Solaranlage mit ein- oder zweiachsiger Nachführung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit zumindest einem gegen Durchbiegung verstrebten Traggestell, das um ein Vielfaches länger ist als breit, wobei das Traggestell zur Sonnennachführung von daran befestigten Solarmodulen um die Längsachse drehbar ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Traggestell zur Aufnahme von Solarmodulen zur Bildung einer Solaranlage, wobei das Traggestell gegen Durchbiegung verstrebt und um ein Vielfaches länger ist als breit, und wobei das Traggestell zur Sonnennachführung um die Längsachse drehbar ist.
Stand der Technik
Gattungsgemässe Solaranlagen sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Während zur Stromerzeugung hauptsächlich auf Hausdächern, Fabrikgebäuden und in Solarparks fest montierte Photovoltaik-Module zum Einsatz kommen, sind für die Warmwasseraufbereitung insbesondere Sonnenkollektoren - Kollektor-Module- vorgesehen, wobei auch die Kollektor-Module in unterschiedlichsten Varianten und an unterschiedlichsten Standorten zum Einsatz kommen. Allerdings ist diese Aufzählung nicht als abschliessend zu betrachten, sondern daneben können auch noch weitere Module wie beispielsweise Hybrid- Module, welche eine Kombination aus Strom- und Warmwassergewinnung darstellen, zum Einsatz kommen. Der Einfachheit halber wird nachfolgend jedoch nur noch von Solarmodulen gesprochen, wobei damit sämtliche möglichen Varianten abgedeckt werden sollen.
Um eine sichere Befestigung der Solarmodule zu ermöglichen, werden diese üblicherweise auf einem Traggestell montiert. Ein solches Traggestell muss auch Windlasten bei Sturmböen standhalten können. Im einfachsten Fall wird das Traggestell starr, vorzugsweise jedoch gegen Süden geneigt, angebracht. Des Weiteren sind auch Ausführungen bekannt, bei denen das Traggestell bzw. die Solarmodule der Sonne ein- oder zweiachsig nachgeführt werden. Während der Energiegewinn von Solarmodulen bei einachsiger Nachführung, gegenüber starr montierten Modulen bis 25% höher ist, kann der Wirkungsgrad bei zweiachsiger Sonnennachführung, gemäss Angaben von Modul-Herstellern, um bis zu 45 % höher ausfallen.
Dieser höhere Gewinn bzw. eine äquivalente Leistung kann aber auch mit einer grösseren Fläche von starr montierten Modulen erreicht werden, mit dem Nachteil, dass sie in bestimmten Gebieten im Winter über einen bestimmten Zeitraum mit Schnee bedeckt sein können und nicht in nennenswerter Weise Strom erzeugen bzw. Warmwasser aufbereiten. Gerade aber in der kalten Jahreszeit, wo die Sonneneinstrahlung vergleichsweise gering ist, wäre ein hoher Wirkungsgrad von besonderem Vorteil. Ein Vorteil von nachgeführten Solaranlagen besteht jedenfalls
auch darin, dass die Modulflächen zumindest kurzzeitig derart steil aufgestellt werden können, dass der Schnee von ihnen abrutscht.
Trotz dieser Vorteile konnten sich konventionelle ein- und zweiachsig nachführbare Solaranlagen, auch Tracker genannt, auf dem Markt nicht in gewünschtem Mass durchsetzen, da der Vorteil des Mehrenergiegewinns durch die technisch aufwendigen und teuren Konstruktionen wieder zunichte gemacht wird.
Sowohl konventionell einachsig insbesondere aber zweiachsig nachgeführte Traggestelle werden oft auf einer zentralen Abstützung montiert. Je grösser die jeweilige Gesamtfläche der Module ist, welche mittels einer zentralen Abstützung befestigt werden müssen, desto stabiler muss natürlich das gesamte Traggestell wie auch dessen Verankerung ausfallen, dies insbesondere wegen den möglichen Windlasten. So müssen beispielsweise bei sehr grossen Modulflächen im Bereich von mehreren Dutzend Quadratmetern Fundamente vorgesehen werden, welche durchaus mehrere Tonnen Beton umfassen, damit sie den Windböen standhalten. Die Traggestelle von zweichsigen Trackern sind üblicherweise auf einer motorisch angetriebenen drehbaren Säule befestigt, welche einen Durchmesser von bis zu 50 cm aufweist. Die Lagerung und der Antrieb sind aufwendig und teuer, müssen sie doch auch bei Windlasten von vielen Kilonewton funktionieren. Als Beispiel sei hier ein Solarpark mit z.B. 200 Metern Seitenlänge erwähnt, bei welchem in einer Reihe 20 ca. Tracker stehen. In einem solche Fall muss jeder einzelne dieser Tracker mit einem separaten motorischen Antrieb und einer Steuerung versehen werden. Es versteht sich, dass dies sehr aufwendig und teuer ist.
Ein weiterer Nachteil von zentralen AbStützungen besteht darin, dass diese beispielsweise auf Flachdächern nur bedingt montiert bzw. nachträglich angebracht werden können, da konventionelle Flachdächer oft keine zusätzlich hohen Flächenbelastungen aufzunehmen vermögen, oder aber dass diese über keine geeignete Basis verfügen, auf der die jeweilige Abstützung bzw. die AbStützungen montiert werden können oder dürfen.
Aus der EP 1 710 651 A1 (Gümpelein, Manuela) ist eine Nachführeinrichtung für eine Photovoltaikanlage mit wenigstens einem der Sonne nachzuführenden Photovoltaikmodul bekannt. Die Nachführeinrichtung weist dazu eine um eine
vertikale Achse drehbar gelagerte Tragkonstruktion zur Nachführung in der vertikalen Achse mittels eines Antriebs auf. Zudem sind Mittel zur Nachführung in einer horizontalen Achse durch Verschwenken des Photovoltaikmoduls vorgesehen. Zur mechanischen Kopplung der vertikalen und der horizontalen Achse weist die Anlage einen Kurvenring oder einer Kurvenscheibe auf. Eine derartige Anlage ist vergleichsweise komplex, zumal für jedes Modul eine eigene Tragkonstruktion und Nachführeinrichtung vorgesehen ist. Dies schlägt sich in einem hohen Preis nieder. Zudem dürfte die Nachführeinrichtung relativ anfällig in Bezug auf raue Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, Schnee, Eis und Schmutz sein.
Aus der DE 197 18 358 A1 (Schweim, Klaus) ist eine weitere Solaranlage mit auf die Sonne ausrichtbaren Photovoltaikmodulen bekannt. Diese ist mit mindestens zwei auf Abstand angeordneten Stützsäulen versehen, wobei auf jeder Stützsäule ein um eine vertikale Achse drehbares PV Modul gelagert ist. Das jeweilige PV Modul ist von einem Haltegestell mit Stelleinrichtung getragen. Zur Anpassung an den Sonnestand ermöglicht die Stelleinrichtung eine manuelle stufenweise Verstellung des Winkels. Um alle PV Module gleichzeitig drehen zu können, ist ein umlaufendes angetriebenes Antriebselement in der Form einer Kette vorgesehen. Auch bei dieser Anlage ist für jedes Modul eine eigene Tragkonstruktion vorgesehen, was die vorgängig bereits erwähnten Nachteile mit sich bringt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass ein Nachteil bei den nach dem Stand der Technik ausgebildeten Solaranlagen mit Sonnennachführung darin besteht, dass deren Traggestelle kompliziert aufgebaut und teuer in der Herstellung sind. Zudem verbrauchen sie für das Verstellen -Nachführen- der einzelnen Module viel Energie. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die genannten Traggestelle nicht nur komplex, sondern teilweise auch sehr schwer sind und insbesondere auch deren AbStützungen hohe Kräfte aufnehmen müssen. Zudem sind die AbStützungen zumeist auch sehr schwer. Schliesslich besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Solaranlagen darin, dass nachgeführte Traggestelle nicht oder nur mit grossem Aufwand kinematisch miteinander gekoppelt werden können.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Solaranlage zu schaffen, welche die vorgängig erwähnten Nachteile weitgehend vermeidet und bei einfachem Aufbau ein Nachführen der Module in zumindest einer Achse ermöglicht, dies in der Preislage von starr montierten Modulen, wobei zumindest für das Nachführen in der einen Achse vergleichsweise wenig Energie benötigt werden soll und wobei die Abstützung und/oder Lagerung des die Solarmodule aufnehmenden Traggestells möglichst einfach und trotzdem stabil sein soll. Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung weist die Solaranlage zumindest ein gegen Durchbiegung verstrebtes Traggestell auf, das um ein Vielfaches länger ist als breit, wobei das Traggestell zur Sonnennachführung von daran befestigten Solarmodulen um die Längsachse drehbar ist und das im Bereich der beiden axialen Enden mittels je einer Lagereinheit drehbar abgestützt ist, wobei die Lagereinheiten in horizontaler Richtung um zumindest annähernd die Länge eines Traggestells beabstandet auf einer Unterlage angeordnet sind
Durch eine solche Ausbildung wird die grundsätzliche Voraussetzung geschaffen, damit das Traggestell einfach und stabil abgestützt werden kann. So können beispielsweise Kräfte und Drehmomente, welche bei einer zentralen Abstützung von aussen auf die Abstützung einwirken, weitgehend eliminiert werden. Zudem bleibt der weite Raum zwischen den beiden Lagereinheiten frei, so dass dieser anderweitig genutzt werden kann. Eine solche Lösung bietet insbesondere auch bei der Anordung der Solaranlage bzw. des Traggestells auf einem Flachdach einen weiteren Vorteil, indem die Lagereinheiten nicht auf dem Flachdach selber sondern seitlich davon auf entsprechend stabilen und belastbaren Bereichen des jeweiligen Gebäudes, beispielsweise auf dessen Mauerwerk, angeordnet bzw. abgestützt werden können. Dadurch wird keine zusätzliche Dachbelastung erzeugt. Bei einer besonder bevorzugten Weiterbildung ist die Solaranlage mit einem Traggestell versehen, welches einen sich über die gesamte Länge des Traggestells
erstreckenden rohrförmigen Grundkörper aufweist, der zur Sonnennachführung der Module um die Längsachse drehbar ist und zumindest auf einer Seite mit einem Mittel zum Koppeln mit einem weiteren Traggestell und/oder zur Bildung einer Lagerstelle und/oder zur Kopplung (Verbindung) mit einer Lagereinheit versehen ist. Eine derartige Lösung bietet den Vorteil, dass der rohrförmige Grundkörper einerseits das tragende Element des Traggestells bildet und andererseits sehr einfach gelagert oder mit einem sich in axialer Richtung anschliessenden, weiteren Traggestell verbunden werden kann. Bei einer solchen Anlage muss auch bei zusammengekoppelten Traggestellen nur ein Antrieb vorgesehen werden. Auch können Betonfundamente und Leitungen im Boden eingespart werden. Mit einer derartigen Ausbildung der Anlage kann Solarstrom bis zu 25% günstiger erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der rohrförmige Grundkörper auf beiden Seiten mit dem genannten Mittel versehen. Dadurch kann das Traggestelle einfach gelagert und ggf. mit weiteren Traggestellen axial verbunden werden.
Bei einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist das genannte Mittel in der Form eines Flansches ausgebildet. Ein Flansch ist einfach realisierbar und stellt eine kostengünstige Variante dar, damit das Traggestell auf einfache Weise gelagert bzw. mit einer Lagereinheit verbunden und ggf. mit weiteren Traggestellen axial verbunden werden kann.
Wie in einer bevorzugten Weiterbildung angegeben ist, ist der genannte Flansch mit einer Lagereinheit verbunden oder bildet einen Teil einer Lagerstelle zur drehbaren Abstützung des rohrförmigen Grundkörpers. Diese stellt eine besonders einfache und kostengünstige Variante dar, um das Traggestell zu lagern bzw. mit weiteren Traggestellen axial zu verbinden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird der rohrförmige Grundkörper mittels des Flansches mit einem sich in axialer Richtung anschliessenden rohrförmigen Grundkörper eines benachbarten Traggestells verbunden. Dadurch können viele Traggestelle axial miteinander verbunden und auch zusammen um die Längsachse gedreht werden.
Indem zur Verbindung von zwei Traggestellen ein Doppelflansch zum Einsatz kommt, der mit je einem Flansch des jeweiligen Traggestells verbunden ist und eine Lagerstelle bildet oder mit einer Lagereinheit verbunden ist, wird zwischen zwei Traggestellen ein Freiraum geschaffen, der zur Lagerung der Drehgestelle genutzt werden kann.
Die Solaranlage umfasst bevorzugt elektromotorische Mittel zum Drehen eines Traggestells oder mehrerer, in axialer Richtung miteinander verbundenen Traggestelle. Ein elektromotorischer Antrieb eignet sich im Besonderen zur Sonnennachführung des Traggestells bzw. der Traggestelle. Indem die Längsachse des rohrförmigen Körpers im wesentlichen horizontal verläuft und die Module entlang der Längsachse des Grundkörpers nebeneinander angeordnet sind, wie in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, können sehr lange Reihen von Solarmodulen mit einem einzigen Antrieb geschaffen werden, welche sich besonders einfach und mit vergleichsweise geringem Energieaufwand der Sonne nachführen lassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Module starr mit dem Traggestell verbunden. Diese Variante eignet sich insbesondere für die einachsige Sonnennachführung.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, die einzelnen Module zusätzlich um eine unter einem rechten Winkel zur Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers verlaufende Achse drehbar abzustützen. Dadurch wird eine zweiachsige Sonnennachführung ermöglicht.
Indem zumindest die auf dem gleichen Traggestell angeordneten Solarmodule derart kraftschlüssig miteinander verbunden sind, dass sie gemeinsam um die unter einem rechten Winkel zur Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers verlaufende Achse drehbar sind, können sämtliche Solarmodule eines Traggestells mittels eines einzigen Antriebs in der zweiten Achse der Sonne nachgeführt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Solaranlage sind im Innern des rohrförmigen Grundkörpers elektrische Leitungen und/oder hydraulische Rohre aufgenommen, welche energetisch mit den Solarmodulen verbunden sind. Indem
das Innere des rohrförmigen Grundkörpers zur Aufnahme der notwendigen Leitungen bzw. Rohre genutzt wird, können diese geschützt an das jeweilige Solarmodul herangeführt werden. Zudem können aufwendige und teuere im Erdboden verlegte Leitungen bzw. Rohre eingespart werden. Die Lagereinheiten werden vorzugsweise auf vertikalen, sich über den Untergrund erhebenden Stützen angeordnet. Dadurch kann der Raum unterhalb des jeweiligen Traggestells anderweitig genutzt werden. Sofern sich Stützen beispielsweise zwischen 2 und 4 Metern über den Untergrund erheben, kann der Raum zwischen den Stützen unterhalb des jeweiligen Traggestells vielfältig genutzt werden, beispielsweise für die Landwirtschaft, als Parkplatzfläche, als Strasse oder Weg etc..
Die Solaranlage weist vorzugsweise eine Mehrzahl Traggestellen auf, welche axial hintereinander und/oder parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Traggestelle auf vertikalen Stützen abgestützt sind und wobei zumindest einzelne Stützen mittels Verbindungselementen zumindest in einer Richtung kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann ein Verbund von Stützen geschaffen werden, der stabil und dennoch vergleichsweise leicht ist.
Vorzugsweise sind die Stützen der Traggestelle mittels Seilen, Stangen oder Streben in Längs- und/oder Querrichtung miteinander verbunden. Dies stellt eines besonders gegen Windlasten widerstandsfähige und preisgünstige Variante des genannten Verbunds von Stützen dar.
Besonders bevorzugt sind die äussersten Stützen einer Reihe oder Gruppe zusätzlich fest im Boden verankert oder am Boden abgestützt. Dies verleiht dem Verbund zusätzliche Stabilität. Teure Betonfundamente können so eingespart werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Traggestell für eine gattungsgemässe Solaranlage zu schaffen, welches auf einfache Weise um seine Längsachse drehbar gelagert werden kann und bei welchem der Raum unterhalb des Traggestells weitgehend frei bleibt.
Diese Aufgabe wird mit einem Traggestell gelöst, das im Bereich der beiden axialen Enden mittels je einer Lagereinheit drehbar auf einer Unterlage abgestützt ist.
Besonders bevorzugt sind die Lagereinheiten in horizontaler Richtung um zumindest annähernd die Länge eines Traggestells beabstandet auf einer Unterlage angeordnet. Dadurch kann einerseits sichergestellt werden, dass der Raum unterhalb des Traggestells frei bleibt. Andererseits eigent sich ein solches Traggestell bevorzugt zur Kopplung mit weiteren, sich in axialer Richtung anschliessenden Traggestellen.
Bei einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung des Traggestells wird vorgeschlagen, dass dieses einen rohrförmigen Grundkörper aufweist, der sich über die gesamte Länge des Traggestells erstreckt und zumindest auf einer Seite mit einem Mittel zum Koppeln mit einem weiteren Traggestell und/oder zur Bildung einer Lagerstelle und/oder zur Verbindung mit einer Lagereinheit versehen ist. Ein solches Traggestell kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Zudem kann der rohrförmige Grundkörper mit geringem Aufwand mit einer Lagerstelle versehen oder mit einem weiteren Grundkörper eines sich in axialer Richtung anschliessenden Traggestells gekoppelt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Traggestells wird vorgeschlagen, den rohrförmigen Grundkörper im Bereich der beiden axialen Enden mit je einem Flansch zu versehen. Ein Flansch stellt eine einfach und kostengünstige Lösung dar, damit der Grundkörper bzw. das jeweilige Traggestell mit einer Lagereinheit oder mit einem weiteren Traggestell verbunden werden kann. Vorzugsweise wird der Flansch mittels Schrauben mit dem nachfolgenden Element verbunden.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel von schematisch dargestellten Traggestellen für eine Solaranlage;
Fig. 2 Eine Seitenansicht der Traggestelle gemäss Fig. 1 ;
Fig. 3 Einen Querschnitt durch ein Traggestell gemäss Fig. 1 ;
Fig. 4 Eine stark vereinfachte Ansicht des Endbereichs von Traggestellen;
Fig. 5 Eine erste Seitenansicht einer Lagereinheit; Fig. 6 Eine zweite Seitenansicht der Lagereinheit gemäss Fig. 5;
Fig. 7 Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Solaranlage mit in parallelen
Reihen angeordneten Traggestellen;
Fig. 8 Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Solaranlage mit in parallelen
Reihen angeordneten Traggestellen; Fig. 9 Fig. 9 ein Detail der Fig. 8 in vergrösserter Darstellung
Fig. 9a Ein nochmals vergrössertes Detail der Fig. 9;
Fig. 10 Eine Seitenansicht einer bevorzugten Lagerung der Traggestelle;
Fig. 10a Eine Draufsicht auf die Lagerung gemäss Fig. 10;
Fig. 11 Eine mögliche Anordnung von Traggestellen auf einem Flachdach; Fig. 12 Eine mögliche Anordnung von Traggestellen entlang einer Bahnlinie;
Fig. 13 Eine Rückansicht auf die Solaranlage in vergrösserter Darstellung.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer Solaranlage, welche sich insbesondere zur einachsichgen Sonnennachführung eignet. Die Solaranlage umfasst hier beispielhaft drei axial hintereinander
angeordnete Tragvorrichtungen, nachfolgend Traggestelle genannt. An das zentrale Traggestell 1 schliesst sich auf beiden Seiten je ein weiteres Traggestell 1a, 1 b an, wobei das äussere linke Traggestell 1a und das äussere rechte Traggestell 1 b nur teilweise dargestellt sind. Der Aufbau eines Traggestells wird nachfolgend anhand des zentralen Traggestells 1 näher erläutert.
Wie ersichtlich, ist das Traggestell 1 um ein Vielfaches länger als breit. Das zentrale Element des jeweiligen Traggestells 1 ist ein rohrförmiger Grundkörper 2, welcher mittels Längsstreben 3 und Querstreben (nicht ersichtlich) verstärkt ist. Die Verstärkungen in Form der Streben helfen in erster Linie das Traggestell 1 gegen Durchbiegung zu verstärken. Im weiteren ist das Traggestell mit Querprofilen 5 versehen, an welchen die einzelnen Solarmodule fixiert werden können. Beispielhaft sind hier zwei am zentralen Traggestell angeordnete Solarmodule S dargestellt. Der rohrförmige Grundkörper 2 ist vorzugsweise als kreisrundes, geschlossenes Rohr ausgebildet. Dabei eignen sich Rundrohre in besonders bevorzugter Weise, da sie drehstabil sind und Drehbewegungen über sehr grosse Distanzen übertragen können. Allerdings sind alternativ auch ovale oder vieleckige Ausführungsformen möglich, wobei auch diese Aufzählung nicht abschliessend ist.
Das jeweilige Traggestell 1 ist vorzugsweise als modulare Einheit aufgebaut, wobei solche Einheiten in axialer Richtung aneinandergereiht und miteinander gekoppelt werden können, so dass ein Verbund aus axial miteinander gekoppelten Traggestellen entsteht. Das jeweilige Traggestell 1 ist dazu zumindest an einem axialen Ende, vorzugsweise jedoch an beiden axialen Enden, mit je einem Mittel zum Verbinden mit einem weiteren Traggestell versehen. Das genannte Mittel kann auch zur Bildung einer Lagerstelle und/oder zur Kopplung mit einer Lagereinheit genutzt werden. Als Mittel kommt vorzugsweise ein Flansch zum Einsatz.
Im vorliegenden Beispiel dient der Flansch einerseits dem kinematischen Koppeln - Verbinden- mit einem sich in axialer Richtung anschliessenden Traggestell, wobei zwischen zwei sich in axialer Richtung anschliessenden Traggestellen vorzugsweise noch ein Doppelflansch zum Einsatz kommt, der beidseitig mit je einem Flansch des jeweiligen Traggestells verbunden ist. Der im Innern hohle Doppelflansch bildet dabei gleichzeitig einen Teil einer Lagereinheit, wie anschliessend noch näher erläutert wird. Sofern sich in axialer Richtung kein weiteres Traggestell anschliesst, kann der
Flansch auch zum Antrieb der Solaranlage genutzt werden. Der Flansch kann auch zum Fixieren eines Ringelements genutzt werden, welches einen Teil der Lagereinheit bildet. Das Ringelement kann beispielsweise als Flansch oder Doppelflansch ausgebildet sein. Ggf. kann eine Lagereinheit auch direkt mit dem Flansch des jeweiligen Traggestells zusammenwirken.
Das jeweilige Traggestell weist vorzugsweise eine Länge im Bereich zwischen 5 und 20 Metern auf und ist im Bereich der beiden axialen Enden drehbar gelagert. Die Breite richtet sich nach der Grösse der verwendeten Solarmodule und liegt im Normalfall zwischen ca. 0.5 und 2 Metern. Die in der Form von Lagereinheiten 16 ausgebildeten Lagerstellen sind hier nur schematisch angedeutet; sie werden jedoch anschliessend anhand der Figuren 5 und 6 noch näher erläutert. Als Lagereinheit wird im Zusammenhang mit der hier zur Rede stehenden Erfindung jegliche Art von Lagerung verstanden, wobei eine Lagereinheit durchaus aus einer Vielzahl von Teilen und Lagern, beispielsweiese Kugellagern, bestehen kann. Jedenfalls sind die beiden Lagereinheiten 16 in horizontaler Richtung um zumindest annähernd die Länge eines Traggestells 1 beabstandet auf einer Unterlage angeordnet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Raum zwischen den beiden Lagereinheiten frei bleibt und vorzugsweise anderweitig genutzt werden kann. Der Begriff Unterlage wird stellvertretend für jegliche Art von Abstützung verstanden, auf der eine Lagereinheit angeordnet werden kann. Als Unterlage kann beispielsweise eine Betonplatte, ein Mauerwerk, eine Stütze, ein Pfeiler usw. zum Einsatz kommen.
Die Lagereinheiten 16 sollen ein Verdrehen des Traggestells zum Zweck einer einachsigen Sonnennachführung um die Längsachse L ermöglichen. Die dazu notwendigen Antriebsmittel sind aus dieser Darstellung nicht ersichtlich. Durch axiale Kopplung mehrerer Traggestelle 1a, 1 , 1 b können mit einem einzigen Antrieb viele hintereinander angeordnete Traggestelle verschwenkt -gedreht- werden. Berechnungen haben ergeben, dass die Gesamtlänge der miteinander gekoppelten Traggestelle theoretisch bis zu mehreren hundert Metern betragen kann. Der Antrieb wird vorzugsweise an einem axialen Ende oder in der Mitte des jeweiligen Verbunds angeordnet. Eine derartige Solaranlage stellt gegenüber den konventionellen Trackern eine einfache und kostengünstige Lösung dar, um die Solarmodule einachsig der Sonne nachzuführen.
Wie aus der Darstellung gemäss Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Lagereinheiten 16 auf den Vertikalträgern 7 angebracht, welche ihrerseits im Boden 8 verankert sind. Die Höhe eines solchen Vertikalträgers 7 kann entsprechend den Anforderungen praktisch beliebig gewählt werden. Im weiteren ist aus dieser Darstellung eine zentrale Längsstrebe 6 ersichtlich, welche insbesondere die Biegesteifigkeit des rohrförmigen Grundkörpers 2 gewährleistet. Die zentrale Längsstrebe 6 dient der Verstärkung des Grundkörpers 2 bei seitlicher Windlast und bei steil gedrehten Solarmodulen. Eine solche Längsstrebe 6 kann beispielsweise aus Armierungseisen bestehen. Vorzugsweise kommen Armierungseisen mit einem Durchmesser von ca. 1-2cm zum Einsatz. Armierungseisen haben den Vorteil, dass sie kostengünstig und sehr belastbar sind.
Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2. Neben dem rohrförmigen Grundkörper 2 und der Längsstrebe 6 sind aus dieser Darstellung insbesondere erste Querstreben 4a sowie zweite Querstreben 4b ersichtlich. Die ersten Querstreben 4a dienen der Verbindung der zentralen Längsstrebe 6, mit dem Grundkörper 2, während die zweiten Querstreben 4b der Abstützung der Querprofile 5 am Grundkörper 2 dienen. Im Innern des rohrförmigen Grundkörpers 2 sind schematisch angedeutete Leitungen bzw. Rohre aufgenommen, welche mit den Solarmodulen S energetisch verbunden sind, um den erzeugten Strom„abzuführen", bzw. das kalte Wasser zu- und das erwärmte Wasser wieder„abzuführen". Um die Leitungen bzw. Rohre aus dem Innern des rohrförmigen Grundkörpers 2 an das jeweilige Solarmodul heranführen zu können, ist der rohrförmige Grundkörper 2 mit radialen Bohrungen (nicht dargestellt) versehen.
Als Material für den rohrförmigen Grundkörper 2 kommt vorzugsweise Baustahl zum Einsatz, während sich für die Querstreben 4a, 4b beispielsweise Armierungseisen anbieten, welche hochfest sind. Vorzugsweise wird das gesamte Traggestell nach dem Fertigstellen mit einer Rostschutzschicht versehen, beispielsweise durch feuerverzinken.
Der grundsätzliche Vorteil einer Solaranlage mit einem oder mehreren erfindungsgemäss ausgebildeten Traggestellen besteht u.a. auch darin, dass für das Nachführen in der einen Achse vergleichsweise wenig Energie benötigt wird. Durch das Vorsehen eines Flansches am Ende des jeweiligen Grundkörpers können
Traggestelle in axialer Richtung auf einfache Weise miteinander gekoppelt werden. Auch das Verbinden mit einer Lagerung wird durch einen Flansch stark vereinfacht. Durch die weit auseinander liegenden Abstützungen bzw. Lagereinheiten 16 kann der Raum zwischen bzw. unter dem jeweiligen Traggestell weiterhin genutzt werden. Erfind ungsgemäss ausgebildete Solaranlagen können beispielsweise auch entlang von Bahnlinien angeordnet werden. Um die Aussicht der Fahrgäste nicht zu behindern, sind die Solarmodule entsprechend tief montiert. Als weitere Aufstellorte seien beispielsweise landwirtschaftliche Flächen erwähnt. Auch die Montage oberhalb von Parkfeldern ist ohne weiteres möglich, zumal nur wenige Abstützungen vorgesehen werden müssen, welche zudem seitlich angeordnet werden können. So können die Solarmodule durchaus bis zu 4 Meter über dem Boden angeordnet werden. Eine solche Bodenfreiheit ist gegenüber den konventionellen festen Aufständerungen, wo die Bodenfläche unter den Solarmodulen durch unzählige, nahe beieinander liegende Abstützungen nicht nutzbar ist, ein grosser wirtschaftlicher Vorteil.
Fig. 4 zeigt schematisch die beiden axialen Endbereiche eines rohrförmigen Grundkörpers eines ersten Traggestells 1 sowie den einen axialen Endbereich eines weiteren Traggestells 1a, welches dem ersten Traggestell 1 zugewandt ist. Im weiteren ist ein Verbindungselement in Form eines Doppelflansches 12 zum Verbinden der beiden Grundkörper bzw. der beiden Traggestelle 1 , 1a erkennbar. Der rohrförmige Grundkörper 2, 2a des jeweiligen Traggestells 1 , 1 a ist am Ende mit einem Flansch 10, 11a versehen, der mit dem Doppelflansch 12 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist der linke Flansch 10 des rechten Traggestells 1 und der rechte Flansch 11a des linken Traggestells 1a mit je einem Flansch 13, 14 des Doppelflanschs 12 verbunden. Von dem rechten Traggestell 1 ist zudem auch der rechte Flansch 11 ersichtlich, der dem Verbinden mit einem weiteren Traggestell und/oder einer Lagereinheit dient. Der Doppelflansch 12 dient einerseits dem Verbinden der beiden Traggestelle 1 , 1a. Andererseits bildet er auch die Lagerstelle 15, indem dessen zylindrischer Mittelteil als Lagerring für eine Lagereinheit 16 genutzt wird. Durch die hohle Ausbildung des Doppelflansches 12 können die genannten notwendigen Leitungen bzw. Rohre durch den Doppelflansch 12 hindurch vom dem einen zu dem benachbarten Traggestell 1 , 1 a geführt werden. Die auf einer vertikale Stütze 7 befestigte Lagereinheit 16 wir anhand der Fig. 5 und 6 noch näher
erläutert. Sofern keine Traggestelle axial miteinander verbunden werden sollen, kann der jeweilige Flansch 10, 11 , 11a des rohrförmigen Grundkörpers 2, 2a auch anderweitig genutzt werden, beispielsweise zur Bildung einer Lagerstelle. Alternativ kann auch ein weiteres Element, welches als Lagerstelle dient, mit dem jeweiligen Flansch 10, 11 , 11a verbunden werden. Die beiden Flansche 10, 11 a der Tragestelle 1 , 1a sind mittels Schraubverbindungen 22 mit dem Doppelflansch 12 verbunden.
Damit durch Temperaturunterschiede bewirkte Längenänderungen der rohrförmigen Grundkörper aufgenommen bzw. ausgeglichen werden können, wird zwischen zwei benachbarten Flanschen 10, 13; 1 , 14 vorzugsweise ein Ausgleichselement eingefügt. Ein solches Ausgleichselement kann beispielsweise aus einem mehrere Millimeter dicken Weichgummi 21 bestehen. Es sind aber auch andere Varianten wie beispielsweise eine Längsverzahnung denkbar. Solche Ausgleichselemente können zudem auch Richtungsönderungen zwischen den Traggestellen ausgleichen, wie sie beispielsweise bei der Anordnung der Traggestelle entlang von Bahnlinien oder Autobahnen auftreten können. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Quer- und eine Längsansicht der Lagereinheit 16. Die Lagereinheit 16 weist vier rostfreie Radiallager 18a-18d und zwei Axiallager 20a, 20b auf, wobei die beiden unteren Radiallager 18a, 18b als drehbare Doppellager ausgebildet sind, welche sich bei Schräglage immer an die Rohroberfläche anpassen. Insgesamt weist die Lagereinheit demnach 8 Lagerelemente auf. Die Lager sind vorzugsweise als Wälzlager ausgebildet. Die vier Radiallager 18a-18d sind derart auf der Ober- und Unterseite des Grundkörpers 2 angeordnet, dass sie gesamthaft in allen Richtungen auftretende Radialkräfte aufnehmen können. Die beiden unteren Doppellager 18a, 18b sind vorzugsweise um eine Vertikalachse 19 drehbar in einer untere Aufnahme 17 der Lagereinheit 16 aufgenommen. Die Axiallager 20a, 20b stützen den Doppelflansch 12 in axialer Richtung ab. Eine derart ausgebildete Lagereinheit 16 kann sowohl radiale wie auch axiale Kräfte aufnehmen. Dies ist deshalb wichtig, da das jeweils abzustützende Traggestell mit seinen Kollektoren hohen Windkräften ausgesetzt sein kann, welche das Traggestell in den drei Achsen X-, Y- und Z belasten können. Die Fig. 7 zeigt wiederum in schematischer Darstellung eine Solaranlage mit in parallelen Reihen angeordneten Traggestellen 1c-1g, welche mit Solarmodulen S bestückt sind. Jede Reihe von Traggestellen 1c-1g weist mehrere in axialer Richtung miteinander gekoppelte Traggestelle 1c-1g mit Solarmodulen auf, was durch je ein
links und rechts der Lagerung 15 angebrachtes Solarmodul S1 , S2 angedeutet wird. Die Traggestelle 1c-1g können der Sonne einachsig nachgeführt werden. Die Solarmodule S sind in der vorgängig beschriebenen Weise auf den Traggestellen 1 c- 1g angeordnet. Sämtliche Traggestelle 1c-1g sind um die jeweilige Längsachse drehbar. Um ein möglichst einfaches und synchrones Verschwenken der Traggestelle 1c-1g um die jeweilige Längsachse zu ermöglichen, sind einerseits die in einer Reihe axial hintereinander angeordneten Traggestelle miteinander verbunden. Andererseits sind auch die parallelel Reihen der Traggestelle 1c-1g mittels eines Seilzugs oder Ähnlichem derart miteinander verbunden, dass eine Drehbewegung des vordersten Traggestells bzw. der vordersten Traggestelle 1 c auf die anderen, parallel dazu angeordneten Traggestelle 1d-1g übertragen wird. Dazu ist seitlich des vordersten äussersten Traggestells 1 c ein schematisch angedeuteter Antrieb 23 angeordnet, der den rohrförmigen Grundkörper 2 der vordersten Traggestells 1c direkt antreibt. Als Antrieb kommt vorzugsweise ein elektromotorischer Spindelantrieb zum Einsatz, der hohe Stellkräfte ausüben kann und selbsthemmend ist. Sämtliche der ganz aussen angeordneten Traggestelle sind seitlich mit je einem Hebel 25c-25g versehen, deren Oberseiten und auch Unterseiten mittels eines Seils 24 oder dergleichen verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Drehbewegung des vordersten Traggestells 1c synchron auf die weiteren Traggestelle 1d-1g übertragen.
Die Fig. 8 zeigt eine Solaranlage mit zweiachsiger Sonnennachführung. Die Solaranlage weist wiederum in parallelen Reihen angeordneten Traggestelle 1c-1g auf. Die einzelnen Solarmodule sind jedoch nicht fest mit dem jeweiligen Traggestell 1 c-1g verbunden, sondern jeweils um eine Querachse 27 drehbar, wie dies durch einen Doppelpfeil 28 angedeutet ist. Die genannte Querachse verläuft im Wesentlichen jeweils unter einem rechten Winkel zu der Längsachse des jeweiligen Traggestells 1c-1g. Das Verschwenken der Traggestelle um deren Längsachse erfolgt in der vorgängig anhand der Fig. 7 beschriebenen Weise mittels eines Elektromotors 26. Um ein synchrones Verschwenken der Solarmodule S um deren Querachsen 27 zu ermöglichen, sind die Solarmodule S über einen Seilzug 30 derart miteinander gekoppelt, dass eine von einem weiteren elektromotorischen Antrieb 29 bewirkte Bewegung auf sämtliche Solarmodule S1 übertragen wird. Dies erfolgt vorzugsweise über geeignete Seil-Umlenkungen 31 , welche eine seitliche, entlang der Traggestell-Reihen verlaufende Seilbewegung um 90° umlenken, so dass die
Bewegung des ersten Seils auf ein weiteres, unter einem rechten Winkle zum ersten Seil verlaufendes zweites Seil übertragen werden, mittels welchem eine Schwenkbewegung des jeweiligen Solarmoduls bewirkt werden kann, wie anschliessend anhand der Figur 9 noch näher erläutert wird. Als Antrieb kommt auch hier vorzugsweise ein elektromotorischer Spindelantrieb zum Einsatz, der hohe Stellkräfte ausüben kann und selbsthemmend ist.
Die Traggestelle der Solaranlagen gemäss den Fig. 6 und 7 können auf vertikalen Stützen derart angeordnet werden, dass sie in einem vorgegebenen Abstand oberhalb des Untergrunds angeordnet sind. Um dem gesamten Verbund zusätzliche Stabilität zu verleihen, können zumindest einzelne Stützen mittels Verbindungselementen zumindest in einer Richtung kraftschlüssig miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels Seilen oder dergleichen. Vorzugsweise werden die äussersten Stützen einer Reihe oder Gruppe zusätzlich fest im Boden verankert oder am Boden abgestützt. Die Fig. 9 zeigt die Seilumlenkung 31 der Fig. 8 in vergrösserter Darstellung. Um die Seilbewegung um 90° umlenken zu können, ist der rohrförmige Grundkörper 2 an beiden axialen Enden mit je einem Tragkörper 33 versehen, an dem insgesamt vier Seilrollen angeordnet sind. Der Tragkörper 33 ist fest mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden und macht dessen Drehbewegungen mit, was durch einen Doppelpfeil 40 angedeutet ist. . Der seitlich entlang der Traggestellreihen verlaufende erste Seilzug 30 schlingt sich um die beiden am vorderen Ende des Tragkörpers 33 angeordneten beiden Seilrollen, so dass ein vertikaler Seilabschnitt 32 ensteht. Der zweite Seilzug 36, welcher unter einem rechten Winkel zum ersten Seilzug 30 verläuft, bildet eine Endlosschlaufe, indem er an beiden Enden des Tragkörpers 33 jeweils um die beiden seitlich am Tragkörper 33 angeordneten Seilrollen geführt wird. Dadurch wird ein zweiter Seilabschnitt 37 gebildet, der parallel zu dem ersten Seilabschnitt 32 verläuft. Die beiden genannten Seilabschnitte 32, 37 sind über ein Verbinmdungselement 38, vorzugsweise eine Seilklemme, kraftschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die Bewegung des Seils des ersten Seilzugs 30 auf das Seil des zweiten Seilzugs 36 übertragen. Das Seil des zweiten Seilzugs 36 ist über Hebel 39 mit den Solarmodulen S verbunden, so dass diese um die jeweilige Querachse 27 verschwenkt werden können, wie dies durch die Doppelpfeile 28 angeduetet ist. Durch die gezeigte Ausbildung können
Seilbewegungen um 90° umgelenkt und auf einen drehbaren Körper -Solarmodule S- übertragen werden.
Die Fig. 9a zeigt in einer nochmals vergrösserten Darstellung den am axialen Ende des rohrförmigen Grundkörpers 2 angeordneten Tragkörper 33, an dem die vier Seilrollen 34, 35 angeordnet sind. Der Tragkörper 33 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei die eine Ecke 33a abgeflacht ist, damit der Seilabschnitt des ersten Seils parallel und sehr nahe zu dem Seilabschnitt des zweiten Seils verlaufen kann und die beiden Seilabschnitte in diesem Bereich mittels einer Seilklemme oder dergleichen kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Die Fig. 10 zeigt in einer Seitenansicht eine alternative Lagerung/Lagereinheit eines Traggestells, welche sich insbesondere für den Einsatz an einzelnen Traggestellen eignet. Die Lagereinheit umfasst neben zwei Kugellagern 41 ein Tragrohr 42 und eine Abstützung 43. Das Tragrohr 42 ist mittels den beiden im Innern des rohrförmigen Grundkörpers angeordneten Kugellagern 41 mit dem Traggestell verbunden. Das Tragrohr 42 ist über die Abstützung 43 am Boden bzw. einer Unterlage 44 befestigt. Die Abstützung 43 umfasst Streben 43a und 43b.
Die Fig. 10a zeigt die Lagerung gemäs Fig. 10 in einer Draufsicht. Um auch hohe Windkräfte aufnehmen zu können, sind die Streben 43a, 43b seitwärts gerichtet und bilden daurch eine stabile Abstützung. Die Fig. 11 zeigt eine mögliche Anordnung von Traggestellen auf einem Flachdach 45 eines Gebäudes 44. Beispielhaft sind hier vier Reihen 47 von mit Solarmodulen versehenen Traggestellen dargestellt. Die einzelnen Traggestelle sind am axialen Ende drehbar abgestützt. Dazu kann beispielsweise eine Lagerung zum Einsatz kommen, wie sie vorgängig anhand der Fig. 10 erläutert wurde. Das jeweilige Traggestell ist nur im Bereich der beiden Endseiten abgestützt. Die Länge des Traggestells ist so gewählt, dass die beiden seitlichen Abstützungen/Lagerungen nicht auf dem Flachdach selber sondern auf entsprechend stabilen und belastbaren Bereichen 46 des jeweiligen Gebäudes, beispielsweise auf dessen Mauerwerk, vorzugsweise im Bereich des Aussenwände, abgestützt wird. Dadurch wird das Flachdach selber keinen zusätzlichen Belastungen ausgesetzt. Teure statische Belastbarkeitsrechnungen der Dachflächen können so eingespart werden. Dachflächensanierungen sind neu ohne Demontage der Solaranage möglich, was
bei Solaranlagen nach dem Stand der Technik nicht der Fall ist und hohe Kosten verursacht. Bei einer derartigen Anordnung können durchaus Traggestelle vorgesehen werden, welche keinen rohrförmigen Grundkörper aufweisen, der sich über die gesamte Länge des Traggestells erstreckt. Das Traggestell selber kann beispielsweise aus einem insbesondere durch Längs- und Querstreben gebildeten Gerüst bestehen. An den Seiten eines solchen Gerüsts können Rohrstücke angebracht werden, welche mit der jeweiligen Lagereinheit verbunden sind.
Schliesslich zeigt die Fig. 12 eine mögliche Anordnung von Traggestellen 1 entlang einer Bahnlinie. 48 Um die Aussicht der Fahrgäste nicht zu behindern, sind die Solarmodule bzw. Traggestelle vorzugsweise tief montiert.
Als weitere mögliche Aufstellorte seien beispielsweise landwirtschaftliche Flächen erwähnt. Auch die Montage oberhalb von Parkfeldern ist ohne weiteres möglich, zumal nur wenige AbStützungen vorgesehen werden müssen, welche zudem seitlich angeordnet werden können. Die Fig. 13 zeigt eine Rückansicht auf die Solaranlage in vergrösserter Darstellung. Aus dieser Ansicht sind insbesondere der rohrförmiger Grundkörper 2, eine vertikale Stütze 7, eine Lagerstelle 16 sowie einige Solarmodule S ersichtlich. Im weiteren ist erkennbar, dass der rohrförmiger Grundkörper 2 mit radialen Bohrungen 49 versehen ist, durch welche die im Innern des rohrförmigen Grundkörpers 2 auftgenommenen Kabel 50 nach aussen geführt und mit dem jeweiligen Solarmodul S verbunden werden.
Vorgängige Beispiele zeigen mögliche Ausführungsformen von Solaranlagen. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung durchaus davon abweichende Gestaltungen möglich sind. So könnte beispielsweise anstelle eines Schraub- Flansches ein anderes mechanisches Mittel, beispielsweise eine Steckverbindung, eine Steckkupplung, ein Schweissflansch, ein Lötflansch oder eine Klammerverbindung zum Verbinden mit einem weiteren Traggestell bzw. zur Bildung einer Lagerstelle oder zur Verbindung mit einer Lagereinheit vorgesehen werden. Auch ein direktes Verschweissen von miteinander zu verbindenden Grundkörpern ist grundsätzlich möglich. Auch die Lagereinheiten können unterschiedlich gestaltet sein, indem diese beispielsweise den Grundkörper nur radial nicht jedoch axial abstützen, um eine Längenausdehnung bei langen oder sehr langen Axialverbunden
zu ermöglichen. In diesem Fall könnte beispielsweise nur an einem Ende des Verbunds eine axiale Abstützung vorgesehen werden.