WO2022009082A1 - Energieeffizientes modulares gewächshaus - Google Patents

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WO2022009082A1
WO2022009082A1 PCT/IB2021/056033 IB2021056033W WO2022009082A1 WO 2022009082 A1 WO2022009082 A1 WO 2022009082A1 IB 2021056033 W IB2021056033 W IB 2021056033W WO 2022009082 A1 WO2022009082 A1 WO 2022009082A1
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WO
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frame element
energy
greenhouse
modular greenhouse
roof
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Application number
PCT/IB2021/056033
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Reichert
Original Assignee
Werner Reichert
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Filing date
Publication date
Application filed by Werner Reichert filed Critical Werner Reichert
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/243—Collecting solar energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0468—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising specific means for obtaining partial light transmission through the module, e.g. partially transparent thin film solar modules for windows
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • the present invention relates to an energy efficient modular greenhouse constructed from a plurality of modules, each of the modules having a roof supporting at least one transparent roof panel.
  • the Austrian patent application AT 511 169 A1 discloses a modular building.
  • the modular building comprises two or more building modules, each of which has a supporting skeleton, which comprises vertical supports arranged on the vertical edges of a cuboid and floor and ceiling supports arranged on the horizontal edges of the cuboid.
  • the supporting skeletons of the neighboring building modules are connected to each other by screw connections.
  • the German utility model DE 9409728 U1 discloses a greenhouse.
  • the greenhouse is built up modularly from several segments.
  • Each segment consists of at least two side windows and at least two roof windows that form a gable roof.
  • Pin-shaped connecting elements are used to create a stable connection with a second profile rail of the adjacent segment forming the roof ridge.
  • the German utility model DE 202007005638 U1 discloses a modular greenhouse.
  • the modular greenhouse consists of a truss-like frame. Translucent walls, for example, can be held in the frame.
  • a pavilion section consists of at least three, in particular four, horizontal sub-sections which form approximately a semicircle.
  • the sloping roof elements are isosceles triangles, the vertices of which converge.
  • the German utility model DE 202012004302 U1 discloses a modular building kit made of wood composite materials.
  • the building kit consists of a group of identical individual building blocks made of wood or wood composite materials.
  • the individual building blocks are assembled within a given grid to form building structures and their shell.
  • the German utility model DE 202016 107268 U1 discloses a building element system for a modular lightweight building.
  • the construction element system comprises several panels for side walls and several panels for roof panels for roof construction.
  • the panels each have a plug-in profile which is designed in such a way that each of the panels can be connected to at least one other panel by means of a plug-in profile.
  • WO 2016/180068 A1 discloses a modular lightweight building typically comprising a plurality of modules.
  • the modular building can be composed of modules of the same type or of modules of different types. It is useful that the modules of the second type are chosen so that they can accommodate the modules of the first type for transport purposes.
  • the Austrian patent specification AT 513032 B1 discloses a multifunctional building with a cuboid support structure that supports a roof.
  • the roof is provided with elements of a solar system.
  • a surface expansion element is provided, which is at least partially provided with photovoltaic elements. The surface expansion element can be folded up and expands the roof surface for electricity generation using photovoltaics.
  • WO 2014/126474 A1 discloses a building that can be parked on a surface.
  • the building includes an inner supporting structure and an outer shell.
  • German patent application DE 102018 199915 A1 relates to a module for a modular structure that can be created from a large number of modules.
  • Each individual module consists of a floor element and a roof element arranged opposite the floor element.
  • a first side wall connecting the roof element and the floor element and a second side wall connecting the roof element and the floor element are also provided.
  • the structure can be provided with photovoltaic modules for generating solar energy and/or with wind turbines for generating wind energy.
  • the international patent application WO 2008/058950 A1 discloses a cover element for greenhouses or the like.
  • the covering element comprises: at least a first substantially transparent layer with alternating stripes with at least one optical means for deflecting and concentrating light.
  • There is also at least a second partially opaque layer comprising alternating stripes of optically neutral and substantially transparent stripes alternated with opaque stripes and consisting of at least one photovoltaic element.
  • the Chinese patent application CN 101 455 165 B discloses a greenhouse that supports several photovoltaic elements on the roof. The electricity generated by the photovoltaic elements is fed to a battery and a control unit.
  • Japanese patent application JP 2001258390 relates to a greenhouse using natural energy, electrical energy generated by solar cells or electrical energy generated by a fuel cell.
  • the solar cells or the fuel cells are not assigned to the greenhouse.
  • German utility model DE 202011 102874 U1 discloses a sun protection device with a solar element.
  • a carrier element on the side facing the sun has a recess for receiving the solar module, in which the solar module is inserted essentially flush with the surface facing the sun.
  • the object of the invention is to create an energy-efficient and modular greenhouse that can be expanded quickly and energy-efficiently and also includes means for operating the modular greenhouse so that the modular greenhouse can be operated essentially independently even when environmental conditions change over time.
  • each of the modules has a roof that supports at least one transparent roof surface.
  • the roof can be designed in such a way that it only supports a transparent roof surface.
  • the cross section of the roof is a right triangle.
  • At least one, at least partially transparent cover is on the roof surface.
  • the partially transparent cover defines a photovoltaic module which is designed, for example, to be partially transparent or adjustable with regard to its transparency.
  • An energy store can be connected to the at least one photovoltaic module of each module in order to store the energy of the electricity generated by the at least one photovoltaic module.
  • control and monitoring unit that communicates with internal sensors, external sensors, several actuators and the energy store of the modular greenhouse.
  • the control and monitoring unit uses the data from the internal sensors and external sensors and in connection with predefined setpoint values of the modular greenhouse to determine setting values for the actuators of the modular greenhouse.
  • the actuators are controlled accordingly using the setting variables calculated by the control and monitoring unit.
  • the advantage of the invention is that the modular greenhouse can be set up quickly and in a time-saving manner using the individual modules and that the modular greenhouse can be operated in an energy-efficient and largely self-sufficient manner, taking into account the current and temporally changing environmental conditions.
  • a control and data acquisition unit is bi-directionally communicatively connected to the internal sensors, the external sensors, the plurality of actuators and the energy store.
  • the control and data acquisition unit communicates with the control and monitoring unit, which is provided in a control center (56).
  • control and monitoring unit are bidirectional and communicatively connected to the control and monitoring unit.
  • the control and monitoring unit is provided in a control center.
  • the energy store can be a battery (battery store).
  • the energy store can also be a power-to-gas system, with which hydrogen or methane can be generated and stored from the electricity generated by the photovoltaic modules in the greenhouse.
  • a fuel gas is produced by means of water electrolysis and the use of electricity.
  • This combustible gas that is: hydrogen, possibly ammonia, methane
  • the energy storage device can also be a power-to-liquid system, with which methanol, for example, can be generated and stored from the electricity generated by the photovoltaic modules in the greenhouse.
  • the solar power generated by the photovoltaic modules can be stored using a power-to-liquid system.
  • By electrolysing water using solar power hydrogen can be produced, which is converted into methanol by reacting with carbon dioxide.
  • the liquid methanol is extremely easy to store.
  • each of the multiple modules of the energy efficient modular greenhouse is defined by two, preferably parallel, longitudinal sides (longitudinal panels) and two, preferably parallel, transverse sides (transverse panels).
  • a first frame element and a second frame element are arranged parallel to one another along the two longitudinal sides.
  • a third frame element and a fourth frame element are arranged along the two transverse sides.
  • At least two roof structures are detachably connected to the first frame element and the second frame element.
  • the at least two roof structures are arranged parallel to the third and fourth frame elements.
  • the roof structures of each module carry at least partially transparent covers that represent a photovoltaic module that the respective form a transparent roof surface.
  • the roof structure, first frame member, second frame member, third frame member, and fourth frame member for each module may be made of wood, metal, plastic, or a mixture of the foregoing.
  • metal aluminum is preferable due to its low weight.
  • plastic it is advisable to make it fiber-reinforced in order to achieve sufficient stability for the entire module.
  • Glass fiber reinforced plastics are also suitable.
  • a frame for the floor element can also be made of wood, metal or plastic.
  • the frame elements each carry at least two roof structures on the longitudinal sides of the several outward-facing modules of the greenhouse.
  • at least one transparent cover (photovoltaic module) of the roof structures can be attached to the long sides of the outward-facing modules of the greenhouse.
  • At least the transparent cover of the roof structures on the long sides of the outward-facing modules of the greenhouse, which points to the sky, is provided.
  • the photovoltaic modules can be designed as thin-film solar cells.
  • Thin-film cells come in different designs, depending on the substrate and the vapor-deposited materials.
  • Thin-film cells differ from traditional solar cells (crystalline solar cells based on silicon wafers) primarily in their production processes and the layer thickness of the materials used.
  • the thin-film cells are usually applied directly to a carrier material by vapor deposition.
  • the carrier material can be glass, sheet metal, plastic or another material.
  • Thin-film modules are not dependent on a rigid substrate such as glass or aluminum. A lower level of efficiency is accepted with roll-up solar cells for hiking backpacks or sewn into clothing; the Weight factor is more important than optimal light conversion.
  • the thin-film solar cell is connected to a transparent pane of the transparent cover or applied directly to the transparent pane.
  • the thin-film solar cell can have a number of recesses that make the transparent cover partially transparent.
  • a number of slats pivotable about an axis are mounted in a frame of the transparent cover.
  • the slats of the transparent cover define the photovoltaic module.
  • Each pivoting slat carries a thin-film solar cell on one surface.
  • the surfaces of the pivotable slats can each be flat, convex or concave.
  • each greenhouse consisting of the individual modules has a local control and data acquisition unit.
  • the greenhouse is provided with internal sensors and external sensors which, as already mentioned, can supply measurement data and/or parameters to the local control and data acquisition unit.
  • the internal sensors can be temperature sensors, humidity sensors, light sensors, and so on.
  • the external sensors can be temperature sensors, light sensors, wind sensors, etc.
  • the control and data acquisition unit can be communicatively connected to actuators that can be actuated accordingly by the control and data acquisition unit and/or the control and monitoring unit in order to achieve the desired target settings in the greenhouse and in the greenhouse for the plants set optimal conditions.
  • several individual modular greenhouses can communicate with a control and monitoring unit in a central office.
  • the individual modular greenhouses can communicate with the control and monitoring unit in the control center via a cloud, for example.
  • the data and parameters of each modular greenhouse are evaluated with the control and monitoring unit.
  • the evaluation results are made available to the respective assigned control and data acquisition units of the individual modular greenhouses. Instructions, commands, messages and so on go from the central control and monitoring unit to the local control and data acquisition units of the modular greenhouses.
  • the control and monitoring unit in the control center can also be used, for example, to implement condition-based maintenance (CBM).
  • CBM condition-based maintenance
  • the CBM functions of remote maintenance and trend analysis allow the user of the modular greenhouses to be informed of possible errors or failures at an early stage.
  • the user interface can be, for example, a mobile phone, a tablet or a laptop.
  • Figure 1 is a schematic top plan view of a greenhouse made up of a plurality of modules such as can be used to construct an energy efficient modular greenhouse;
  • Figure 2 is a schematic top plan view of a single module which can be used to construct an energy efficient modular greenhouse
  • Figure 3 shows a schematic perspective view of a single module
  • FIG. 4 shows a schematic view of a possible embodiment of the structure of a roof structure for the individual modules
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a possible embodiment of the transparent cover, which is provided with thin-film solar cells that are designed to be partially transparent;
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of the transparent cover along section line AA shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic plan view of a further possible embodiment of the transparent cover with partially transparent thin-film solar cells
  • Figure 8 shows a schematic plan view of yet another possible embodiment of the transparent cover provided with movable slats
  • Figure 9 is a sectional view of the embodiment shown in Figure 7 along section line B-B;
  • FIG. 10 shows a possible embodiment of the slats used
  • FIG. 11 shows another possible embodiment of the slats used
  • FIG. 12 shows yet another possible embodiment of the slats used
  • Figure 13 shows a schematic side view of a modular greenhouse made up of several modules
  • Figure 14 shows a schematic side view of a modular greenhouse constructed in two storeys from a plurality of modules
  • Figure 15 shows a schematic plan view of a modular greenhouse made up of several modules arranged in matrix form
  • FIG. 16 shows a perspective schematic view of a container for the transport of module or modules dismantled into individual parts
  • FIGS. 17A to 17D show a preferred embodiment of the dimensioning of the individual components of a module so that a container can be optimally filled;
  • Figure 18A shows a representation of a possible embodiment of the communication of a single modular greenhouse with a locally provided control and monitoring unit;
  • Figure 18B is an illustration of a single modular greenhouse communicating with a central control and monitoring unit.
  • FIG. 19 shows a representation of the communication of the individual modular greenhouses with a control and monitoring unit provided in a control center.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of the floor plan 1G of the energy-efficient modular greenhouse 1, which is constructed from a large number of modules 10-i, 102, ..., 10N.
  • the plurality of modules 10-i, 102,..., 10N represents an embodiment of a greenhouse 1 and should not be construed as a limitation of the invention.
  • each module 10i, 102, ..., 10N defines two longitudinal sides 12 and two transverse sides 14.
  • a first frame element 2 ⁇ and a second frame element 22 extend along the two longitudinal sides 12 which are arranged parallel to each other (see Fig. 2).
  • a third frame element 3 and a fourth frame element 3 2 which are arranged parallel to one another (see FIG. 2), extend along the two transverse sides 14 .
  • the third frame element 3 is detachably connected at its opposite ends to the first frame element 2i and the second frame element 2 2 , the third frame element 3i and the fourth frame element 3 2 are connected to one another.
  • FIG. 2 shows a schematic, perspective view of a floor plan 9 of an embodiment of a single module 10i, 102,..., 10N that can be used for the construction of an energy-efficient modular greenhouse 1 and as described in connection with FIG .
  • the single module 10i
  • the distract module 10i, 102, ..., 10N defines two longitudinal sides 12 on which, as already described above, the first frame element 2i and the second frame element 22 are arranged parallel to one another.
  • Thetician module 10i, 102, ..., 10N also defines two transverse sides 14, on which, as already described above, the third frame element 3 and the fourth frame member 3 2 are arranged parallel to each other. If the first frame element 2i or the second frame element 22 is arranged at a right angle to the third frame element 3 or to the fourth frame element 3 2 , the outline 9 has the shape of a rectangle.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a single module 101, 102, ..., 10N, which is, for example, a basic component of the greenhouse 1, which is connected to an energy store 7 (see Figures 1 and 18).
  • At least two roof structures 20 are for the formation of a roof 4 of each module 101, 102, ..., 10N in the illustrated embodiment are provided which are mounted so as to align with the third frame element 3 and the fourth frame member 3. 2
  • the at least two roof structures 20 are connected to the first frame element 2i and the second frame element 22 .
  • the at least two roof structures 20 of each module 10i, 102, . . . , 10N carry at least one transparent cover 25 (see, for example, FIG.
  • the transparent roof surfaces 5 are the assigned to several photovoltaic modules 29 (see, for example, Fig. 5-9).
  • first frame element 2i, the second frame element 2 2 , the third frame element 3 or the fourth frame element 3 2 can be provided with a transparent side surface 6 depending on their installation in the energy-efficient greenhouse 1 .
  • the energy-efficient greenhouse 1 is constructed from a large number of individual modules 10i, 102, . . . , 10N (such as the module shown in FIG. 3).
  • the transparent roof surfaces 5 of the individual modules 101, 102, . . . , 10N carry the photovoltaic modules 29 (see FIGS. 5-9).
  • Those modules that are arranged on the outer sides 11 of the energy-efficient greenhouse 1 also have transparent side surfaces 6 (see FIGS. 1 and 3).
  • the transparent side faces 6 can also be provided with photovoltaic modules 29 .
  • the photovoltaic modules 29 of the energy-efficient greenhouse 1 are electrically connected to the energy store 7 .
  • the energy-efficient greenhouse 1 can be supplied with energy, such as light energy and/or heating energy, via the energy store 7 .
  • FIG. 4 shows a front view of a possible embodiment for a roof construction 20 which can be used for forming the roof 4 and also on the first frame element 2 and on the second frame element 22 .
  • the roof structure 20 has the shape of an obtuse isosceles triangle. It should be noted here that the shape of the triangle of the roof structure 20 should not be construed as a limitation of the invention. It is obvious to a person skilled in the art that the triangle of the roof structure 20 can take any form up to a right triangle.
  • the roof structure 20 comprises a first leg 21 and a second leg 22. The first leg 21 and the second leg 22 are connected to one another via a base 23 in the roof structure 20 shown here.
  • At least two roof structures 20 are required for the assembly of the cover 25, the first frame element 2 and the second frame element 22 connect with each other.
  • roof structure 20 illustrated in FIG. 4 is an isosceles triangle, this should not be construed as a limitation of the invention. It is obvious for a person skilled in the art that other roof constructions 20 for the modules 10i, 102, ..., 10N of the energy efficient modular greenhouse 1 are possible.
  • FIG. 5 shows a top view of a possible embodiment of the transparent cover 25, which is held or carried by the roof structure 20.
  • FIG. A frame 29 defines a photovoltaic module.
  • at least one thin-film solar cell 32 is applied to a transparent cover 25, such as a glass pane or a plastic pane.
  • the at least one thin-film solar cell 32 is provided with a multiplicity of recesses 34 (see FIG. 5).
  • the partially transparent property of the cover 25 can be achieved by means of the recesses 34 .
  • 7 shows another embodiment of the arrangement of the cutouts 34 in the thin-film solar cell 32.
  • the number of cutouts 34 can be designed such that a transparency of 20%, 30% or 40% is set for a cover 25 .
  • the above numbers regarding transparency should not be construed as limiting the invention.
  • FIG. 8 shows a plan view of yet another possible embodiment of the cover 25, which is provided with movable slats 40.
  • the slats 40 are movably arranged in the frame 29 of the cover 25 .
  • the slats 40 can be pivoted about axes 42 .
  • the slats 40 can be pivoted about the axes 42 by means of a controller (not shown) in such a way that the slats always assume the optimum position relative to the sun, so that the energy yield is optimized.
  • the slats 40 can be controlled in such a way that a defined shading for the interior of the greenhouse 1 can be set.
  • FIG. 9 shows a sectional view of the embodiment shown in FIG. 8 along section line BB.
  • the pivoting slats 40 are above the transparent one Cover 25 arranged.
  • the pivotable slats 40 are arranged in the frame 29 and, depending on the pivoted position, can ensure greater light transmission or shading.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of a possible embodiment of the slats 40 used.
  • a surface 44 of the slat 40 has a convex curvature with a substantially rectangular base 45.
  • the thin-film solar cell 32 is applied to the surface 44.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of a possible embodiment of the slats 40 used.
  • a surface 44 of the slat 40 has a convex curvature with a substantially rectangular base 45.
  • the thin-film solar cell 32 is applied to the surface 44.
  • the lamella 40 is concave.
  • the thin-film solar cell 32 is applied in the concave curvature (surface 44).
  • FIG. 12 shows yet another possible embodiment of the lamellae 40 used.
  • Each lamella 40 has a concave shape analogous to the lamella 40 of FIG.
  • the thin-film solar cell 32 is applied in the concave curvature (surface 44). Opposite the thin-film solar cell 32 there is an optical element 46 with which the incident light can be concentrated onto the thin-film solar cell 32 .
  • the embodiments of the lamellae 40 shown in FIGS. 10 to 12 should not be construed as limiting the invention.
  • the slats 40 shown merely represent possible embodiments.
  • slats 40 of different types can be combined in a frame 29 of the cover 25 .
  • the transparent pane 30 can be omitted.
  • FIG. 13 shows a schematic side view of an embodiment of the greenhouse 1 in which three modules 10i, 102 and 103 are connected to one another in the direction X shown here.
  • the module 10i which is placed at one end of the modular greenhouse 1, carries the at least two roof structures 20 for the roof 4. On the first frame element 2i, this module 10i also carries the at least two roof structures 20.
  • the module IO3 at the opposite end of the greenhouse 1 carries at least two roof structures 20 and are on the second frame element 22 of the module IO3 also at least two roof structures 20 are provided.
  • modules 10i, 102, ..., 10N of the greenhouse 1 are interconnected with the adjacent modules 10i, 102, ..., 10N.
  • Each of the modules 10i, 102, ..., 10N can also be provided with a floor element 8.
  • FIG. 14 shows another possible embodiment of the modular greenhouse 1.
  • the individual modules 10i, 102, . . . , 10N are arranged in the X direction and in the Z direction.
  • a two-story modular greenhouse 1 is thus obtained.
  • the modules 10i and 104 at the beginning of the X-direction and the modules 103 and 10e at the end of the X-direction are provided with at least two roof structures 20 on their first frame element 2 ⁇ and on their second frame element 22, respectively.
  • a modular greenhouse 1 is obtained which extends further in the Z direction, ie in height.
  • each of the modules 10i, 102, . . . , 10N can be provided with a base element 8.
  • FIG. 15 shows a plan view of a modular greenhouse 1 in which the individual modules 10i, 102, . . . , 10N are arranged in a matrix M.
  • the rows R1, R2, ..., RN extend in the X-direction and the columns S1, S2, ..., SN extend in the Y-direction.
  • Each of the modules 10i, 102,..., 10N of the greenhouse 1 is provided with a roof 4 (see Figure 3).
  • each of the modules 10i, 102, ..., 10N can be provided with a floor element 8 (see FIG. 13).
  • the roof 4 includes at least two roof structures 20.
  • the modules 10i, 10b , IO15 and IO22 in the first column S1 and the modules IO7, 10H, IO21 and IO28 in the last column SN are each equipped with at least two roof structures 20 (not shown) on first frame element 2i or on the second frame element 22 is provided.
  • the modules in the rows R1, R2, ..., RN are a second frame member 22 and a first Frame element 2i of a subsequent module connected to the modular greenhouse 1.
  • the container 100 has a container length CL, a container width CB, and a container height CH.
  • Figs. 17A to 17D show a preferred embodiment of the dimensioning of the individual components of each module 10i, 102, or can be filled in order to save transport volume or transport costs to the installation site.
  • Components of each module 10i, 102, ..., 10N are: a first frame element 2i, second frame member 22, a third frame member 3i, a fourth frame member 3 2, at least two roof structures 20 (only one shown), at least one transparent cover 25 , which comprises at least one photovoltaic element 32 .
  • a further component of the modules 10i, 102, . . . , 10N can be a floor element 8.
  • the first frame member 2 ⁇ and the second frame member 22 have a length L and a height H.
  • the third frame element 3 ⁇ and the fourth frame member 3 2 have a width B and a height H.
  • the bottom member 8 has a length L and a width B
  • the roof construction 20 has a base 23 with a width B and at least one leg 21 with a leg length SL.
  • the individual modules 10i, 102, ..., 10N can be preassembled in the factory and then displayed and connected to one another at the construction site for the greenhouse 1.
  • the components of the modules 10i, 102, . . . It is advantageous if the components of the modules 10i, IO2,..., 10N are transported in a container 100, so that the components of the modules 10i,
  • the length L of the first frame element 2i and the second frame element 22 is somewhat smaller than the container length CL.
  • the width B of the third frame element 3 ⁇ and the fourth frame element 3 2 corresponds to half the length of the first frame element 2i and the second frame element 22.
  • the height H of the first frame element 2 ⁇ and the second frame element 22 is equal to the height H of the third frame element 3 ⁇ and the fourth frame element 3 2 , the height H being smaller than the container height CH.
  • the base element 8 has a length L which corresponds to the length L of the first frame element 2i and the second frame element 22 .
  • the roof structures 20 for each module 10i, 102, ..., 10N have a width B of the base 23 which corresponds to the width B of the third frame element 3 ⁇ and the fourth frame member 3.
  • the transparent cover 25 has a length L which corresponds to the length L of the first frame element 2 1 and the second frame element 22 .
  • the width SL of the transparent cover 30 essentially corresponds to the leg length SL of the roof structure 20.
  • FIG. 18A shows a representation of a possible embodiment of the communication of a single modular greenhouse 1 with a locally provided control and monitoring unit 55.
  • the modular greenhouse 1 is provided with a number of internal sensors 52 and a number of external sensors 53.
  • FIG. The data and parameters recorded by the internal sensors 52 and the external sensors 53 can be transmitted directly to the control and monitoring unit 55 according to the embodiment shown here.
  • the control and monitoring unit 55 is bidirectionally connected to the internal sensors 52, the external sensors 53, the multiple actuators 57 and the energy store 7 of the modular greenhouse 1.
  • Predefined target values for the modular greenhouse 1 are stored in the control and monitoring unit 55, the control and monitoring unit continuously monitors the current status of the modular greenhouse 1 using the internal sensors 52 and external sensors 5.
  • control and monitoring unit 55 registers a deviation from the predefined target values
  • the actuators are actuated via the control and monitoring unit 55 so that the target values can be achieved inside the modular greenhouse 1.
  • Statistical values are also included in the calculation for achieving the target values in order to use the actuators as efficiently as possible so that overshooting the target values is avoided.
  • At least one user interface 58 can be associated with the modular greenhouse 1 .
  • the user interface 58 can, for example, display the messages and/or warnings generated by the central control and monitoring unit 55 to the operator of the local greenhouse 1 via a WLAN.
  • the operator is thus informed whether a functional error or a situation occurs in the respective local greenhouse 1 that, for example, current intervention by the operator himself is necessary. It is also possible for the operator to be informed in advance of any upcoming repairs or the replacement of components of the modular greenhouse 1 .
  • Fig. 18B shows a representation of a further embodiment of the communication of a single modular greenhouse 1 with a locally provided control and monitoring unit 55.
  • a control and data acquisition unit 50 of the modular greenhouse 1 collects or sends data and/or parameters from the internal sensors 52 , the external sensors 53, the multiple actuators 57 and the energy store 7.
  • the control and data acquisition unit 50 is bidirectionally connected to the internal sensors 52, the external sensors 53, the multiple actuators 57 and the energy store 7.
  • the control and data acquisition unit 50 is connected via a cloud 54 to the control and monitoring unit 55 which is itself provided in a control center 56 .
  • the local control and data acquisition unit 50 communicates with the cloud 54 via a firewall 51 and the Internet.
  • the cloud 54 itself then communicates with the central control and monitoring unit 55.
  • Fig. 19 shows a schematic representation of a further embodiment of the interconnection of several individual modular greenhouses 1, which are all in communication with a single control and monitoring unit 55.
  • the individual modular greenhouses 1 communicate via the cloud 54 with the control and monitoring unit 55 which is provided in a control center 56 .
  • Each of the modular greenhouses 1 supplies data and parameters that are recorded by internal sensors 52, external sensors 53, the actuators 57 and/or the energy store 7 of the respective greenhouses 1 and are made available to the individually assigned control and data recording units 50.
  • the respective control and data acquisition unit 50 communicates with the cloud 54 via a firewall 51 and the Internet.
  • the cloud 54 itself then communicates with the control and monitoring unit 55.
  • the control and monitoring unit 55 is provided in a control center 57.
  • At least one user interface 58 is also assigned to each of the modular greenhouses 1 .
  • the user interfaces 58 can receive the messages and/or warnings generated by the control and monitoring unit 55, for example via a WLAN. These can be displayed to the respective operator of the local greenhouses 1 via the user interfaces 58 .
  • the operator is thus informed centrally whether a functional error or a situation occurs in the respective local greenhouse 1 that, for example, an intervention by the operator himself is necessary. It is also possible for the operator to be informed in advance of any upcoming repairs or the replacement of components of the modular greenhouses 1 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein energieeffizientes modulares Gewächshaus (1), das aus mehreren Modulen (101, 102 ,..., 10N) aufgebaut ist. Jedes der Module (101, 102,..., 10N) besitzt ein Dach (4), das mindestens eine transparente Dachfläche (5) haltert. Die mindestens eine transparente Dachfläche (5) trägt mindestens ein Photovoltaikmodul (29), wobei das Photovoltaikmodul (29) teiltransparent oder hinsichtlich der Transparenz einstellbar ausgebildet ist. Ein Energiespeicher (7) ist mit dem mindestens einen Photovoltaikmodul (29) verbunden, um Energie des von dem mindestens einen Photovoltaikmodul (29) erzeugten Stroms zu speichern.

Description

Energieeffizientes modulares Gewächshaus
Die vorliegende Erfindung betrifft ein energieeffizientes modulares Gewächshaus, das aus mehreren Modulen aufgebaut ist, wobei jedes der Module ein Dach besitzt, das mindestens eine transparente Dachfläche haltert.
Die österreichische Patentanmeldung AT 511 169 A1 offenbart ein modulares Gebäude. Das modulare Gebäude umfasst dabei zwei oder mehr Gebäudemodule, die jeweils ein Tragskelett aufweisen, welches an den vertikalen Kanten eines Quaders angeordnete vertikale Stützen und an den horizontalen Kanten des Quaders angeordnete Boden- und Deckenträger umfasst. Die Tragskelette der benachbarten Gebäudemodule sind durch Verschraubungen miteinander verbunden.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 9409728 U1 offenbart ein Gewächshaus. Das Gewächshaus ist modular aus mehreren Segmenten aufgebaut. Jedes Segment besteht wenigstens aus zwei Seitenscheiben, sowie aus wenigstens zwei Dachscheiben, die ein Satteldach bilden. Zapfenförmige Verbindungselemente dienen zur Herstellung einer stabilen Verbindung mit einer zweiten, den Dachfirst bildenden, Profilschiene des benachbarten Segments.
Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 202007005638 U1 offenbart ein modulares Gewächshaus. Das modulare Gewächshaus besteht aus einem fachwerkartigen Rahmen. In dem Rahmen können beispielsweise lichtdurchlässige Wände gehalten werden. Ein Pavillonabschnitt besteht aus wenigstens drei, insbesondere vier horizontalen Unterabschnitten, die ungefähr einen Halbkreis bilden. Die geneigten Dachelemente sind gleichschenkelige Dreiecke, deren Spitzen sich annähern.
Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 202012004302 U1 offenbart einen modular aufgebauten Gebäudebausatz aus Holzverbundwerkstoffen. Der Gebäudebaukasten besteht aus einer Gruppe immer gleicher Einzelbausteine aus Holz oder Holzverbundwerkstoffen. Die einzelnen Bausteine werden innerhalb eines vorgegebenen Rasters zu Gebäudetragwerken und deren Hülle zusammengefügt. Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 202016 107268 U1 offenbart ein Bauelementsystem für ein modulares Leichtbaugebäude. Das Bauelementsystem umfasst mehrere Platten für Seitenwände und mehrere Platten für Dachplatten zum Dachaufbau. Die Platten weisen jeweils ein Steckprofil auf, das derart ausgebildet ist, dass jede der Platten mindestens mit einer anderen Platte mittels eines Steckprofils verbunden werden kann.
Die internationale Patentanmeldung WO 2016/180068 A1 offenbart ein modulares leichtes Gebäude, welches typischerweise eine Vielzahl von Modulen umfasst. Das modulare Gebäude kann aus Modulen der gleichen Bauart oder aus Modulen unterschiedlicher Bauart zusammengesetzt werden. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Module zweiter Bauart so gewählt werden, dass sie zu Transportzwecken die Module erster Bauart aufnehmen können.
Die österreichische Patentschrift AT 513032 B1 offenbart ein multifunktionales Gebäude mit einer quaderförmigen Tragkonstruktion, die ein Dach trägt. Das Dach ist mit Elementen einer Solaranlage versehen. Ferner ist ein Flächenerweiterungselement vorgesehen, das zumindest zum Teil mit Photovoltaikelementen versehen ist. Das Flächenerweiterungselement kann hochgeklappt werden und erweitert die Dachfläche für die Stromgewinnung mittels Photovoltaik.
Die internationale Patentanmeldung WO 2014/126474 A1 offenbart ein Gebäude, das auf einer Oberfläche abgestellt werden kann. Das Gebäude umfasst eine innere Tragkonstruktion und eine äußere Hülle.
Die deutsche Patentanmeldung DE 102018 199915 A1 betrifft ein Modul für ein modulares Bauwerk, das aus einer Vielzahl von Modulen erstellt werden kann.
Jedes einzelne Modul besteht aus einem Bodenelement und aus einem gegenüber dem Bodenelement angeordneten Dachelement. Ebenso ist eine erste das Dachelement und das Bodenelement verbindende Seitenwand und eine zweite das Dachelement und das Bodenelement verbindende Seitenwand vorgesehen. Das Bauwerk kann zur Gewinnung von Solarenergie mit Photovoltaikmodulen und/oder zur Gewinnung von Windenergie mit Windkraftanlagen versehen sein. Die internationale Patentanmeldung WO 2008/058950 A1 offenbart ein Abdeckelement für Gewächshäuser oder dergleichen. Das Abdeckelement umfasst: mindestens eine erste im Wesentlichen transparente Schicht mit abwechselnden Streifen mit mindestens einem optischen Mittel zum Ablenken und Konzentrieren von Licht. Ferner ist mindestens eine zweite teilweise lichtundurchlässige Schicht, die abwechselnde Streifen mit optisch neutralen und im Wesentlichen transparenten Streifen umfasst, die mit lichtundurchlässigen Streifen abgewechselt sind und aus mindestens einem photovoltaischen Element besteht.
Die chinesische Patentanmeldung CN 101 455 165 B offenbart ein Gewächshaus, das auf dem Dach mehrere Photovoltaikelemente trägt. Der von den Photovoltaikelementen erzeugte Strom wird einer Batterie und einer Steuereinheit zugeleitet.
Die japanische Patentanmeldung JP 2001258390 betrifft ein Gewächshaus, das die natürliche Energie, von Solarzellen erzeugte elektrische Energie oder von einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie nutzt. Dem Gewächshaus sind nicht die Solarzellen oder die Brennstoffzellen zugeordnet.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 202011 102874 U1 offenbart eine Sonnenschutzvorrichtung mit Solarelement. Ein Trägerelement auf der sonnenzugewandten Seite hat zur Aufnahme des Solarmoduls eine Aussparung, in der das Solarmodul im Wesentlichen flächenbündig mit der sonnenzugewandten Oberfläche eingesetzt ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein energieeffizientes und modular aufgebaut Gewächshaus zu schaffen, das schnell und energieeffizient ausgebaut werden kann und zudem Mittel zum Betrieb des modularen Gewächshauses umfasst, damit das modulare Gewächshause auch bei sich zeitlich verändernden Umweltbedingungen im Wesentlichen autarkbetrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein energieeffizientes modulares Gewächshaus gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein energieeffizientes modulares Gewächshaus aus mehreren Modulen aufgebaut. Jedes der Module besitzt ein Dach, das mindestens eine transparente Dachfläche haltert. Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das Dach derart gestaltet sein, dass es nur eine transparente Dachfläche haltert. Für diesen Fall ist der Querschnitt des Dachs ein rechtwinkliges Dreieck. Mindestens eine, zumindest teiltransparente Abdeckung, ist auf der Dachfläche. Die teiltransparente Abdeckung definiert ein Photovoltaikmodul, das beispielsweise teiltransparent oder hinsichtlich seiner Transparenz einstellbar ausgebildet ist. Ein Energiespeicher kann mit dem mindestens einen Photovoltaikmodul eines jeden Moduls verbunden sein, um die Energie des von dem mindestens einen Photovoltaikmodul erzeugten Stroms zu speichern. Flinzu kommt zumindest eine Steuerungs- und Überwachungseinheit, die mit internen Sensoren, externen Sensoren, mehreren Aktuatoren und dem Energiespeicher des modularen Gewächshauses kommunikativ verbunden ist. Die Steuerungs- und Überwachungseinheit ermittelt, anhand der Daten von den internen Sensoren und externen Sensoren und in Verbindung mit vordefinierten Sollwerten des modularen Gewächshauses, Einstellgrößen für die Aktuatoren des modularen Gewächshauses. Anhand der durch die Steuerungs- und Überwachungseinheit errechneten Einstellgrößen werden die Aktuatoren entsprechend gesteuert.
Der Vorteil der Erfindung ist, dass das modulare Gewächshaus mittels der einzelnen Module schnell und zeitsparend aufgebaut werden kann und dass ein energieeffizienter und weitestgehend autarker Betrieb des modularen Gewächshauses unter Berücksichtigung der aktuellen und sich zeitlich ändernden Umweltbedingungen möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform des energieeffizienten modularen Gewächshauses ist eine Steuerungs- und Datenerfassungseinheit bidirektional mit den internen Sensoren, den externen Sensoren, den mehreren Aktuatoren und dem Energiespeicher kommunikativ verbunden. Die Steuerungs- und Datenerfassungseinheit kommuniziert mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit, die in einer Zentrale (56) vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere modulare Gewächshäuser mit ihrer Steuerungs- und Datenerfassungseinheit bidirektional und kommunikativ mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit verbunden. Die Steuerungs- und Überwachungseinheit ist in einer Zentrale vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Energiespeicher eine Batterie (Batteriespeicher) sein. Der Energiespeicher kann auch eine Power-to-Gas-Anlage sein, mit der, aus dem Strom der Photovoltaikmodule des Gewächshauses, Wasserstoff oder Methan erzeugbar und speicherbar sind. Mittels Wasserelektrolyse und unter Einsatz von elektrischem Strom wird ein Brenngas hergestellt. Dieses Brenngas (das heißt: Wasserstoff, gegebenenfalls Ammoniak, Methan) kann gespeichert und später, beispielsweise, für eine spätere Rückverstromung genutzt oder zwischengespeichert werden.
Der Energiespeicher kann auch eine Power-to-Liquid Anlage sein, mit der, aus dem Strom der Photovoltaikmodule des Gewächshauses, beispielsweise Methanol erzeugbar und speicherbar ist. Der mittels der Photovoltaikmodule erzeugte Solarstrom kann mittels einer Power-to-Liquid-Anlage gespeichert werden. Durch die Elektrolyse von Wasser mittels des Solarstroms kann man Wasserstoff hersteilen, der durch Reaktion mit Kohlendioxid in Methanol umgewandelt wird. Das flüssige Methanol lässt sich hervorragend speichern.
Ebenso sind Kombinationen aus mehreren unterschiedlichen Energiespeichern denkbar.
In einer Ausführungsform ist jedes der mehreren Module des energieeffizienten modularen Gewächshauses durch zwei, vorzugsweise parallele, Längsseiten (Längsflächen) und zwei .vorzugsweise parallele, Querseiten (Querflächen) definiert. Entlang der beiden Längsseiten sind ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement parallel zueinander angeordnet. Entlang der beiden Querseiten sind ein drittes Rahmenelement und ein viertes Rahmenelement angeordnet. Mit dem ersten Rahmenelement und dem zweiten Rahmenelement sind mindestens zwei Dachkonstruktionen lösbar verbunden. Die mindestens zwei Dachkonstruktionen sind parallel zum dritten und vierten Rahmenelement angeordnet. Die Dachkonstruktionen eines jeden Moduls tragen zumindest teiltransparente Abdeckungen die ein Photovoltaikmodul darstellen, die die jeweilige transparente Dachfläche bilden.
Die Dachkonstruktion, das erste Rahmenelement, das zweite Rahmenelement, das dritte Rahmenelement und das vierte Rahmenelement für jedes Modul können aus Holz, Metall, Kunststoff oder einer Mischung aus den Vorgenannten hergestellt sein. Für die Herstellung aus Metall ist Aluminium aufgrund des geringen Gewichts zu bevorzugen. Bei einem Kunststoff empfiehlt es sich, diesen faserverstärkt herzustellen, um somit eine ausreichende Stabilität des gesamten Moduls zu erzielen. Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind ebenfalls geeignet. Auch ein Rahmen für das Bodenelement kann aus Holz, Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
Gemäß einer Ausführungsform tragen die Rahmenelemente an den Längsseiten der mehreren nach außen weisenden Module des Gewächshauses jeweils mindestens zwei Dachkonstruktionen. Insbesondere kann mindestens eine transparente Abdeckung (Photovoltaikmodul) der Dachkonstruktionen an den Längsseiten der nach außen weisenden Module des Gewächshauses angebracht sein. Zumindest ist die transparente Abdeckung der Dachkonstruktionen an den Längsseiten der nach außen weisenden Module des Gewächshauses, die zum Himmel weist, vorgesehen.
Die Photovoltaikmodule können als Dünnschicht-Solarzellen ausgebildet sein. Dünnschichtzellen gibt es in verschiedenen Ausführungen, je nach Substrat und aufgedampften Materialien. Dünnschichtzellen unterscheiden sich von den traditionellen Solarzellen (kristallinen Solarzellen basierend auf Siliziumwafern) vor allem in ihren Produktionsverfahren und durch die Schichtdicken der eingesetzten Materialien. Die Dünnschichtzellen werden meist durch Abscheiden aus der Gasphase direkt auf einem Trägermaterial aufgebracht. Das Trägermaterial kann Glas, Metallblech, Kunststoff oder auch ein anderes Material sein.
Eine weitere Stärke von Dünnschichtmodulen ist, dass sie einfacher und großflächiger produziert werden können, insbesondere die Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium. Dünnschichtmodule sind nicht auf ein rigides Substrat wie Glas oder Aluminium angewiesen. Bei aufrollbaren Solarzellen für den Wanderrucksack oder eingenäht in Kleider wird ein geringerer Wirkungsgrad in Kauf genommen; der Gewichtsfaktor ist wichtiger als die optimale Lichtumwandlung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Dünnschicht-Solarzelle mit einer transparenten Scheibe der transparenten Abdeckung verbunden oder direkt auf die transparente Scheibe aufgebracht. Die Dünnschicht-Solarzelle kann mehrere Aussparungen ausgebildet haben, die damit die transparente Abdeckung teiltransparent machen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in einem Rahmen der transparenten Abdeckung mehrere, um eine Achse schwenkbare Lamellen angebracht. Die Lamellen der transparenten Abdeckung definieren das Photovoltaikmodul. Jede schwenkbare Lamelle trägt an einer Oberfläche eine Dünnschicht-Solarzelle. Die Oberflächen der schwenkbaren Lamellen können jeweils eben, konvex oder konkav ausgebildet sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform besitzt jedes aus den einzelnen Modulen bestehendes Gewächshaus eine lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit. Das Gewächshaus ist mit internen Sensoren und externen Sensoren versehen, die Messdaten und/oder Parameter, wie bereits erwähnt, an die lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit liefern können. Die internen Sensoren können Temperatursensoren, Sensoren zur Bestimmung der Luftfeuchte, Lichtsensoren und so weiter sein. Die externen Sensoren können Temperatursensoren, Lichtsensoren, Windsensoren, etc. sein. Ebenso kann die Steuerungs- und Datenerfassungseinheit kommunikativ mit Aktuatoren verbunden sein, die von der Steuerungs- und Datenerfassungseinheit und/oder der Steuerungs- und Überwachungseinheit entsprechend betätigt werden können, um die gewünschten Soll-Einstellungen in Gewächshaus zu erreichen und im Gewächshaus die für die Pflanzen optimalen Bedingungen einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform können mehrere einzelne modulare Gewächshäuser mit einer Steuerungs- und Überwachungseinheit in einer Zentrale kommunizieren. Die Kommunikation der einzelnen modularen Gewächshäuser mit der Steuerungs und Überwachungseinheit in der Zentrale kann beispielsweise über eine Cloud erfolgen. Die Daten und Parameter der einzelnen modularen Gewächshäuser werden mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit bewertet. Die Bewertungsergebnisse werden den jeweils zugeordneten Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten der einzelnen modularen Gewächshäuser zur Verfügung gestellt. Von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit gelangen somit Anweisungen, Befehle, Meldungen und so weiter, zu den lokalen Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten der modularen Gewächshäuser.
Durch die Steuerungs- und Überwachungseinheit in der Zentrale kann beispielsweise auch eine Condition Based Maintenance (CBM) realisiert werden. Die CBM-Funktionen der Fernwartung sowie die Trendanalyen erlauben es, dass der Benutzer der modularen Gewächshäuser frühzeitig auf mögliche Fehler oder Ausfälle hingewiesen wird. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Tablett oder ein Laptop sein.
Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Grundriss eines Gewächshauses, das aus einer Vielzahl von Modulen besteht, wie sie für den Aufbau eines energieeffizienten modularen Gewächshauses verwendet werden können;
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Grundriss eines einzelnen Moduls, das für den Aufbau eines energieeffizienten modularen Gewächshauses verwendet werden kann;
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines einzelnen Moduls;
Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht auf eine mögliche Ausführungsform des Aufbaus einer Dachkonstruktion für die einzelnen Module;
Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung, die mit Dünnschicht-Solarzellen versehen ist, die teiltransparent ausgestaltet sind; Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht der transparenten Abdeckung entlang der in Figur 5 gezeigten Schnittlinie A-A;
Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung mit teiltransparenten Dünnschicht- Solarzellen;
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine noch weitere mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung, die mit beweglichen Lamellen versehen ist;
Figur 9 zeigt eine Schnittansicht der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B;
Figur 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform der verwendeten Lamellen;
Figur 11 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der verwendeten Lamellen;
Figur 12 zeigt eine noch weitere mögliche Ausführungsform der verwendeten Lamellen;
Figur 13 zeigt eine schematische Seitenansicht eines modularen Gewächshauses, das aus mehreren Modulen aufgebaut ist;
Figur 14 zeigt eine schematische Seitenansicht eines modularen Gewächshauses, das zweistöckig aus mehreren Modulen aufgebaut ist; Figur 15 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein modulares Gewächshaus, das aus mehreren Modulen, die in Matrixform angeordnet sind, aufgebaut ist;
Figur 16 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines Containers für den Transport von in einzelne Teile zerlegten Moduls oder Modulen;
Figuren 17A bis 17D zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Dimensionierung der einzelnen Bestandteile eines Moduls, damit ein Container optimal befüllt werden kann; Figur 18A zeigt eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Kommunikation eines einzelnen modularen Gewächshauses mit einer lokal vorgesehenen Steuerungs- und Überwachungseinheit;
Figur 18B zeigt eine Darstellung der Kommunikation eines einzelnen modularen Gewächshauses mit einer in einer Zentrale vorgesehenen Steuerungs- und Überwachungseinheit; und
Figur 19 zeigt eine Darstellung der Kommunikation der einzelnen modularen Gewächshäuser mit einer in einer Zentrale vorgesehenen Steuerungs- und Überwachungseinheit.
In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Modul beziehungsweise das erfindungsgemäße modulare Gewächshaus ausgestaltet sein können und sind nicht als Beschränkung der Erfindung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf den GrundrissIG des energieeffizienten modularen Gewächshauses 1 , das aus einer Vielzahl von Modulen 10-i , 102, ... , 10N aufgebaut ist. Die Vielzahl der Module 10-i , 102, ... , 10N stellt eine Ausführungsform eines Gewächshauses 1 dar und sollte nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Die einzelnen Module 10i,
102, ... , 10N des Gewächshauses 1 sind mit einem Energiespeicher 7 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform hat der Grundriss 9, ohne Beschränkung der Erfindung darauf, die Form eines Rechtecks. Jedes Modul 10i, 102, ... , 10N definiert zwei Längsseiten 12 und zwei Querseiten 14. Entlang der beiden Längsseiten 12 erstrecken sich ein erstes Rahmenelement 2\ und ein zweites Rahmenelement 22, die parallel zueinander angeordnet sind (siehe Fig. 2). Entlang der beiden Querseiten 14 erstrecken sich ein drittes Rahmenelement 3 und ein viertes Rahmenelement 32, die parallel zueinander angeordnet sind (siehe Fig. 2). Das dritte Rahmenelement 3 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit dem ersten Rahmenelement 2i und dem zweiten Rahmenelement 22 sind das dritte Rahmenelement 3i und das vierte Rahmenelement 32 lösbar miteinander verbunden.
Fig. 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Grundrisses 9 einer Ausführungsform eines einzelnen Moduls 10i , 102, ... , 10N, das für den Aufbau eines energieeffizienten modularen Gewächshauses 1 verwendet werden kann und wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Das einzelne Modul 10i,
102, ... , 10N definiert zwei Längsseiten 12, an denen, wie oben bereits beschrieben, das erste Rahmenelement 2i und das zweite Rahmenelement 22 parallel zueinander angeordnet sind. Das einzeine Modul 10i, 102, ... , 10N definiert zudem zwei Querseiten 14, an denen, wie oben bereits beschrieben, das dritte Rahmenelement 3 und das vierte Rahmenelement 32 parallel zueinander angeordnet sind. Wenn das erste Rahmenelement 2i bzw. das zweite Rahmenelement 22 zum dritten Rahmenelement 3 bzw. zum vierten Rahmenelement 32 unter einem rechten Winkel angeordnet sind, hat der Grundriss 9 die Form eines Rechtecks.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Moduls 101 , 102, ... , 10N, das z.B. ein Grundbestandteil des Gewächshauses 1 ist, das mit einem Energiespeicher 7 (siehe Figuren 1 und 18) verbunden ist. Für die Ausbildung eines Dachs 4 eines jeden Moduls 101 , 102, ... , 10N sind in der dargestellten Ausführungsform mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 vorgesehen, die derart montiert sind, die mit dem dritten Rahmenelement 3 und vierten Rahmenelement 32 fluchten. Ebenso sind die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 mit dem ersten Rahmenelement 2i und dem zweiten Rahmenelement 22 verbunden. Die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 eines jeden Moduls 10i, 102, ... , 10N tragen mindestens eine transparente Abdeckung 25 (siehe beispielsweise Fig. 5), die die transparente Dachfläche 5 bilden. Den transparenten Dachflächen 5 sind die mehreren Photovoltaikmodule 29 (siehe beispielsweise Fig. 5-9) zugeordnet.
Ebenso können das erste Rahmenelement 2i, das zweite Rahmenelement 22, das dritte Rahmenelement 3 beziehungsweise das vierte Rahmenelement 32 je nach deren Verbau im energieeffizienten Gewächshaus 1 mit einer transparenten Seitenfläche 6 versehen sein.
Aus der Darstellung der Figur 1 ist klar zu erkennen, dass energieeffiziente Gewächshaus 1 aus einer Vielzahl von einzelnem Modulen 10i, 102, ... , 10N (wie z.B. dem in Figur 3 dargestellten Modul) aufgebaut ist. Die transparenten Dachflächen 5 der einzelnen Module 101 , 102, ... ,10N tragen die Photovoltaikmodule 29 (siehe Figur 5-9). Diejenigen Module, die an den Außenseiten 11 des energieeffizienten Gewächshauses 1 angeordnet sind, weisen ebenfalls transparente Seitenflächen 6 (siebe Fig. 1 und 3) auf. Auch die transparenten Seitenflächen 6 können mit Photovoltaikmodulen 29 versehen sein. Die Photovoltaikmodule 29 des energieeffizienten Gewächshauses 1 sind elektrisch mit dem Energiespeicher 7 verbunden. Über den Energiespeicher 7 kann das energieeffiziente Gewächshaus 1 mit Energie, wie beispielsweise Lichtenergie und/oder Heizenergie versorgt werden.
Fig. 4 zeigt eine Frontansicht einer möglichen Ausführungsform für eine Dachkonstruktion 20, die für die Ausbildung des Dachs 4 und auch am ersten Rahmenelement 2 und am zweiten Rahmenelement 22 verwendet werden kann.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform besitzt die Dachkonstruktion 20 die Form eines stumpfwinkligen gleichschenkeligen Dreiecks. Es sei hier angemerkt, dass die Form des Dreiecks der Dachkonstruktion 20 nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass das Dreieck der Dachkonstruktion 20 jede Form bis hin zu einem rechtwinkligen Dreieck annehmen kann. Die Dachkonstruktion 20 umfasst einen ersten Schenkel 21 und einen zweiten Schenkel 22. Der erste Schenkel 21 und der zweite Schenkel 22 sind bei der hier gezeigten Dachkonstruktion 20 über eine Basis 23 miteinander verbunden. Eine Abstützung 24, falls aus statischen Gründen erforderlich, verbindet eine Spitze 26 der Tragkonstruktion 20 mit der Basis 23. Für die Montage der Abdeckung 25 sind mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 erforderlich, die das erste Rahmenelement 2 und das zweiten Rahmenelement 22 miteinander verbinden.
Obwohl die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Dachkonstruktion 20 ein gleichschenkliges Dreieck ist, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass andere Dachkonstruktionen 20 für die Module 10i, 102, ... , 10N des energieeffizienten modularen Gewächshauses 1 möglich sind.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform der transparenten Abdeckung 25, die von der Dachkonstruktionen 20 gehaltert beziehungsweise getragen wird. Ein Rahmen 29 definiert ein Photovoltaikmodul. Wie aus der Darstellung der Fig. 6 zu erkennen ist, ist auf einer transparenten Abdeckung 25, wie beispielsweise einer Glasscheibe oder einer Kunststoffscheibe, mindestens eine Dünnschicht-Solarzelle 32 aufgebracht. Die mindestens eine Dünnschicht-Solarzelle 32 ist mit einer Vielzahl von Aussparungen 34 (siehe Fig. 5) versehen. Mittels der Aussparungen 34 kann die teiltransparente Eigenschaft der Abdeckung 25 erreicht werden. Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Anordnung der Aussparungen 34 in der Dünnschicht-Solarzelle 32. Je nach Wunsch kann die Anzahl der Aussparungen 34 derart gestaltet werden, dass für eine Abdeckung 25 eine Transparenz von 20%, 30% oder 40% eingestellt wird. Die vorstehend genannten Zahlen bezüglich der Transparenz sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine noch weitere mögliche Ausführungsform der Abdeckung 25, die mit beweglichen Lamellen 40 versehen ist. Die Lamellen 40 sind beweglich im Rahmen 29 der Abdeckung 25 angeordnet. Die Lamellen 40 sind um Achsen 42 schwenkbar. Die Schwenkung der Lamellen 40 um die Achsen 42 kann mittels einer Steuerung (nicht dargestellt), derart erfolgen, dass die Lamellen immer die optimale Stellung zur Sonne einnehmen, damit die Energieausbeute optimiert ist. Ebenso können die Lamellen 40 derart gesteuert werden, dass eine definierte Abschattung für das Innere des Gewächshauses 1 eingestellt werden kann.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B. Die schwenkbaren Lamellen 40 sind über der transparenten Abdeckung 25 angeordnet. Die schwenkbaren Lamellen 40 sind im Rahmen 29 angeordnet und können je nach Schwenkstellung für einen größeren Lichtdurchlass oder einer Beschattung sorgen.
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer möglichen Ausführungsform der verwendeten Lamellen 40. Eine Oberfläche 44 der Lamelle 40 besitzt eine konvexe Krümmung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Basis 45. Auf der Oberfläche 44 ist die Dünnschicht-Solarzelle 32 aufgebracht.
Fig. 11 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der verwendeten Lamellen 40. Die Lamelle 40 ist konkav ausgebildet. In der konkav geformten Krümmung (Oberfläche 44) ist die Dünnschicht-Solarzelle 32 aufgebracht.
Fig. 12 zeigt eine noch weitere mögliche Ausführungsform der verwendeten Lamellen 40. Jede Lamelle 40 ist analog zur der Lamelle 40 der Fig. 11 konkav geformt. In der konkav geformten Krümmung (Oberfläche 44) ist die Dünnschicht- Solarzelle 32 aufgebracht. Gegenüber der Dünnschicht-Solarzelle 32 ist ein optisches Element 46 vorgesehen, mit dem das einfallende Licht auf die Dünnschicht-Solarzelle 32 konzentriert werden kann.
Die in den Figuren 10 bis 12 gezeigten Ausführungsformen der Lamellen 40 sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Die dargestellten Lamellen 40 stellen lediglich mögliche Ausführungsformen dar. Ebenso können Lamellen 40 unterschiedlicher Art in einem Rahmen 29 der Abdeckung 25 kombiniert werden. Ebenso kann bei besonderen Anwendungen der Abdeckung 25 mit den Lamellen 40 die transparente Scheibe 30 weggelassen werden.
Fig. 13 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Gewächshauses 1, bei dem drei Module 10i, IO2 und IO3 in der hier dargestellten Richtung X miteinander verbunden sind. Das Modul 10i, welches an einem Ende des modularen Gewächshauses 1 platziert ist, trägt die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 für das Dach 4. Am ersten Rahmenelement 2i trägt dieses Moduls 10i ebenfalls die mindestens zwei Dachkonstruktion 20. Das Modul IO3 am gegenüberliegenden Ende des Gewächshauses 1 trägt mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 und am zweiten Rahmenelement 22 des Moduls IO3 sind ebenfalls mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 vorgesehen. Die Module 10i,
102, ... , 10N des Gewächshauses 1 sind untereinander mit den benachbarten Modulen 10i , 102, ... , 10N verbunden. Jedes der Module 10i , 102, ... , 10N kann ferner mit einem Bodenelement 8 versehen sein.
Fig. 14 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des modularen Gewächshauses 1. Hier sind die einzelnen Module 10i, 102, ... , 10N in X-Richtung und in Z-Richtung angeordnet. Somit ergibt sich ein zweistöckiges modulares Gewächshaus 1. Wie in der Beschreibung zu Fig. 13 erwähnt, sind sämtliche Module 10i, 102, ... , 10N, die zuoberst angeordnet sind, mit mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 versehen. Ebenso sind die Module 10i und IO4 zu Beginn der X-Richtung und die Module IO3 und 10e zum Ende derX-Richtung angeordnet sind, an deren ersten Rahmenelement 2\ beziehungsweise an deren zweiten Rahmenelement 22 mit mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 versehen. Mit der hier dargestellten Ausführungsform erhält man ein modulares Gewächshaus 1 , das sich weiter in die Z-Richtung, also sie Höhe erstreckt. Auch hier kann jedes der Module 10i, 102, ... ,10N mit einem Bodenelement 8 versehen sein.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf ein modulares Gewächshaus 1 , bei dem die einzelnen Module 10i, 102, ... , 10N in einer Matrix M angeordnet sind. Die Reihen R1 , R2, ..., RN erstrecken sich in X-Richtung und die Spalten S1, S2, ..., SN, erstrecken sich in Y-Richtung. Jedes der Module 10i , 102, ... , 10N des Gewächshauses 1 mit einem Dach 4 (siehe Fig. 3) versehen. Vor der Montage zum modularen Gewächshaus 1 kann jedes der Module 10i, 102, ... , 10N mit einem Bodenelement 8 (siehe Fig. 13) versehen werden. Das Dach 4 umfasst die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20. Die Module 10i, 10b, IO15 und IO22 der ersten Spalte S1 und die Module IO7, 10H, IO21 und IO28 der letzten Spalte SN sind jeweils mit mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 (nicht dargestellt) am ersten Rahmenelement 2i beziehungsweise am zweiten Rahmenelement 22 versehen. Zur Ausbildung des modularen Gewächshaus 1 werden die Module in den Spalten S1, S2, ... , SN über eine viertes Rahmenelement 32 eines Moduls mit einem dritten Rahmenelement 3\ eines nachfolgenden Moduls verbunden. Die Module in den Reihen R1 , R2, ... , RN werden über ein zweites Rahmenelement 22 und ein erstes Rahmenelement 2i eines nachfolgenden Moduls zum modularen Gewächshaus 1 verbunden.
Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Containers 100 zum Transport der einzelnen Bestandteile aus dem die einzelnen Module 10i , 102, ... , 10N des Gewächshauses aufgebaut sind. Der Container 100 besitzt eine Containerlänge CL, eine Containerbreite CB und eine Containerhöhe CH.
Die Fign. 17A bis 17D zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Dimensionierung der einzelnen Bestandteile eines jeden Moduls 10i, 102, ... , 10N, damit bei dem Container 100 das vorhandene Volumen mit den Bestandteilen eines jeden Moduls 10i , 102, ... , 10N optimal genutzt beziehungsweise befüllt werden kann, um somit Transportvolumen bzw. Transportkosten zum Aufstellort zu sparen. Bestandteile eines jeden Moduls 10i, 102, ... , 10N sind: ein erstes Rahmenelement 2i, zweites Rahmenelement 22, ein drittes Rahmenelement 3i, ein viertes Rahmenelement 32, mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 (nur eine dargestellt), mindestens eine transparente Abdeckung 25, die mindestens ein Photovoltaikelement 32 umfasst. Falls erforderlich kann ein weiterer Bestandteil der Module 10i, 102, ... ,10N ein Bodenelement 8 sein.
Das erste Rahmenelement 2\ und das zweite Rahmenelement 22 besitzen eine Länge L und eine Höhe H. Das dritte Rahmenelement 3\ und das vierte Rahmenelement 32 besitzen eine Breite B und eine Höhe H. Das Bodenelement 8 besitzt eine Länge L und eine Breite B. Die Dachkonstruktion 20 besitzt eine Basis 23 mit der Breite B und zumindest einen Schenkel 21 mit einer Schenkellänge SL. Die mindestens zwei Dachkonstruktionen 20 eines jeden Moduls 10i, 102, ... , 10N tragen beziehungsweise haltern die transparente Abdeckung 25, welche eine Länge L und eine Breite SL besitzt, die im Wesentlichen der Schenkellänge SL der Dachkonstruktion 20 entspricht.
Die einzelnen Module 10i , 102, ... , 10N können in der Fabrik vormontiert und dann auf der Baustelle für das Gewächshaus 1 ausgestellt und miteinander verbunden werden. Für einen weiteren beziehungsweise einen Transportvolumen sparenden T ransport können die Bestandteile der Module 10i , 102, ... , 10N vormontiert werden. Es ist von Vorteil, wenn die Bestandteile der Moduls 10i, IO2,... , 10N in einem Container 100 transportiert werden, damit die Bestandteile der Module 10i,
102, ... , 10N gegen Beschädigungen geschützt sind.
Hinsichtlich der Einsparung beziehungsweise optimalen Ausnutzung des im Container 100 vorhandenen Transportvolumens ist es von Vorteil, wenn die Länge L des ersten Rahmenelements 2i und des zweiten Rahmenelements 22 etwas kleiner als die Containerlänge CL ist. Die Breite B des dritten Rahmenelements 3\ und des vierten Rahmenelements 32 entspricht der halben Länge des ersten Rahmenelements 2i und des zweiten Rahmenelements 22. Die Höhe H des ersten Rahmenelements 2^ , und zweiten Rahmenelements 22 ist gleich der Höhe H des dritten Rahmenelements 3\ und des vierten Rahmenelements 32, wobei die Höhe H kleiner ist als die Containerhöhe CH. Das Bodenelement 8 weist eine Länge L auf, die der Länge L des ersten Rahmenelements 2i und des zweiten Rahmenelements 22 entspricht. Die Dachkonstruktionen 20 für jedes Modul 10i, 102, ... , 10N haben eine Breite B der Basis 23, die der Breite B des dritten Rahmenelements 3\ und des vierten Rahmenelements 32 entspricht. Die transparente Abdeckung 25 besitzt eine Länge L, die der Länge L des ersten Rahmenelements 2^ beziehungsweise des zweiten Rahmenelements 22 entspricht. Die Breite SL der transparenten Abdeckung 30 entspricht im Wesentlichen der Schenkellänge SL der Dachkonstruktion 20.
Fig. 18A zeigt eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Kommunikation eines einzelnen modularen Gewächshauses 1 mit einer lokal vorgesehenen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55. Das modulare Gewächshaus 1 ist mit mehreren internen Sensoren 52 und mehreren externen Sensoren 53 versehen. Die von den internen Sensoren 52 und den externen Sensoren 53 erfassten Daten und Parameter, können gemäß der hier dargestellten Ausführungsform direkt an die Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 übermittelt werden. Die Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 ist bidirektional mit den internen Sensoren 52, den externen Sensoren 53, den mehreren Aktuatoren 57 und dem Energiespeicher 7 des modularen Gewächshauses 1 verbunden. In der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 sind vordefinierte Sollwerte für das modulare Gewächshaus 1 hinterlegt, Die Steuerungs- und Überwachungseinheit überwacht mittels der internen Sensoren 52 und externen Sensoren 5 fortlaufend des aktuellen Status des modularen Gewächshauses 1. Wird mit der Steuerungs und Überwachungseinheit 55 eine Abweichung von den vordefinierten Sollwerten registriert, werden über die Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 die Aktuatoren betätigt, so dass die Sollwerte im Innern des modularen Gewächshauses 1 erreicht werden. In die Berechnung zur Erreichung der Sollwerte werden auch statistische Werte mit einbezogen, um den Einsatz der Aktuatoren möglichst effizient zu gestalten, so dass ein Überschießen über die Sollwerte vermieden ist.
Dem modularen Gewächshaus 1 kann mindestens eine Benutzerschnittstelle 58 zugeordnet sein. Die Benutzerschnittstelle 58 kann beispielsweise über ein WLAN die von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 generierten Meldungen und/oder Warnungen dem Betreiber des lokalen Gewächshäuser 1 angezeigt werden. Der Betreiber wird damit darauf hingewiesen, ob in dem jeweiligen lokalen Gewächshaus 1 ein Funktionsfehler bzw. eine Situation auftritt, dass beispielsweise ein aktueller Eingriff des Betreibers selbst erforderlich wird. Ebenso ist es möglich, dass der Betreiber bereits vorab über möglicherweise anstehende Reparaturen oder den Austausch von Komponenten des modularen Gewächshauses 1 informiert wird.
Fig. 18B zeigt eine Darstellung einerweiteren Ausführungsform der Kommunikation eines einzelnen modularen Gewächshauses 1 mit einer lokal vorgesehenen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55. Hier erfasst bzw. sendet eine Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 50 des modularen Gewächshauses 1 Daten und/oder Parameter von den internen Sensoren 52, den externen Sensoren 53, den mehreren Aktuatoren 57 und dem Energiespeicher 7. Die Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 50 ist bidirektional mit den internen Sensoren 52, den externen Sensoren 53, den mehreren Aktuatoren 57 und dem Energiespeicher 7 verbunden. Die Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 50 ist über eine Cloud 54 mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 verbunden, die selbst in einer Zentrale 56 vorgesehen ist. Über eine Firewall 51 und das Internet kommuniziert die lokale Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 50 mit der Cloud 54. Die Cloud 54 selbst kommuniziert dann mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55.
Fig. 19 zeigt eine schematische Darstellung einerweiteren Ausführungsform der Zusammenschaltung mehrerer einzelner modularer Gewächshäuser 1 , die alle in Kommunikation mit einer einzigen Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 stehen. Die Kommunikation der einzelnen modularen Gewächshäuser 1 erfolgt über die Cloud 54 mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55, die in einer Zentrale 56 vorgesehen ist. Jedes der modularen Gewächshäuser 1 liefert Daten und Parameter, die von internen Sensoren 52, externen Sensoren 53, den Aktoren 57 und/oder dem Energiespeicher 7 der jeweiligen Gewächshäuser 1 erfasst und den einzelnen zugeordneten Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten 50 zur Verfügung gestellt werden. Über eine Firewall 51 und das Internet kommuniziert die jeweilige Steuerungs- und Datenerfassungseinheit 50 mit der Cloud 54. Die Cloud 54 selbst kommuniziert dann mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55.
Von der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 gelangen Anweisungen,
Befehle, Meldungen, und so weiter über die Cloud 54, das Internet und die Firewall 51 zu den jeweiligen Steuerungs- und Datenerfassungseinheiten 50 der modularen Gewächshäuser 1. Die Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 ist in einer Zentrale 57 vorgesehen. Ebenso ist jedem der modularen Gewächshäuser 1 jeweils mindestens eine Benutzerschnittstelle 58 zugeordnet. Die Benutzerschnittstellen 58 können, beispielsweise über ein WLAN, die von der Steuerungs- und Überwachungseinheit 55 generierten Meldungen und/oder Warnungen empfangen. Über die Benutzerschnittstellen 58 können diese dem jeweiligen Betreiber der lokalen Gewächshäuser 1 angezeigt werden. Der Betreiber wird damit zentral darauf hingewiesen, ob in dem jeweiligen lokalen Gewächshaus 1 ein Funktionsfehler bzw. eine Situation auftritt, dass beispielsweise ein Eingriff des Betreibers selbst erforderlich wird. Ebenso ist es möglich, dass der Betreiber bereits vorab über möglicherweise anstehende Reparaturen oder den Austausch von Komponenten der modularen Gewächshäuser 1 informiert wird.
Die Anmeldung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Für einen Fachmann ist es jedoch vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
I Gewächshaus
1G Grundriss Gewächshaus
21 erstes Rahmenelement
22 zweites Rahmenelement
31 drittes Rahmenelement
32 viertes Rahmenelement
4 Dach
5 transparente Dachfläche
6 transparente Seitenfläche
7 Energiespeicher
8 Bodenelement
9 Grundriss
10i, 102, ... , 1 ON Modul
I I Außenseite
12 Längsseite
14 Querseite
20 Dachkonstruktion
21 erster Schenkel
22 zweiter Schenkel
23 Basis
24 Abstützung
25 Abdeckung
26 Spitze; Photovoltaikmodul
29 Rahmen
30 transparente Scheibe
32 Dünnschicht-Solarzelle, Photovoltaikelement 34 Aussparung
40 Lamelle 42 Achse
44 Oberfläche
45 rechteckige Basis
46 optisches Element
50 Steuerungs- und Datenerfassungseinheit
51 Firewall
52 interner Sensor
53 externer Sensor
54 Cloud
55 Steuerungs- und Überwachungseinheit
56 Zentrale
57 Aktuator
58 Benutzerschnittstelle
100 Container
B Breite
CB Containerbreite
CH Containerhöhe
CL Containerlänge
H Höhe
L Länge
SL Schenkellänge
A-A Schnittlinie
B-B Schnittlinie
M Matrix
R1, R2,...,RM Reihen
S1, S2,...,SN Spalten
X Richtung
Y Richtung
Z Richtung

Claims

Ansprüche
1. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1 ), das aus mehreren Modulen (ICH, IO2 , 10N) aufgebaut ist, wobei jedes der Module (10i, 102, ... , 1 ON) ein Dach (4) besitzt, das mindestens eine transparente Dachfläche (5) haltert, dadurch gekennzeichnet, dass
• mindestens eine zumindest teiltransparente Abdeckung (25) auf der Dachfläche (5) montiert ist, die ein Photovoltaikmodul definiert das zumindest einen Rahmen (29) mit mindestens einer Dünnschicht- Solarzelle (32) umfasst, wobei die Abdeckung (25) teiltransparent oder hinsichtlich der Transparenz einstellbar ausgebildet ist; und
• ein Energiespeicher (7) mit dem mindestens ein Photovoltaikmodul (29) eines jeden Moduls (10i, 102, ... , 1 ON) des modularen Gewächshauses (1) verbunden ist; und
• zumindest eine Steuerungs- und Überwachungseinheit (55), die mit internen Sensoren (52), externen Sensoren (53), mehreren Aktuatoren (57) und dem Energiespeicher (7) des modularen Gewächshauses (1) kommunikativ verbunden ist, wobei die Steuerungs- und Überwachungseinheit (55) anhand der Daten von den internen Sensoren (52) und externen Sensoren (53) und in Verbindung mit vordefinierten Sollwerten des modularen Gewächshauses (1), Einstellgrößen für die Aktuatoren (57) des modularen Gewächshauses (1) ermittelt und die Aktuatoren (57) entsprechend steuert.
2. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach Anspruch 1 wobei eine Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (50) bidirektional mit den internen Sensoren (52), den externen Sensoren (53), den mehreren Aktuatoren (57) und dem Energiespeicher (7) kommunikativ verbunden ist, wobei die Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (50) mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit (55) kommuniziert, die in einer Zentrale (56) vorgesehen ist.
3. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1 ) nach Anspruch 2, wobei mehrere modulare Gewächshäuser (1) mit ihrer Steuerungs- und Datenerfassungseinheit (50) bidirektional und kommunikativ mit der Steuerungs- und Überwachungseinheit (55) kommunizieren, die in einer Zentrale (56) vorgesehen ist.
4. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei der Energiespeicher (7) ein Batteriespeicher ist oder eine Power-to-Gas-Anlage, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule (29) Wasserstoff oder Methan erzeugbar und speicherbar ist, oder eine Power-to-Liquid Anlage, mit der aus dem Strom der Photovoltaikmodule (29) Methanol erzeugbar und speicherbar ist.
5. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1), nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der mehreren Module (10i,
102, ... , 10N) zumindest aus einem ersten Rahmenelement (2i), einem zweiten Rahmenelement (2i), einem viertem Rahmenelement (3i) und einem Dach (4), das mindestens zwei Dachkonstruktionen (20) aufweist, die parallel zum dritten Rahmenelement (3i) und vierten Rahmenelement (32) angeordnet und zumindest lösbar mit dem ersten Rahmenelement (2i) und dem zweiten Rahmenelement (22) verbunden sind, besteht.
6. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1), nach Anspruch 5, wobei die mindestens zwei Dachkonstruktionen (20) die transparente Dachfläche (5) definieren, die die mindestens eine transparente Abdeckung (25) tragen.
7. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6, wobei die Dünnschicht-Solarzelle (32) mit einer transparenten Scheibe (30) der transparenten Abdeckung (25) verbunden ist und die Dünnschicht-Solarzelle (32) mehrere Aussparungen (34) ausgebildet hat, damit die transparente Abdeckung (25) teiltransparent ist.
8. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem Rahmen (29) der transparenten Abdeckung (25) mehrere um eine Achse (42) schwenkbare Lamellen (40) angebracht sind und jede schwenkbare Lamelle (40) an einer Oberfläche (44) eine Dünnschicht-Solarzelle (32) trägt.
9. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach Anspruch 8, wobei die Oberflächen (44) der schwenkbaren Lamellen (40) jeweils eben, konvex oder konkav ausgebildet sind.
10. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1 ) nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Rahmenelement (2i) und das zweite Rahmenelement (2i) eine Länge (L) und eine Höhe (H) und das dritte Rahmenelement (3i) und das vierte Rahmenelement (32) eine Breite (B) und eine Höhe (H) besitzen.
11. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1 ) nach Anspruch 10, wobei jede Dachkonstruktion (20) eines jeden Moduls (10i, 102, ... , 10N) eine Basis (23) mit der Breite B und zumindest einen Schenkel (21) mit einer Schenkellänge (SL) besitzt.
12. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach Anspruch 10, wobei die transparente Abdeckung (25) eine Länge (L) und eine Breite (SL) besitzt, die im Wesentlichen der Schenkellänge (SL) der Dachkonstruktion (20) entspricht.
13. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das erste Rahmenelement (2i), das zweite Rahmenelement (22), das dritte Rahmenelement (3i), das vierte Rahmenelement (32), die Dachkonstruktionen (20) und die transparente Abdeckung (25) für jedes Modul (10i, 102, ... , 10N) des modularen Gewächshaus (1) vordefiniert sind.
14. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach Anspruch 13, wobei die Länge (L) des ersten Rahmenelements (2i) und des zweiten Rahmenelements (22) derart bemessen ist, dass das erste Rahmenelement (2i) und das zweite Rahmenelement (22) der Länge nach in einen Container (100) mit der Länge (CL) passen und wobei, die Breite (B) des dritten Rahmenelements (3i) und des vierten Rahmenelements (32) derart bemessen ist, dass die Breite (B) des dritten Rahmenelements (3i) und des vierten Rahmenelements (32) kleiner oder gleich der Länge (L) des ersten Rahmenelements (2i) und des zweiten Rahmenelements (22) ist.
15. Energieeffizientes modulares Gewächshaus (1) nach Anspruch 13, wobei eine Basis (23) der Dachkonstruktionen (20) für jedes Modul (10i, 102, ... , 10N) gleich der Breite (B) des dritten Rahmenelements (3i) und des vierten Rahmenelements (32) ist und eine Länge (L) der transparenten Abdeckung 25 der Länge (L) des ersten Rahmenelements (2i) beziehungsweise des zweiten Rahmenelements (22) entspricht.
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