mittels eines Transfermechanismus 3, 142 auf einer Führungsstruktur 2,140 verschoben werden (insbesondere von einer Ruheposition in eine Betriebsposition). Falls zusätzlich eine vertikale Transfereinrichtung (bzw. Hebeeinrichtung) 15 vorhanden ist, erfolgt dieser Transfer schrittweise. Ein erstes Element 1 wird zum Beispiel in die Schienen 6 auf der Tragstruktur 2 verschoben, in dem der Transfermechanismus 3, mit zum Beispiel einem Elektromotor 12 mit Spindel ausgestattet ist, ein Element 1 an Position 8 mittels eines einklinkbaren Mitnehmers 13 beidseitig mechanisch koppelt und es anschliessend um eine Elementbreite verschiebt.
Anschliessend wird das nächste Element 1 mit der Hubeinrichtung 15 in die Höhe der Schiene 6 gebracht. Beim Anheben findet eine mechanische Koppelung 9, 10 und vorzugsweise auch eine elektrische Koppelung zum vorgängig transferierten
Modulträger statt. Die Elemente können vorzugsweise wie in Fig. 7, dargestellt, mittels integrierter Stecker 18, 19, elektrisch gekoppelt werden, aber auch untereinander fest verdrahtet sein, wie in Fig. 15, 16 dargestellt.
Der Transfervorgang für die Elemente 1 wird durch eine Steuerung ausgelöst und überwacht. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle Elemente 1. 1 ", 1"" ausgefahren, bzw. eingefahren sind. Beim Einfahren findet die Entkoppelung des vorgängig gekoppelten Modulträgers, der sich auf dem Stapel befindet, durch das Absenken des ganzen Stapels durch den Hebemechanismus statt. Um ein sicheres Abkoppeln zu gewährleisten, sind auf der Oberseite des Stapels Entkoppelelemente 162, zum Beispiel Federn oder ausfahrbare Bolzen angebracht, um zusätzlich zur Schwerkraft des
Modulträgers und/oder bei nicht vertikalen Stapelanordnungen ein zuverlässiges
Entkoppeln des jeweiligen Modulträgers sicherzustellen.
Die Anlage bzw. deren Steuerung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie zum Ausfahren der Modulträger in den Betriebszustand zumindest die folgenden Schritte in Abfolge ausführen kann:
- (a) ein auf einem Stapel 4 von Modulträgern 1", 1"' angeordneter Modulträger 1 " wird in einer Transferebene mittels des Transfermechanismus 3 um eine Modulträgerbreite seitlich verschoben und dabei vom Stapel 4 genommen und auf eine Tragstruktur 2 gelegt, wobei ein oder mehrere vorangehende weiterer Modulträger 1 ', welche auf der Tragstruktur 2 liegen und mit dem Modulträger 1 " direkt oder indirekt gekoppelt sind, beim Verschieben mitgenommen werden und dadurch ebenfalls um eine
Modulträgerbreite seitlich verschoben werden,
- (b) danach wird der Stapel 4 mittels des Hebemechanismus 15 angehoben bis ein dem vorhergehenden Modulträger 1 " nachfolgender, weiterer Modulträger 1 "' die
Transferebene erreicht und mit dem vorhergehenden Modulträger 1 " auf derselben Höhe ist, wobei beim Anheben der nachfolgende, weitere Modulträger 1 '" mit dem vorhergehenden Modulträger 1 " mechanisch koppelt und dadurch in der Transferebene mit diesem mechanisch gekoppelt ist,
- (c) die Schritte (a) und (b) werden wiederholt, vorzugsweise bis alle Modulträger 1 ', 1", 1 "' vom Stapel 4 genommen und damit auf der Tragstruktur 2 in einer Reihe flächig ausgebreitet sind.
Die Anlage bzw. deren Steuerung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie zum Einfahren der Modulträger in den Schutzzustand zumindest die folgenden Schritte in Abfolge ausführen kann: - (d) ein Modulträger 1 '" wird mittels des Transfermechanismus 3 um eine
Modulträgerbreite seitlich auf eine Stapelanlage verschoben, weitere Modulträger 1 ", 1', welche an den ersten Modulträger 1 "' direkt oder über einen oder mehrere weitere Modulträger in Folge indirekt gekoppelt sind, werden dabei mitgenommen und ebenfalls um je eine Modulträgerbreite seitlich verschoben,
- (e) danach wird der in der Stapelanlage angewachsene Stapel 4 von Modulträgern wird mittels des Hebemechanismus 15 abgesenkt, wobei der eine zuvor auf die
Stapelanlage verschobene Modulträger 1 "' mitgenommen wird und sich die Koppelung zum nachfolgenden Modulträger 1" beim Absenken löst (optional unterstützt durch eine Entkoppeleinrichtung 162),
- (f) die Schritte (d) und (e) werden wiederholt, vorzugsweise bis alle Modulträger 1 "', 1 ", 1 ' mechanisch voneinander abgekoppelt auf der Stapelanlage übereinander liegen und damit eingefahren sind.
Bei einer 2-seitigen Anordnung (Modulträger auf beiden Seiten der Tragstruktur 1 1 ) werden die Elemente 1 zum Beispiel erst in die eine Richtung ausgefahren und dann in die andere Richtung. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle Modulträger aus dem Stapel auf die Tragstruktur verschoben sind, bzw. wieder eingefahren sind. Die
Steuerung ist mit einer Logik ausgestattet und besitzt vorzugsweise eine Sensorik (Wind- und Schneesensor, Videokamera, etc.) und/oder online Zugriff auf Wetterdaten, um zu entscheiden, ob die Anlage sich im Betriebszustand oder dem„Off-Zustand" befinden soll. Auch ist die Steuerung vorzugsweise mit einer Onlineüberwachung ausgerüstet.
Die Tragstrukturen 2, 1 1 , sind sinnvollerweise mechanisch verspannt 63, 65, um eine Realisierung mit geringem Materialaufwand zu ermöglichen. Vorzugsweise wird eine Schiene 6 als Gleitfläche eingesetzt und die Kontaktfläche zwischen der Gleifläche der Schiene und der Gleitfläche des Modulträgers so gestaltet (102), dass die Kontaktfläche optimiert wird, um zum Beispiel Wasser und Schmutz von der Kontaktfläche
abzuweisen. Seitliche Öffnungen 103 erlauben, dass Schmutz und Wasser entweichen kann. Ein Steg 101 verhindert, dass der Moduträger aus der Führung 6 des Trägers entweichen kann.
Seitliche Rollen 55 bei den Trägern können den Reibwiderstand und damit die notwendige Antriebskraft für den Antrieb 3 erheblich reduzieren und können bei gewissen Anwendungen vorteilhaft sein.
Das Element 1 besteht aus einer Tragstruktur mit Längsträgern 41 , 43 an den Enden und zusätzlich, je nach Breite des Modulträgers und Auslegungsparametern weiteren Längsträgern 42 unterhalb der Solarelemente, die mit Querträgern an den Enden 45 oder weiteren Querträgern verbunden sind (je nach Trägergrösse) und auf denen ein oder mehrere Solarmodule 49, vorzugsweise Leichtmodule ohne Glas, befestigt sind. Die Solarmodule enthalten verschaltetete Solarzellen 7, zum Beispiel kristalline
Solarzellen, bi-faciale Zellen, Dünnschichtsolarzellen oder einen anderen geeigneter Zellentyp.
Die seitlichen Schienen 41 , 43 können mit einer Traufnase 51 und einer Auffangrinne 53 ausgerüstet sein, um ein Abtropfen von Regenwasser zwischen den Modulträgern zu verhindern. Vorzugsweise ist dann an den Enden der Modulträger
Wasserauffangeinrichtung (Fig. 18., 125) am Ende der Modulträger angebracht., Auch empfiehlt sich eine geringe Neigung der Lage der Modulträger in Richtung der
Auffangeinrichtung, um sicherzustellen, dass bei Regen, das Wasser auf die Seite der Wasserauffangeinrichtung 125 zuverlässig eingesammelt wird und dann abgeführt werden kann.
Eine oder mehrere Modulreinigungseinrichtungen 21 , zum Beispiel unter dem Dach 5 angeordnet, erlaubt/-en während dem seitlichen Transfer/Ein- Ausfahren der
Modulträger 1 , diese zu reinigen. Die Reinigungseinrichtung 21 kann zum Beispiel mit Rohrelementen angeordnet längsseitig entlang der Elemente 1 , ausgestattet mit optimierten Öffnungen oder Düsen 22 für Luft oder eine Reinigungsflüssigkeit und/oder einer mechanische Bürste 23 oder einem Abstreifer umgesetzt sein. Rotierende
Elemente 29 in vertikaler Richtung oder alternativ auch horizontaler Richtung können bei Standorten mit hohem Verschmutzungsgrad die Reinigungseffizienz erheblich erhöhen. Ein automatischer Betrieb der Reinigungsanlage reduziert die Unterhaltskosten der Anlage erheblich.
Die Photovoltaikanlage kann zusätzlich auf Kundenwunsch mit Beleuchtungselementen 150 und/oder Smart Cell Sendern (d.h. z.B. Mobilfunksender) oder anderen Typen von Funkeinrichtungen 152 konfiguriert sein, um einen weiteren Zusatznutzen für den Kunden mit geringen Kosten bereitzustellen. Die Unterseite 160 der Elemente 1 kann als Werbefläche gestaltet sein oder zusätzlich mit Beleuchtungselementen ausgestattet sein, was einen weiteren Zusatznutzen bereitstellen kann.
Vorteilhaft sind so-genannte„Jersey" Betonelemente 120, die als Rammschutz und Reifenabweiser für Autos dienen und auch eine Auslegung erlauben können, dass die0 Anlage nach Montage keine weitere Verankerung im Boden benötigt.
Vorteilhaft ist weiter ein Verriegelungsmechanismus für den Stapel in eingefahrenem Zustand, der sicherstellt, dass die gestapelten Elemente 1 mechanisch gesichert oder geklemmt sind, was zum Beispiel durch ein Anheben mittels des Hebemechanismus 15 erreicht werden kann, das oberste Element 1 die Unterseite des Dachs 5 berührt und anschliessend am Spindelantrieb 15 ein Moment am Antrieb angelegt wird, dass die Module geklemmt sind, bei Wind nicht verrutschen können und damit auch eine
Diebstahlsicherung gewährleistet ist, da zum Beispiel anschliessend der Antrieb sich im abgeschalteten Zustand verriegelt und aus diesem verriegelten Zustand entsichert werden müsste, was mit erheblichem Aufwand und Fachkenntnissen verbunden ist.0 Der Bereich unter dem Modulstapel aber Überkopf, womit keine Parkfläche geopfert wird, eignet sich ideal für die Unterbringung der Kontrollbox 32 mit Steuerung, für die Unterbringung von Wechselrichtern, der Starkstromanschlüsse für die Netzverbindung und der Stromverteilung, aber auch elektrischen Energiespeichern und Einrichtungen zum Betanken von Elektrofahrzeugen. Falls die Anlage mit Einrichtungen zum Beladen5 von Elektrofahrzeugen ausgerüstet ist, können auszieh- oder ausfahrbare Kabel 33, mit Steckern 34 durch die Öffnungen 31 abgesenkt werden. In diesem Falle ist eine Kontrollpaneele 30 sinnvoll zur Abwicklung der Transaktion des Kunden für das
Betanken. Für Elektro-LKW's mit hohem Leistungsbedarf empfiehlt sich eine
Kontrollboxanordnung mit einem oder auch mehreren ausfahrbaren Kabeln auf einer oder beiden Seiten des Fahrzeugs, auch kann eine mechanisch gesteuerte Einrichtung automatisch von oben eine Steckverbindung zum Fahrzeug herstellen, falls dieses mit einer entsprechenden Aufnahmeeinrichtung ausgerüstet sind. In diesem Falle, ist die Tragstruktur 1 1 in der Höhe anzupassen, dass der LKW unter der Kontrollbox 32 passieren kann und auch die Kontrollboxanordnung 32 entsprechend anzupassen. Eine besonders attraktive Kombination bei grösseren Anlagen besteht aus dem bereits beschriebenen Photovoltaikdach, einem elektrischen Speicher zur Maximierung des Eigenverbrauchs des Photovoltaikstroms durch den Kunden und einer Charge oder Fast Charge Einrichtung für das schnelle Betanken von Elektrofahrzeugen (>30 kW pro Fahrzeug). Die Charge- oder Fastcharge-Einrichtung greift vorzugsweise auch auf den vorhandenen elektrischen Speicher zu, um im Bedarfsfall die notwendige hohe
Ladeleistung bereitzustellen, ohne dass die Stromzuleitung des Kunden, diese hohen Leistungsspitzen abdecken muss.
Kurzbeschreibunq der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen schematisch:
Figur 1 : Schematisch den Aufbau der Anlage;
Figur 2a: schematisch die Anlage mit Modulen in eingefahrenem
Zustand;
Figur 2b: Details der Trägerschiene, auf welcher die Modulträger (1 )
gleiten oder rollen,
Figur 3: Solarmodulträger mit Details;
Figur 3b Detail von Fig. 3, das Regentraufe und Rinne zeigt;
Figur 4: Transfereinheit mit Solarmodul Detail für den linearen
horizontalen Transfer der Solarmodulträger und Position der Entkoppelelemente, die beim Absenken, ein Entkoppeln
sicherstellen;
Figur 5: Detail mit Transfereinheit (Hebeeinheit) zum Transfer (Heben)
der Solarmodulträger in vertikaler Richtung mit Position der
Entkoppelelemente über dem Stapel; Figur 6a: Detail der mechanischen Koppelung der Solarmodulträger,
Ansicht die die Modulträger vor dem Anheben durch den
Vertikalantrieb 15 zeigt;
Figur 6b: Detail der mechanischen Koppelung der Solarmodulträger,
Ansicht nach dem Anheben;
Figur 7a, b: Detail der elektrischen Koppelung der Solarmodulträger;
Figur 8: Reinigungseinrichtung für die Solarmodulträger;
Figur 9a: Komplett assemblierte Solarmodulbox;
Figur 9b. c: Infrastrukturelemente für Errichtung der Anlage;
Figur 10: Anlage mit Kontrollbox und Kontrollpanel;
Figur 11 : Typische Masse (in mm) einer Anlage für 4 Parkplätze mit
Einrichtungen für Beleuchtung und Smart Cell;
Figur 12: Sequenz zur Errichtung einer Anlage;
Figur 13: Parkfeld mit mehreren Anlagen;
Figur 14: Parkfeld mit Variante der Anlage die einseitig ausfährt;
Figur 15: Verkabelungsvariante fest; Module im Stapel, gezeigt mit
grösserem Abstand zum besseren Verständnis;
Figur 16: Verkabelungsvariante fest; Ansicht der Module im
ausgefahrenen Zustand;
Figur 17: Variante der Anlage mit gekrümmten, bogenartigen Führungen
und mit angepassten Stapeleinheiten 1 10, 114 zum Stapeln der Module 112;
Figur 18: Anlage mit Betonfundamenten (Jersey Type) und
Einrichtungen zur Zuführung von Strom und Abführung von
Regenwasser;
Figur 19: Einrichtung, die ein horizontales Ausfahren der Modulträger
mittels eines Band- oder Kettenantriebs ohne vertikale
Hubeinrichtung im ausgefahrenen Zustand;
Figur 20: Einrichtung gemäss Fig. 19 im eingefahrenen Zustand.
Beschreibung der Figuren
Bei der Vorrichtung in dieser Erfindung handelt es sich um eine Leichtgewicht- Solaranlage. Eine Grundvariante davon ist in Fig. 1 im Betriebszustand dargestellt. Die Solarmodulträger 1 werden schrittweise ausgefahren. Eine Stützstruktur 2 bietet seitliche Führungen 6 (Fig. 2b) für Solarmodulträger 1. Die seitliche Führung 6 kann mit einer Stufe 101 ausgerüstet sein zur mechanischen Sicherung der Modulträger (kein Ausrutschen möglich) (Fig. 2b). Zusätzlich erhöhen eine minimierte Kontaktfläche 102 auf der Schiene oder alternativ eine minimierte Kontaktfläche auf dem seitlichen Träger 45 und seitliche Öffnungen 103 die Toleranz gegenüber Verschmutzung oder ein
Anfrieren der Element 1 auf dem Träger. Ein Antrieb, zum Beispiel ausgeführt mit einem Motor 12 (Fig. 4), der zum Beispiel an eine Gewindespindel gekoppelt ist, erlaubt, die Module horizontal zu befördern.
Der Hub des Horizontalantrieb ist vorzugsweise in einer Länge ausgeführt, welche es erlaubt einen Modulträger um mindestens eine Modulbreite vom Stapel zu verschieben.
Der Horizontalantrieb verschiebt also das erste Modul vom Stapel um eine Modulbreite auf die Stützstruktur. Anschliessend wird der nächste Modulträger in Transferposition angehoben. Dann verschiebt der Horizontalantrieb dieses nächste Modul zusammen mit dem vorgängigen Modul um eine weitere Modulbreite.
Der Horizontalantrieb kann auch, wie zum Beispiel in Fig. 19 und Fig. 20 dargestellt mit einem Band, Seil oder einem Riemen 142 über die ganze Länge der horizontalen
Führung 6 einer Stützstruktur 2 ausgeführt sein.
Fig. 2a zeigt die Vorrichtung in dem eingefahrenen („Off') Zustand. Die Solarmodule sind eingefahren und gestapelt (Stapel 4). In Fig. 5 ist ein Ausschnitt der Vorrichtung gezeigt und damit die gestapelten Solarmodule (Stapel 61 ) in mehr Detail). Ein Dach 5 schützt die Solarmodule vor Schneelast oder hoher Windlast. Die Stützstruktur 2 ist so ausgelegt, dass sie einerseits das Gewicht der Solarmodulträger 1 aufnehmen kann und, die durch den Wind generierten Kräfte bei mässiger Windstärke. Sie ist weiter so konzipiert, dass sie durch die geringe Windangriffsfläche sehr hohen Windlasten ( 150 km/h) standhalten kann, falls die Solarmodulträger 1 eingefahren sind. Verstrebungen 63, 65 führen zu weiterer Stabilität. Eine mechanische Sicherung 75 (Fig. 10), die an Querstreben der Struktur 1 1 befestigt sein kann, aber auch zusätzlich für einen verbesserten Schutz mit einem versteiften vollflächiges Blechelement ausgerüstet sein kann, verhindert das verrutschen der einzelnen Solarmodulträger 1 im Stapel 4, 61. Eine sogenannte„Hurricane" Variante für Windgeschwindigkeiten bis zu 220 km/h ist mit überschaubarem Mehraufwand realisierbar. Fig. 2b zeigt im Detail die Führung 6 in den im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Querträgern der Strukturprofile 2, das die Zone zeigt, in denen die Modulträger 1 gleiten und im ausgefahrenen Zustand gelagert sind. Der Modulträger 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Modulträger 1 kann mit einem vollflächigen oder mehreren teil-flächigen Solarmodulen, bestückt mit kristallinen
Solarzellen 7 oder anderen Solarzellenarten, zum Beispiel Dünnschichtzellen, ausgerüstet sein. Die Solarmodule sind auf der Oberseite des Modulträgers mit diesem mechanisch verbunden. In der typischen Anordnung sind die Solarzellen in knappen Abständen montiert, um eine hohe Energiedichte zu erhalten. Die Zellen können natürlich auch in grösseren Abständen zueinander assembliert sein (z-B. 5 x 9 Zellen anstatt 6 x 10 Zellen pro 1 x 1.65 m2), wodurch Abstände im Bereich von mehreren Zentimetern entstehen und auf der Bodenfläche bei Sonnenschein ein Muster entsteht und mehr Licht auf der Unterseite vorhanden ist. Diese Variante kann mit Bi-Fazialen Zellen kombiniert werden, womit ein Teil des Lichts auf der Modulunterseite durch die Rückseite der Solarzelle wieder eingefangen werden kann und ein gesteigerter
Energieertrag resultiert.
Der Modulträger 1 (auch als Element bezeichnet), der vorzugsweise mit einer rechtwinkligen Modulumrahmung ausgeführt ist, weist seitliche Trägerstrukturen 41 , 43 an den Längsseiten und weitere Halterungsstrukturen 45 an den Breitseiten auf, je nach Länge des Trägers aber auch weitere Halterungen (42, unter Solarmodul, nicht sichtbar) zwischen 41 , 43 zur zusätzlichen Versteifung. Die Halterstruktur 45 kann an mindestens einer Stelle 8 mit dem Koppelmechanismus 13 des Transfermechanismus 3 gekoppelt werden womit anschliessend ein seitliches Verschieben des Trägers 1 ermöglicht wird. Weiter befindet sich am Modulträger 1 eine Einrichtung 9 zur mechanischen Koppelung zum bereits vorgängigen ausgefahrenen Modul. Die Lage der Einrichtung 9 ist vorzugsweise im Bereich der seitlichen Träger 45. Auf der Gegenseite der
Koppeleinrichtungen 9 des Modulträgers ist jeweils eine komplementäre Koppeleinrichtung 10 angebracht.
Im dargestellten Falle handelt es sich um einen Modulträger 1 mit ca. 180 Solarzellen, der eine Breite von ca. 1 Meter aufweist und eine Länge von ca. 5 Metern besitzt. Als Option kann der Modulträger 1 mit einer Abtropfnase 51 (Fig. 3b) und Auffangrinne 53 (Fig. 3b) ausgerüstet sein, um ein Abtropfen von Regenwasser zwischen den
Modulträgern zu vermeiden. In diesem Falle ist es sinnvoll, die Anlage mit einer leichten Neigung (Mehrere Promille) längs der Modulträger 1 zu versehen, um ein definiertes Abrinnen des Regenwassers zu gewährleisten. Zusätzlich wird in diesem Falle eine Traufe entlang des tieferliegenden seitlichen Querträgers der Stützstruktur 2 angebracht zum definierten Abführen des eingesammelten Regenwassers. Die seitliche
Halterungseinrichtung 45 kann seitlich Rollen oder Kugellager 55 aufweisen, mittels derer der Modulträger 1 gleitet, womit der Reibungswiderstand zum Verschieben der Modulträger 1 massiv verringert wird. Dabei wird eine sinnvolle Materialpaarung gewählt, um den resultierenden Reibungskoeffizienten zu minimieren.
Die Transfereinrichtung 3 für die horizontale Bewegung ist in Fig. 4 dargestellt. Sie ist in diesem Falle mit einer Kugelumlaufspindel oder einer Gewindestange (in Fig. 4 nicht sichtbar) ausgerüstet und mit Motorantrieb 12 realisiert. Auf einer Halterung, die an die Spindel, bzw. die Gewindestange gekoppelt ist, bewegen sich die Pindrives 13, die mit ausfahrbaren Pins ausgerüstet sind. Die seitliche Bewegung kann aber auch mittels anderer Methoden umgesetzt werden, z.B. Pneumatik- oder Hydraulikzylinder,
Riemenantrieb, etc.). Die Pindrives 13, auf der Transfereinrichtung angebracht, können (z.B. elektrisch oder pneumatisch ansteuerbar) einen Stift ausfahren, der in die entsprechende Öffnung 8 in der Halterung 45 des Modulträgers 1 eingreift und anschliessend einen zuverlässigen Transfer des Modulträgers mit dem horizontalen Drive 3 zulässt. Diese mechanische Koppelung kann auch mit anderen Methoden gestaltet sein, z.B. einer Verzahnung.
Nach dem Transfer um eine Modulträgerbreite in eine Richtung (Transfer ist in beide horizontale Richtungen möglich) wird der Modulstapel 4, 61 um einen
Modulträgerabstand angehoben, damit der nächste Modulträger 1 transferiert werden kann. Nachdem alle Modulträger ausgefahren sind, wird ein letztes oder unterstes Element 73 (d.h. ein letztes oder unterstes Element 73 des ursprünglich vollständigen Stapels 4,61 , Fig. 5) auf die Transferhöhe angehoben (falls eine elektrisch/mechanische Koppelung verwendet wird 18, 19), das dann die elektrische Koppelung zu den ausgefahrenen Solarmodulträgern herstellt und eine Abführung der Energie (Strom) in den Wechselrichter ermöglicht, der sich in der Kontrollbox 32 (Fig. 10) befinden kann. Dieses Element 73 weist Kupplungen 9 auf beiden Seiten auf, damit der Strom von beiden Seiten abgeführt werden kann. In Gegenden ohne Schnee und ohne sehr hohe Windlasten kann auf das Dach 5 verzichtet werden. In diesem Falle könnte das vorgenannte unterste (oder letzte) Element 73 auch mit Solarzellen bestückt sein.
Mindestens zum Einfahren der Modulträger 1 ist eine mechanische Koppelung notwendig, falls der horizontale Transfermechanismus 3 gemäss Fig. 4 ausgeführt ist. Eine mögliche Ausführung davon ist auf Fig. 6a und 6b dargestellt. Sie zeigt die
Aufnahmeelemente 10 im bereits transferierten Modulträger und das Gegenstück 9 im nächsten Träger, die nach Anheben des nächsten Trägers mechanisch miteinander gekoppelt werden.
Eine mögliche mechanische und gleichzeitig elektrische Koppelung ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist im Zentrum der Koppelungseinheit 9 eine Buchse 18 eingespritzt. Als Buchse kann zum Beispiel das Buchsenelement verwendet werden, das bei kommerziell verfügbaren, bewährten Solarsteckem eingesetzt ist. Das Gegenelement 10 weist im Zentrum einen Stift 19 auf. Auch für dieses Element kann ein
Steckergegenstück eines bewährten Steckers eingesetzt werden, damit eine robuste elektrische Verbindung über die Lebensdauer der Anlage gewährleistet ist.
Eine weitere Variante für die elektrische Koppelung der Modulträger ist eine feste elektrische Verkabelung, wie sie auf den Fig. 15 und 16 dargestellt ist. In diesem Fall befinden sich auf dem Solarmodulträger Anschlussdosen. Vom oben liegenden Träger V wird von der Dose 81 zur Dose 87 des darunterliegenden Trägers 1" eine elektrische Verbindung 89 angebracht. Es besteht dann weiter eine Verbindung 91 von der Dose 85 dieses Trägers 1 " zur Dose des darunterliegenden Trägers 1 '", und so weiter. Im ausgefahren Zustand hängen die Kabel unter den Solarmodulträgern wie in Fig. 16 dargestellt. Ein Abstandhalter 93 verhindert, dass die Kabel im Trägerstapel 4, 61 verklemmt werden. Dieser Abstandshalter 93 ist auch in der Variante mit
mechanisch/elektrischer Koppelung sinnvoll, um ein Verkratzen der Moduloberfläche oder eine Kollision beim Einfahren auszuschliessen.
Bei einer Volumenproduktion wird der Photovoltaikmodulträger als integrierte Lösung für die Tragstruktur, die Transferfunktion und die elektrischen Verbindungen auszugeführt, zum Beispiel mit Spritzguss (Injection Molding) oder ähnlichen Verfahren.
Die Solarmodulträger 1 ', 1 ", 1"' sind elektrisch so verschaltet, dass sinnvolle
Spannungen für den Wechselrichter entstehen. Im Falle des Modulträgers (1 ) gemäss Fig. 1 mit ca. 180 Zellen auf einem Träger 1 ist es sinnvoll, diese zu 2 x 90 Zellen oder 3 x 60 Zellen in Serie zu verschalten. Die Modulträger zueinander sind vorzugsweise in Serie geschaltet, wobei eine Verbindung, jeweils die Modulträger vorzugsweise in Serie verschaltet. Die 2. Rückverbindung über (z.B. auf der Seite des jeweils zweiten Halters 45 auf der gegenüberliegenden Breitseite der Modulträger) stellt dann die elektrische Verbindung vom vordersten Modulträger (d.h. vom am weitesten ausgefahrenen
Modulträger) zum Wechselrichter (welcher sich z.B. in der Kontrollbox 32 befindet) her. Das heisst, auf den Modulträgern besteht eine Verbindung zwischen den
Steckkupplungen. Beim vordersten Modul ist eine elektrische Verbindung von der Solarmodulabgangseite zur elektrischen Rückverbindung angebracht, womit der elektrische Kreis nach dem Ausfahren geschlossen ist.
Für einen stabilen Energieertrag der Solaranlage ist eine regelmässige Reinigung, insbesondere der Solarzellenoberflächen, notwendig. Eine Reinigung der
Solarzellenoberflächen z.B. kann bei der Anlage, wie in Fig. 8 dargestellt, auf einfache Weise automatisch während dem Modulträgertransfer realisiert werden mittels einer Sprüheinrichtung 21 mit Düsen 22 durch die Luft, Wasser oder ein anderes Medium geblasen oder gesprüht werden kann. In Gegenden mit geringer Wasserverfügbarkeit ist ein Rezyklieren/Reinigen des Wassers sinnvoll. Seitliche mechanische Bürsten 23 erhöhen die Effizienz der Reinigung. Für Gebiete mit hohem Verschmutzungsgrad kann eine rotierende Reinigungsanordnung 29 mit mehreren Bürstenelementen 23 eingesetzt werden oder Reinigungseinrichtungen mit Bürsten und Flüssigkeit, die rechtwinklig zur Photovoltaikmodulf lache über dieser rotieren.
Besonders wichtig bei Solaranlagen sind die Gestehungskosten des erzeugten
Solarstroms. Daher sind die Montage-, Transport- und Errichtungskosten der Anlage von zentraler Bedeutung. Bei dieser Erfindung werden diese optimiert, in dem die komplette Anlage 28 beim Hersteller fertiggestellt werden kann und als Modul (Fig. 9) zum Aufstellungsort transferiert werden kann. Am Aufstellungsort (Fig. 9b) sind nur einfache Elemente (wie z.B. Fundamente 70, eventuell kombiniert mit Ankern zur Aufnahmen von Zugkräften oder ein Fundament gemäss Fig. 18 (120), ein
Stromanschluss 71 , und Regenwasserabfuhr 72) notwendig.
Unter den Modulträgem im eingefahrenen Zustand liegt die Kontrollbox 32, die überkopf ausreichend Platz für die Unterbringung der Steuerung, der Leistungselektronik und der Solarwechselrichter bietet. Zusätzlich können in der Box auch Stromtankstellen
(Leistungselektronik, Steuerung, Kabel) untergebracht sein. Ausfahrbare
Elektroladekabel mit Steckkupplung 33, 34 durch die Öffnungen 31 erlauben das Betanken der darunter befindenden Fahrzeuge und sind nach dem Einfahren von Beschädigungen geschützt. Steckkupplungen können auch seitlich (z.B. an oder nahe der Breitseite der Kontrollbox 32) angebracht sein, was für lange Fahrzeuge (wie z.B. Elektro-LKW Fahrzeuge) vorteilhaft sein kann. In diesem Falle wird die Strukturhöhe vorzugsweise so angepasst, dass Elektro-LKW's unter der Kontrollbox durchfahren können. Ein anschliessendes Einfahren der Kabel stellt sicher, dass diese von
Vandalismus und jeglicher Beschädigung geschützt sind und geringe Betriebskosten entstehen.
Falls die LKW's mit Steckereinrichtungen auf dem Dach ausgerüstet sind, können in der Kontrollbox 32 auch Roboterarme angebracht sein, die direkt das Kabel auf dem LKW einstecken, womit sich ein manueller Eingriff erübrigt.
Das seitliche Kontrollpanel 30 dient zur Registrierung der Benutzer, es kann aber auch für Service und Wartungszwecke der Anlage verwendbar sein. Die Steuerung in der Kontrollbox 32 hat eine zentrale Bedeutung. Einerseits ermittelt sie über Internetzugriff oder eine Vorortsensorik für zum Beispiel Wind, Schnee und/oder Videoüberwachung, ob die Witterungsbedingungen ein Ausfahren der Module erlauben oder ein unmittelbares Einfahren notwendig ist, andererseits stellt sie sicher, dass die Ausfahrsequenz zuverlässig abläuft. Die Ausfahrsequenz läuft folgendermassen ab. Der oberste Solarmodulträger wird mit dem vertikalen Antrieb 15 in die Transferposition (auf Höhe der horizontalen Führungsschienen 6 der Stützstruktur 2) gebracht. Dann fährt der horizontale Antrieb 12 die Pindriveeinheiten 13 zu den Modulträgeröffnungen 8.
Anschliessend fährt der Pin in der Pineinheit 13 aus und in die Öffnungen 8 ein. Hierfür ist in der Pineinheit 13 zweckmässigerweise ein Antrieb (Elektromagnet, Motor,
Pneumatik oder ähnliches) enthalten. Anschliessend wird der Solarmodulträger 1 mit dem Transfermechanismus horizontal vom Stapel 4, 61 auf die horizontalen
Führungsprofile 6 der Stützstruktur 2 um exakt die Distanz zwischen dem Zentrum der Kupplungen 9, 10 auf Solarmodulträger bewegt, damit anschliessend beim Anheben des folgenden Modulträgers eine mechanische Koppelung erfolgen kann. Je nach Konfiguration, kann der Stapel 4, 61 mit zum Beispiel fünf Modulträgern für die
Ausfahrrichtung A und fünf Modulträger für die Ausfahrrichtung B vorkonfiguriert sein. In hier dargestellten Fall wird der erste Modulträger um eine Modulbreite in Richtung A verschoben. Anschliessend fährt der Horizontalantrieb 3 die Pindrives 13 wieder ein und begibt sich in Warteposition für den Transfer des nächsten Modulträgers. Der
Vertikalantrieb15 hebt dann den Modulstapel 4, 61 an, damit sich der nächste
Modulträger in der Transferstellung befindet. Während der Hebebewegung rastet das Koppelelement 9 des sich anhebenden Modulträgers in das Gegenelement 10 im bereits verschobenen Modulträger ein und ist damit mechanisch (optional mechanisch und elektrisch) an den vorgängig verschobenen Modulträger gekoppelt. Anschliessend wird mit der horizontalen Transfereinheit 3 der angehobene Modulträger um eine Moduleinheit verschoben und die Prozedur wiederholt sich, bis alle fünf Module in Richtung A verschoben sind. Anschliessend wiederholt sich der gleiche Vorgang in Richtung B. Am Schluss wird die unterste Einheit 73 (falls die mechanische Koppelung mit einer elektrischen Koppelung 18, 19 ausgerüstet ist), angehoben, womit dann die Modulträger auch elektrisch gekoppelt sind. Die Einheit 73 hat eine Verbindung zum Wechselrichter, womit anschliessend die Stromerzeugung starten k.ann. Falls die Module eine feste elektrische Verbindung (z.B. per Kabel) aufweisen (Fig. 15, 16) ist das Element 73 nicht notwendig und die jeweils letzten Module pro Richtung weisen eine elektrische Verbindung zum Wechselrichter auf.
Die Steuerung kann bei Frost so konfiguriert sein, dass die Modulträger 1 , falls im ausgefahrenen Zustand, in regelmässigen Abständen bewegt werden, um ein Anfrieren an den Profilen auszuschliessen.
Zusätzlich können in der Kontrollbox 32 auch Speicherelemente untergebracht sein, die einerseits für den Anlagennutzer eine Optimierung des Eigenverbrauchs der
danebenliegenden Verbraucher (Betriebsgebäude, etc.) erlauben, andererseits aber auch die notwendige hohe Leistung für ein schnelles Beladen der Elektrofahrzeuge ermöglichen ohne auf eine sehr hohe Leistung des Anschlusskabels angewiesen zu sein.
Ein besonders wichtiges Merkmal dieser Anordnung speziell in Bezug zum Stromtanken ist, dass keine Parkfläche verschwendet wird und nur minime Anpassungen an die Infrastruktur notwendig sind, was bei klassischen Tankstellen nicht der Fall ist.
Fig. 1 1 zeigt eine erste sinnvolle Konfiguration der Anlage über vier Parkplatzfeldern. Die Anlagen können aneinander gereiht werden. Auch kann eine Variante so ausgelegt werden, dass Einheiten (Fig. 9) vorgefertigt werden, die aus mehreren parallelen Reihen von Solarmodulträgern bestehen (Mehrere Einheiten (28) längs aneinandergereiht mit zum Beispiel gemeinsamer Tragstruktur und gemeinsame mittigen
HebeA/erschiebeeinheiten, womit weitere Kosteneinsparungen realisiert werden können. Auch können mit einer Steuerung mehrere Anlagen bedient werden.
Fig. 12 zeigt die Schritte zur Errichtung dieser Solaranlage. Nachdem die Parkfelder mit den Fundamenten, Stromzufuhr, evtl. Wasserabfuhr ausgerüstet sind, wird die Anlage angeliefert. Anschliessend wird an die Einheit 28 die Seitenstruktur 2 angebracht. Die Stützen (1 1 ) werden montiert und die Einheit 28 wird angehoben und in Position gebracht und die Stromversorgung wird angeschlossen.
Nach dem Netzanschluss initialisiert sich die Anlage automatisch und fährt die
Modulträger aus, sofern die lokalen Wetterdaten, die über Internet empfangen werden oder mittels lokaler Sensordaten ermittelt werden, ein Ausfahren zulassen.
Fig. 13 zeigt mögliche Einrichtungen auf einem grösseren Parkplatzfeld. Fig. 14 zeigt eine Variante mit einseitigem Ausfahren, die besonders gut geeignet ist, falls die Parkplätze von der Zufahrt gegenseitig abgewandt sind und keine weiteren Parkplätze auf der Gegenseite bestehen, was in vielen Anordnungen der Fall ist.
Der Solarträger (38) muss nicht horizontal angeordnet sein. Er kann auch aufwärts oder abwärts von der Einheit 28 aus gesehen geneigt sein. Auch ein gekrümmter Träger (zum Beispiel Bogen-artig) mit entsprechenden Anpassungen der Leiste 45 (Fig. 3) ist möglich und erlaubt effizient die Überspannung grosser Distanzen, zum Beispiel über einer Autobahn oder einem Flussbett oder anderen nutzbaren Flächen. Für diese Anordnung wird vorzugsweise aufgrund der unterschiedlichen Einstrahlwinkel eine Maximiser-Einheit in jeder Solarmodulträgereinheit (1 ) eingesetzt, um den Energieertrag zu optimieren.
Fig. 1 1 zeigt zusätzlich zur Bemassung eine Beleuchtung 150 und eine Smart Cell Funkeinrichtung 152, die auch an der Einheit 28 in der Fabrik vormontiert werden können, falls dies vom Kunden gewünscht wird.
Fig. 18 zeigt Betonfundamente (120), die einen Rammschutz bieten und so ausgelegt werden können, dass keine zusätzliche Verankerung im Boden notwendig ist. Auch sind die Zuleitung für Strom 122, die vertikale Abführung für Regenwasser 124 und die Sammelrinnen 125 für die seitliche Aufnahme des Regenwassers dargestellt.
Fig. 19 und 20 zeigen eine alternative Einrichtung, die mit einem
Verschiebemechanismus 142 mit Mitnehmern 144 ausgerüstet ist. Weiters sind die
Modulträger 130, 132, 134 auf einer Schiene 140 gelagert und mit versetzten seitlichen Halterungen 146, 148, 150 ausgerüstet und einer mechanischen Koppelung 147, 149. Diese Einrichtung hat den Vorteil gegenüber der vorgängig beschriebenen Anordnung, dass keine vertikale Hubeinrichtung notwendig ist. Für Agrokulturanwendungen ist eine Anordnung sinnvoll, die zusätzliche
Lichtdurchlässigkeit für Kulturpflanzen unter der Anlage gewährleistet. In diesem Falle können zwischen den Modulträgern 1„Dummy-Einheiten" eingefügt sein, die zumindest breitseitig aus zwei Verbindungselementen 45 bestehen, die evtl. zusätzlich mit
Längsprofilen, wie z.B. Längsprofilen 41 , 43, zu einer Rahmenstruktur verbunden sind. Auch können bespielweise alternativ Verlängerungen am Trägerelement 45 angebracht sein mit Kupplungselementen 9, 10 am Ende dieser Verlängerungen, um
Zwischenabstände zwischen den Modulträgern herzustellen.
Die Führungsprofile 6 der Stützstruktur 2 werden in diesem Falle proportional verlängert und können zusätzlich mit Bodenstützen in gewissen Abständen (Empfehlung z.B. 10- 30 Meter) abgestützt werden.
Abgesehen von den vorgängig beschriebenen und skizzierten Anwendungen ist die beschriebene Anlage auch hervorragend geeignet für den Einsatz für
Terrassenbeschattung und/oder -regenschutz mit kombinierter Stromerzeugung. In diesem Falle ist es sinnvoll, angepasste schmalere, in der Länge für das Objekt konfigurierte Modulträger einzusetzen, um den Kundenwünschen und auch
ästhetischen Gesichtspunkten zu entsprechen.
Legende
1 , 1 ', 1 ", 1 "' Solarmodulträger
2 seitliche Querträger einer Stützstruktur
3 Transfereinheit mit Antrieb zum horizontalen Transfer der
Solarmodulträger
4 Modulstapel
5 Schutzdach vor Sturm und Schnee, auch mit Photovoltaik Modulen
bestückbar
6 Führung in Querträger für die Halterung der Solarmodulträger (auch
Führungsprofil oder Führung genannt)
7 Solarzellen
8 Vertiefung zur Koppelung des Modulträgers mit Transfereinheit
9 Mechanisches Koppelungselement (Weiblich)
10 Mechanisches Koppelungselement (Männlich), Gegenstück zu 9
1 1 Stützstruktur vertikal, auf der die Urban Box 28 und die horizontale
Stützstruktur 2 gelagert ist
12 Motor der Transfereinheit 3
13 Pin Drive mit ausfahrbarem Pin zur mechanischen Koppelung zu
Solarmodulträgern (1 )
14 Parkplatz für 2 x 2 Fahrzeuge, typischerweise 2x2.5 Meter breit, 2 x 5
Meter
15 Transfereinheit für vertikalen Transfer (bzw. Hebeeinheit)
17 Halterung auf der der Solarmodulträgerstapel gelagert ist und die mit der sich bewegenden Führung des vertikalen Antriebs (15) verbunden ist.
18 Steckerkupplung in Koppelelement 9
19 Steckerkupplung in Koppelelement 10
21 Sprüheinrichtung über Solarmodulen zum Reinigen der Module 22 Düsen in Sprüheinrichtung für Reinigung
23 Seitliche Bürsten für mechanisches Reinigung
28 Assemblierte Einheit, bereit für Transport
29 Rotierende Elemente bzw. rotierende Reinigungsanordnung
30 Kontrollpanel zur Bedienung der Anlage oder der Stromtankstelle in
Kontrollbox
31 Öffnungen für ausfahrbare Stromtankkabel
32 Kontrollbox mit Steuerung, Umrichter, evtl. Speicher und Stromtankstelle
33 Ladekabel, das aus Kontrollbox ausgerollt wird
34 Stecker des Ladekabels
37 Mehrere seitlich angeordnete Anlagen, d.h. seitlich nebeneinander
aufgereiht angeordnete Anlagen
38 Seitlicher Längsträger
41 Erster seitlicher Längsträger (rechts) von Solarmodulträger (1 )
42 Längsträger in der Mitte zwischen 41 und 43 für zusätzlichen Support beim Einsatz von Glasfreien Leichtmodulen
43 Zweiter seitlicher Längsträger (links) von Solarmodulträger (1 )
45, 45' Erste seitliche Halterungsstruktur eines Solarmodulträgers (an der ersten
Breitseite)
49 Solarmodul in welches Solarzellen eingebettet sind und welches mit den seitlichen Trägern verbunden ist
51 Abtropfnase für Regenwasser entlang des Trägers
53 Auffangrinne für Regenwasser entlang des Trägers
55 Rollen
61 Modulstapel (Solarmodule in eingefahrenem, gestapeltem Zustand)
63 Verstrebungen
65 Verstrebungen
70 Fundamente 71 Stromanschluss
72 Regenwasserabfuhr
73 Element zur Stromabführung
75 Mechanische Sicherung für Modulelemente in Stapel,
81 Dose 1 auf Modul 1 '
83 Dose 2 auf Modul 1 '
85 Dose 1 auf Modul 1 "
87 Dose 2 auf Modul 1 "
89 Verbindungskabel Modul 1' zu Modul 1 "
91 Verbindungskabel Modul 1 " zu Modul 1 '"
93 Abstandhalter am Modulträger
101 Seitensteg an Profil, das verhindert, dass Träger aus Profil
herausrutschen kann
102 Gleitfläche auf Profil mit Radius oder ähnlicher Struktur zur Minimierung der Kontaktfläche zwischen Modulträger 45 und Profil
103 Seitliche Öffnungen entlang des Profils, dass Wasser oder
Verschmutzung entweichen kann, seitliche Öffnungen können auch entlang des Seitenstegs (101 ) angebracht für denselben Zweck
120 Seitliche Betonfundamente, die als Rammschutz dienen
122 Zuleitung von Strom zur Kontrollbox 32
124 Abführung von Regenwasser
125 Abführung von Regenwasser von seitlicher Stützstruktur
130 Vorderster Modulträger der alternativen Einrichtung
132 Weiterer Modulträger der alternativen Einrichtung
134 Weiterer Modulträger der alternativen Einrichtung
140 Tragschiene der alternativen Einrichtung, die an Stützstruktur 1 1 befestigt ist
142 Antriebseinrichtung, umlaufendes Seil, Band, Kette mit Mitnehmern 144 für das Aus- und Einfahren des Modulträgers 130
144 Mitnehmer an Antriebseinrichtung für das Verschieben des Modulträgers
145 Koppelement des ersten Modulträgers zur Mitnahme des 2. Modulträgers
146 Seitliche Lagerung des Modulträgers 130 mit Auskragung, dass
Mitnehmer 144 den Modulträger verschieben können
147 Koppelelement des 2. Modulträgers zur Mitnahme des 3. Modulträgers
148 Seitliche Lagerung des 2. Modulträgers, versetzt zu 146, dass keine
Kollision beim Einfahren auftreten kann
149 Seitliche Lagerung des 3. Modulträgers, versetzt zu 148, dass keine
Kollision auftreten kann
150 Beleuchtung
152 Small Cells Funkeinrichtungen (d.h. Smart Cell Sender oder andere
Typen von Funkeinrichtungen)
160 Werbefläche auf der Unterseite der Modulträger
162 Entkoppelelemente, zum Beispiel Federn oder ausfahrbare Bolzen

Claims

Ansprüche: 1. Photovoltaikanlage, mit mehreren bewegbaren Photovoltaikmodulträgern, einer Struktur (1 1 ) zur Halterung der Photovoltaikmodulträger (1 ) im Schutzzustand und einer Tragstruktur (2) für die Photovoltaikmodulträger (1 ) im ausgefahrenen Betriebszustand
dadurch gekennzeichnet, dass:
a) die Modulträger (1 )
auf mindestens der Oberseite mit einem oder mehreren Photovoltaikmodulen (49), die Solarzellen (7) enthalten, bestückt sind, im Schutzzustand auf einer Struktur (11 ) übereinander gestapelt angeordnet sind,
im ausgefahrenen Betriebszustand auf einer Tragstruktur (2) flächig ausgebreitet sind,
b) ein Transfermechanismus (3) vorhanden ist,
welcher derart ausgelegt ist, dass er die einzelnen Modulträger (1 ) vom Schutzzustand seitlich vom Stapel (4) weg auf eine Tragstruktur (2) verschieben kann und umgekehrt,
welcher derart ausgelegt ist, dass er beim Verschieben der einzelnen Modulträger (1 ) vom Stapel (4) weg auf eine Tragstruktur (2) die Modulträger (1 ) flächig ausgebreiten kann,
c) ein Hebemechanismus (15) vorhanden ist,
welcher ausgelegt ist, um den Stapel (4) von Modulträgern (1 ) anzuheben oder abzusenken,
welcher ausgelegt ist, einen jeweils zu transferierenden Modulträger (1 ) im Stapel (4), vorzugsweise den obersten, in eine für das Verschieben notwendige Transferebene zu bringen, damit der jeweilige Modulträger (1 ) mit dem Transfermechanismus in den ausgefahrenen Betriebszustand bewegt werden kann, d) Koppeleinrichtungen (9, 10, 13, 145, 147) für die Modulträger ( 1 ) vorhanden sind, welche an den Modulträgern (1 ) angebracht und so gestaltet sind, dass
durch eine Hebebewegung des Hebemechanismus (15) eine Koppelung zwischen dem bereits ausgefahrenen Modulträger (1 ) und dem als nächstes zu transferierenden Modulträger (1 ) auf dem Stapel (4) zustande kommt,
die Modulträger (1 ) im ausgefahrenen Zustand zueinander mechanisch gekoppelt sind,
die Modulträger über die Koppeleinrichtung zueinander mechanisch so koppelbar sind, dass die bereits ausgefahrenen Modulträger durch das
Verschieben eines einzelnen Modulträgers mit dem
Transfermechanismus zusammen mit dem einzelnen Modulträger seitlich verschoben werden,
e) eine Steuerung (32) zum Ansteuern von Transfermechanismus und
Hebemechanismus vorhanden ist, welche eine Ablaufsequenz zum Ausfahren und Einfahren der einzelnen Modulträger (1) mittels Transfermechanismus (3) und Hebemechanismus (15) steuert und vorzugsweise überwacht.
2. Photovoltaikanlage nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transfermechanismus ein seitliches Bewegen in zwei Richtungen, d.h. auf beide Seiten des Stapels (4), ermöglicht.
3. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtungen (9. 10, 13, 145, 147) seitlich Modulträgern angebracht sind.
4. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der als nächstes zu transferierende Modulträger (1 ) auf dem Stapel (4) der oberste Modulträger im Stapel (4) ist.
5. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) in der Bewegungsrichtung der
Modulträger (1 ) vorzugsweise horizontal oder leicht nach oben oder unten geneigt angeordnet ist, oder aber auch gekrümmt, radial gekrümmt, anderweitig gekrümmt oder gebogen oder auch stark geneigt sein kann.
6. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Verriegelungsmechanismus ausgestattet, der die Module (1 ) im Stapel (4) nach dem Einfahren mechanisch sichert oder klemmt.
7. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, aber so gestaltet, dass die Tragstruktur (2) der Module im ausgefahrenen
Betriebszustand vorzugsweise in der Höhe angeordnet ist (Nutzung der Fläche unter der Anlage), vorzugsweise > 2 Meter über Autoparkplätzen,
Fussgängerzonen, > 4 Meter über LKW Parkplätzen oder Strassen.
8. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Modulträger (1 ) mit einer zusätzlichen elektrisch koppelbaren Verbindung (18, 19) versehen sind und beim Transferieren sowohl mechanisch, als auch elektrisch gekoppelt werden.
9. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter ausgerüstet mit einer PV-Modulreinigungseinrichtung, die während des seitlichen
Modultransfers eine Reinigung der einzelnen Photovoltaikmodulträger (l ) mittels einer Flüssigkeit, Luft oder einem anderen Medium und/oder einer mechanischen Reinigung, insbesondere mittels Abstreifer und/oder Bürste und/oder einem vertikal oder horizontal rotierendem Reinigungselement oder einer andersartigen
Reinigungsmethode erlaubt.
10. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich mit einer Einrichtung (51 , 53) versehen, die bei Regen das Wasser entlang der Länge der Modulträger auffängt und ein Abtropfen verhindert und vorzugsweise an mindestens einem Ende der Modulträger sammelt und ableitet und dazu
vorteilhafterweise mit einer geringen Neigung (>1%) der Solarmodulträger in Richtung der Sammeleinrichtung aufgebaut ist.
11 . Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter ausgerüstet mit Beleuchtungselementen (150), welche sich an den Tragstrukturen (2) befinden.
12. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter ausgerüstet mit einer Smart Cell oder ähnlichen Funkeinrichtungen (152).
13. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter ausgerüstet mit Bodenelementen (120), z.B. Beton-Elemente, die so gestaltet sind, dass sie:
- vorzugsweise eine Befestigung der Struktur (11 ) erlauben,
- vorzugsweise auch als Rammschutz dienen können und
- vorzugsweise einen Aufbau ohne Anker oder anderweitige Befestigung zum Untergrund ermöglichen.
14. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorgängigen Ansprüche aber mit Photovoltaikmodulträgern bestückt, die zusätzlich mit farblicher Gestaltung, zum Beispiel Werbung, und/oder Beleuchtungselementen auf der Unterseite ( 160) versehen sind.
15. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorgängigen Ansprüche, aber mit einem oder mehreren Zwischenelementen ohne Solarmodule oder seitlichen Abstandelementen zwischen den Modulträgern ausgerüstet, dass zwischen den Modulträgern im ausgefahrenen Zustand ein Abstand im Bereich von einer oder mehreren Modulbreiten erzeugt werden kann.
16. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Einheit (32), z.B. eine Kontrollbox, Überkopf, vorzugsweise unter dem Photovoltaikmodulstapel angeordnet ist, die vorzugsweise den elektrischen Verteiler, die Steuerung, die Solarwechselrichter und
vorzugsweise auch elektrische Energiespeicher enthält.
17. Photovoltaikanlage nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diese Überkopf-Einheit (32) weiters die Elemente einer Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge zum Betanken mit AC und/oder DC enthält und vorzugsweise mit einem Mechanismus versehen ist, der die Elektrokabel aus der Einheit nach unten absenken kann und vorzugsweise ein weiteres Ausziehen der Kabel durch den Nutzer zum Betanken der Fahrzeuge zulässt und ein anschliessendes Einziehen ermöglicht.
18. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Solarzellen (7) der Photovoltaikmodule (49) ausgewählt sind aus kristallinen Solarzellen, bi-faciale Solarzellen, Dünnschichtzellen oder Kombinationen davon.
19. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung mit Online Zugriff auf Wetterdaten und - Prognosen (z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Schneefall, Regen, Sturm, Temperatur, Luftfeuchtigkeit) ausgerüstet ist.
20. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung auf eine lokale Sensorik mit aktuellen Informationen zu z.B. Windgeschwindigkeit, Schneefall, Temperatur, Videokameras zugreifen kann.
21. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung mit einer Steuerungssoftware ausgestattet ist, die aufgrund dieser Informationen entscheidet, ob sich die Anlage im
ausgefahrenen Betriebszustand befinden soll, oder in den Schutzzustand überführt werden soll.
22. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anlage bzw. deren Steuerung derart ausgelegt ist, dass sie zum Ausfahren der Modulträger in den Betriebszustand zumindest die folgenden Schritte in Abfolge ausführen kann:
- (a) ein auf einem Stapel (4) von Modulträgern (1 ", 1 "') angeordneter Modulträger (1 ") wird in einer Transferebene mittels des Transfermechanismus (3) um eine Modulträgerbreite seitlich verschoben und dabei vom Stapel (4) genommen und auf eine Tragstruktur (2) gelegt, wobei ein oder mehrere vorangehende weiterer Modulträger (V), welche auf der Tragstruktur (2) liegen und mit dem Modulträger (1 ") direkt oder indirekt gekoppelt sind, beim Verschieben mitgenommen werden und dadurch ebenfalls um eine Modulträgerbreite seitlich verschoben werden,
- (b) danach wird der Stapel (4) mittels des Hebemechanismus (15) angehoben bis ein dem vorhergehenden Modulträger (1 ") nachfolgender, weiterer Modulträger (1 '") die Transferebene erreicht und mit dem vorhergehenden Modulträger (1 ") auf derselben Höhe ist, wobei beim Anheben der nachfolgende, weitere Modulträger (1 "') mit dem vorhergehenden Modulträger (1 ") mechanisch koppelt und dadurch in der Transferebene mit diesem mechanisch gekoppelt ist,
- (c) die Schritte (a) und (b) werden wiederholt, vorzugsweise bis alle Modulträger (1 \ 1 ", 1 "') vom Stapel (4) genommen und damit auf der Tragstruktur (2) in einer Reihe flächig ausgebreitet sind.
23. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage bzw. deren Steuerung derart ausgelegt ist, dass sie zum Einfahren der Modulträger in den Schutzzustand zumindest die folgenden Schritte in Abfolge ausführen kann:
- (d) ein Modulträger (1 "') wird mittels des Transfermechanismus (3) um eine Modulträgerbreite seitlich auf eine Stapelanlage verschoben, weitere Modulträger (1 ", 1 '), welche an den ersten Modulträger (1 '") direkt oder über einen oder mehrere weitere Modulträger in Folge indirekt gekoppelt sind, werden dabei mitgenommen und ebenfalls um je eine Modulträgerbreite seitlich verschoben,
- (e) danach wird der in der Stapelanlage angewachsene Stapel (4) von
Modulträgern wird mittels des Hebemechanismus (15) abgesenkt, wobei der eine zuvor auf die Stapelanlage verschobene Modulträger (1 "') mitgenommen wird und sich die Koppelung zum nachfolgenden Modulträger (1 ") beim Absenken löst, z.B. optional unterstützt durch eine Entkoppeleinrichtung (162),
- (f) die Schritte (d) und (e) werden wiederholt, vorzugsweise bis alle Modulträger (1 "', 1 ", V) mechanisch voneinander abgekoppelt auf der Stapelanlage
übereinander liegen und damit eingefahren sind.
24. Stromtankstelle
dadurch gekennzeichnet, dass überkopf auf einer Struktur 1 1 eine Einheit angeordnet ist,
die die Elemente einer Stromtankstelle für das Betanken von
Elektrofahrzeugen (PKW und/oder LKW) mit AC und/oder DC enthält und vorzugsweise mit einem Mechanismus ausgerüstet ist, der Elektrokabel von oben nach unten absenken kann,
und vorzugsweise ein weiteres Ausziehen der Kabel zum Betanken der
Fahrzeuge zulässt und ein anschliessendes Einziehen ermöglicht und vorzugsweise für LKW die Einheit in einer Höhe angeordnet hat, dass diese unter dieser Einrichtung passieren können.
25. Stromtankstelle nach Anspruch 24, zudem ausgerüstet mit einer
Photovoltaikeinrichtung gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 23.
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