WO2023137510A1

WO2023137510A1 - Photovoltaikanlage

Info

Publication number: WO2023137510A1
Application number: PCT/AT2023/060010
Authority: WO
Inventors: Alexander Mehler
Original assignee: Alexander Mehler
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2023-01-18
Publication date: 2023-07-27
Also published as: AT525815A1

Abstract

Es wird eine Photovoltaikanlage mit in wenigstens einer Reihe mit gegenseitigem Abstand auf einer landwirtschaftlichen Fläche (1) angeordneten Stehern (2), mit zwischen den Stehern (2) vorgesehenen Solarmodulen (3), die auf zwischen je zwei Stehern (2) verlaufenden, miteinander gelenkig verbundenen Teilwellen (5) einer gemeinsamen Welle gelagert sind, und mit je zwei die Teilwellen (5) endseitig abstützenden Lagern (9) beschrieben, die auf einem Kopf (8) der zugehörigen Steher (2) um eine horizontale, zur Teilwelle (5) senkrechte Schwenkachse schwenkverstellbar gehalten sind. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Lager (9) zu den Teilwellen (5) parallele, die Teilwellen (5) lastabtragend zwischen sich aufnehmende Tragrollen (15) aufweisen, dass die Köpfe (8) der Steher (2) zwei Träger (10) für die endseitigen Lager (9) der im jeweiligen Kopfbereich durch Kardanwellen (4) verbundenen Teilwellen (5) umfassen und dass die Träger (10) um eine die Schwenkachse für die Lager (9) bildende Achse (11) drehbar gelagert sind und mit Abstand von dieser Achse (11) auf einer gegenüber dem Kopf (8) der Höhe nach verstellbaren Schwenkabstützung (12) aufruhen.

Description

Photovoltaikanlage

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage mit in wenigstens einer Reihe mit gegenseitigem Abstand auf einer landwirtschaftlichen Fläche angeordneten Stehern, mit zwischen den Stehern vorgesehenen Solarmodulen, die auf zwischen je zwei Stehern verlaufenden, miteinander gelenkig verbundenen Teilwellen einer gemeinsamen Welle gelagert sind, und mit je zwei die Teilwellen endseitig abstützenden Lagern, die auf einem Kopf der zugehörigen Steher um eine horizontale, zur Teilwelle senkrechte Schwenkachse schwenkverstellbar gehalten sind.

Stand der Technik

Um landwirtschaftliche Flächen auch für Photovoltaikanlagen nützen zu können, ist es bekannt (DE 20 2020 104 397 U1 ), wenigstens eine Reihe von Stehern in der landwirtschaftlichen Fläche zu verankern und diese mit Abstand voneinander angeordneten Steher durch Querriegel zu verbinden, die an der Höhe nach entlang der Steher verlagerbaren Halteschuhen montiert sind, sodass die Solarmodule jeweils zwischen einem oberen und unteren Querriegel angeordnet werden können. Eine solche Anlage aus reihenweise angeordneten Stehern und zwischen den Stehern vorgesehenen Solarmodulen erlaubt zwar eine gute Geländeanpassung, doch sind diese Anlagen auf einen vertikalen Verlauf der Solarmodule beschränkt. Zur Schwenkverstellung von in Längsreihen angeordneten, reihenweise verschwenkbaren Solarmodulen einer auf einer landwirtschaftlichen Fläche errichteten Photovoltaikanlage ist es bekannt (WO 2015/145351 A1 ), die in den Ecken eines rechtwinkeligen Flächenbereichs angeordneten Steher durch Querstreben zu einem Gestell zu verbinden, in dem zwischen den Querstreben die je eine Solarmodulreihe aufnehmenden Wellen gelagert sind. Wegen des Gestells, das für die Aufnahme der auf den Wellen angeordneten Solarmodule entsprechend steif ausgeführt werden muss, ist eine Anpassung an Geländeformen mit größeren Höhenunterschieden nur bedingt möglich.

Es ist auch bekannt (CH 706 132 A2), die durchgehenden Wellen, auf denen die Solarmodule je in einer Längsreihe angeordnet sind, in Auslegern von mit Abstand voneinander auf einer landwirtschaftlichen Fläche angeordneten Stehern drehverstellbar zu lagern. Da für jede Solarmodulreihe eine gesonderte Steherreihe vorgesehen ist, können zwar die Steherreihen in gegeneinander der Höhe nach abgesetzten Geländeabschnitten angeordnet werden, was eine Anpassung einer mehrreihigen Photovoltaikanlage an gegebene Geländeformen quer zur Reihenlängsrichtung erlaubt, nicht aber in Reihenlängsrichtung. Der Verlauf der Solarmodulreihen wird ja durch die gemeinsamen Wellen festgelegt, auf denen die Solarmodule reihenweise befestigt sind, sodass ein in Reihenlängsrichtung geneigter Geländeabschnitt wegen des im Wesentlichen horizontalen Verlaufs der je Solarmodulreihe vorgesehenen Welle eine entlang der Solarmodulreihe unterschiedliche Überkopfhöhe bedingt.

Die WO 2017/210432 A1 offenbart eine Photovoltaikanlage mit in einer Reihe angeordneten, voneinander beabstandeten Stehern, die paarweise aufeinanderfolgend je einen auf den Stehern verschwenkbar gelagerten Tragrahmen für Solarmodule aufweisen. Diese Tragrahmen können mithilfe von in einem gemeinsamen Antriebsstrang vorgesehenen Umlaufgetrieben verschwenkt werden, an deren drehbaren Gehäuseabschnitten die Tragrahmen befestigt sind. Die Ausgangsseite des im Zuge des Antriebsstrangs eingangsseitigen Umlaufgetriebes der beiden je einem Tragrahmen zugeordneten Umlaufgetriebe ist mit dem Eingang des auslaufseitigen Umlaufgetriebes durch eine Teilwelle verbunden, während das auslaufseitige Umlaufgetriebe mit dem Eingang des eingangsseitigen Umlaufgetriebes des jeweils in der Reihe nachfolgenden Tragrahmens durch eine Kardanwelle verbunden ist. Die gemeinsame Schwenkverstellung der einzelnen Tragrahmen durch Umlaufgetriebe erlaubt zwar den Antrieb des Antriebsstrangs mit einer im Vergleich zur Schwenkverstellung der Tragrahmen erheblich größeren Winkelgeschwindigkeit zu betreiben, doch wird dieser Umstand mit einem hohen Konstruktionsaufwand erkauft. Zur Lagerung der Tragrahmen sind jeweils zwei Steher mit einem Umlaufgetriebe erforderlich, über das nicht nur die Gewichtskräfte, sondern auch die auf die Solarmodule einwirkenden Windkräfte abgetragen werden müssen. Außerdem bedingt der Abstand zwischen den für einen Tragrahmen benötigten Steherpaaren bei größeren Geländeunebenheiten vertikale Abstände der Solarmodule im Stoßbereich zwischen den den Tragrahmen zugeordneten Solarmodulfeldern, was die Gefahr einer gegenseitigen Abschattung mit sich bringt.

Schließlich ist eine Photovoltaikanlage bekannt (WO 2018/075368 A1), bei der die Solarmodule auf zwischen je zwei Stehern verlaufenden Trägern vorgesehen sind, die um eine Längsachse drehbar gelagert und miteinander durch ein Kardangelenk antriebsverbunden sind. Die beiden Wellenstummel des Kardangelenks sind je zwischen den Schenkeln eines U-förmige Lagerkörpers geführt, der in zwei an den Stehern vorgesehenen Seitenwangen schwenkverstellbar gelagert ist, sodass die beiden Lagerkörper und mit den Lagerkörpern die Wellenstummel des Kardangelenks in Richtung der Teilwellen ausgerichtet und gegenüber den Seitenwangen in der ausgerichteten Schwenkstellung festgelegt werden können. Da die Wellenstummel des Kardangelenks mit Schwenkarmen zur Aufnahme der Solarmodulträger versehen sind, ergibt sich durch die Kardangelenke ein gemeinsamer Antriebsstrang für die aufeinanderfolgenden Solarmodulträger. Nachteilig ist allerdings, dass mit Ausnahme einer Schwenklage der Solarmodule aufgrund der die Solarmodulträger aufnehmenden Schwenkarme mit einer Drehmomentbelastung des Antriebsstrangs in den jeweiligen Schwenkstellungen der Solarmodule gerechnet werden muss und dass das Kardengelenk den Neigungswinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Solarmodulträgern begrenzt. Dazu kommt, dass die Lageranordnung zur Aufnahme größerer Lagerkräfte ungeeignet ist, mit denen vor allem bei Windböen zu rechnen ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage mit reihenweise gemeinsam verschwenkbaren Solarmodulen so auszubilden, dass eine einfache Geländeanpassung mit weitgehend gleichbleibender Überkopfhöhe der Solarmodule sichergestellt werden kann. Außerdem sollen die anfallenden Belastungen insbesondere durch Windkräfte vorteilhaft auf die Steher abgetragen werden können.

Ausgehend von einer Photovoltaikanlage der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Lager zu den Teilwellen parallele, die Teilwellen lastabtragend zwischen sich aufnehmende Tragrollen aufweisen, dass die Köpfe der Steher zwei Träger für die endseitigen Lager der im jeweiligen Kopfbereich durch Kardanwellen verbundenen Teilwellen umfassen und dass die Träger um eine die Schwenkachse für die Lager bildende Achse drehbar gelagert sind und mit Abstand von dieser Achse auf einer gegenüber dem Kopf (8) der Höhe nach verstellbaren Schwenkabstützung aufruhen.

Der Umstand, dass die die Solarmodule einer Solarmodulreihe aufnehmende Welle in sich je zwischen zwei benachbarten Stehern erstreckende Teilwellen unterteilt ist, die im Stoßbereich durch eine Kardanwelle antriebsverbunden sind, bietet eine vorteilhafte Voraussetzung dafür, die Steher einer Solarmodulreihe auch entlang eines Geländeprofils versetzen zu können, das einen unterschiedlichen Höhenverlauf aufweist, sodass die vorzugsweise einheitlichen Steher entsprechend dem Geländeprofil der Höhe nach versetzt sind. Die Verbindung der Teilwellen durch Kardanwellen erlaubt einen größeren Neigungswinkel zwischen den Teilwellen, weil dieser Neigungswinkel auf zwei Kardangelenke aufgeteilt wird. Demzufolge können die Teilwellen zwischen den unterschiedlich hoch versetzten Stehern in Anpassung an das Geländeprofil unter einer Neigung verlaufen, die eine Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche auch im Bereich von Geländestufen unterhalb der Solarmodule ermöglicht. Bei der konstruktiven Ausgestaltung der endseitigen Lagerung der Teilwellen auf den Stehern müssen daher nicht nur unterschiedliche Neigungswinkel zwischen den Teilwellen und den Stehern, sondern auch große Lagerkräfte berücksichtigt werden, wie sie bei Windbelastungen auftreten können. Weisen die Lager für die Teilwellen zu den Teilwellen parallele, die Teilwellen lastabtragend zwischen sich aufnehmende Tragrollen auf, verbindet sich eine stabile Lastabtragung mit einfachen Montagebedingungen, weil die Teilwellen lediglich auf die Tragrollen der endseitigen Lager aufgelegt werden müssen.

Über die auf die Träger der Lager abgetragen werden, Aufgrund der schwenkbaren Lagerung der Träger und ihrer Abstützung auf einer der Höhe nach verstellbaren Schwenkabstützung mit entsprechendem Abstand von der Schwenkachse können auch hohe Lagerkräfte von den Tragrollen auf die Träger und von den Trägern auf die Köpfe der Steher abgetragen werden, ohne auf eine feinfühlige Anpassung der Trägerneigung und damit der Neigung der auf den Trägern angeordneten Lager an die jeweilige Neigung der Teilwellen verzichten zu müssen.

Einfache Konstruktionsvoraussetzungen für die endseitigen Lager der Teilwellen ergeben sich, wenn die Tragrollen auf Holmen gelagert sind, die zwei die Teilwellen mit radialem Spiel umschließende Lagerstirnwände verbinden.

Bei einem geneigten Verlauf der Teilwellen ist mit axialen Kräften zu rechnen, die bei der Lagerung der Teilwellen zu berücksichtigen sind. Zur Abtragung dieser axialen Kräfte können die Teilwellen im Bereich der endseitigen Lager radial abstehende Anschlagringe aufweisen, die sich auf radial zur jeweiligen Teilwelle ausgerichteten Stützrollen axial abstützen. Die auf die Teilwellen einwirkenden axialen Kräfte werden somit durch die Stützrollen auf die Träger und von diesen auf die Steher abgetragen. Um temperaturbedingte Längenänderungen der Teilwellen zu berücksichtigen, wird diese axiale Abstützung der Teilwellen nur im Bereich eines der beiden endseitigen Lager der Teilwellen vorgesehen. Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 die Lagerung zweier durch eine Kardanwelle miteinander verbundener Teilwellenenden auf dem Kopf eines Stehers in einer schematischen Seitenansicht in einem größeren Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie Ill-Ill der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2 in einem größeren Maßstab und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 2 ebenfalls in einem größeren Maßstab.

Eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage umfasst wenigstens eine Reihe von auf einer landwirtschaftlichen Fläche 1 mit gegenseitigem Abstand versetzten Stehern 2 und zwischen diesen Stehern 2 angeordneten Solarmodulen 3, die auf sich zwischen den Stehern 2 erstreckenden, miteinander durch Kardanwellen 4 antriebsverbundenen Teilwellen 5 vorgesehen sind. Die Teilwellen 5 sind mit über ihre Länge verteilten Auslegern 6 versehen, die ein Traggestell 7 für die Solarmodule 3 aufnehmen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

An den oberen Enden weisen die Steher 2 einen aufgesetzten Kopf 8 auf, auf dem die Lager 9 für die jeweils einander zugekehrten Enden der beiden im Steherbereich miteinander durch die Kardanwellen 4 verbundenen Teilwellen 5 angeordnet sind. Um diese Lager 9 in ihrer Neigung dem Neigungsverlauf der zugehörigen Teilwellen 5 angleichen zu können, sind die Lager 9 gegenüber dem Kopf 8 je um eine horizontale, zur Teilwelle 9 senkrechten Schwenkachse schwenkverstellbar gelagert. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise für jedes Lager 9 ein T räger 10 vorgesehen, der auf einer die Schwenkachse für die Lager 9 bildenden, im Kopf 8 angeordneten Achse 11 gelagert ist.

Um einfache Konstruktionsvoraussetzungen zu schaffen, sind die beiden Träger 10 für die einander hinsichtlich der Kardanwelle 4 gegenüberliegenden Lager 9 der Teilwellen 5 auf einer gemeinsamen Achse 11 schwenkbar gelagert, was jedoch nicht zwingend ist. Die Schwenkeinstellung der Träger 10 und damit der auf den Trägern 10 vorgesehenen Lager 9 erfolgt mithilfe einer mit Abstand von der Achse 11 vorgesehenen Schwenkabstützung 12 für den jeweiligen T räger 10. Diese Schwenkabstützung 12 wird im Ausführungsbeispiel durch eine Kulissenführung 13 gebildet, in der die T räger 10 in der eingestellten Neigungslage durch Klemmschrauben 14 festgehalten werden.

Da die Lager 9 für die Teilwellen 5 mit zu den Teilwellen 5 parallelen, die Teilwellen 5 lastabtragend zwischen sich aufnehmenden Tragrollen 15 versehen sind, wie dies insbesondere den Fig. 2 und 4 zu entnehmen ist, ergeben sich trotz einer guten Lastabtragung einfache Montagebedingungen, weil die Teilwellen 5 lediglich auf die Tragrollen 15 der Lager 9 aufzulegen sind. Zur Lastabtragung genügen an sich Tragrollen 15 in der unteren Lagerhälfte. Zur besseren Führung der Teilwellen 5 können aber selbstverständlich auch in der oberen Lagerhälfte Führungsrollen 16 vorgesehen werden. Für die Anordnung der Tragrollen 15 sowie der Führungsrollen 16 ergeben sich einfache Konstruktionsverhältnisse, wenn diese Trag- und Führungsrollen 15, 16 auf Holmen 17 gelagert sind, die zwei die Teilwellen 5 mit radialem Spiel umschließende Lagerstirnwände 18 verbinden.

Bei einem geneigten Verlauf der Teilwellen 5 treten zu berücksichtigende Axialkräfte auf, die auf die Steher 2 abzutragen sind. Eine einfache Konstruktion ergibt sich dabei, wenn die Teilwellen 5 im Bereich der endseitigen Lager 9 radial abstehende Anschlagringe 19 aufweisen, die sich axial an radial zur jeweiligen Teilwelle 5 ausgerichteten Stützrollen 20 abstützen, wie dies aus den Fig. 2 und 5 hervorgeht. Um temperaturbedingte Längenänderungen der Teilwellen 5 zu berücksichtigen, werden die axialen Lagerabstützungen durch den Anschlagring 19 und die mit diesem Anschlagring 19 zusammenwirkenden Stützrollen 20 nur bei einem der beiden endseitigen Lager 9 der Teilwellen 5 vorgesehen.

Um eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage auf einer landwirtschaftlichen Fläche 1 zu errichten, werden zunächst die Steher 2 in einer Reihe hintereinander in einem an die Länge der Teilwellen 5 angepassten gegenseitigen Abstand im Boden der landwirtschaftlichen Fläche 1 verankert, bevor die Träger 10 mit den Lagern 9 in ihrer Neigung entsprechend den Verbindungsgeraden der Köpfe 8 benachbarter Steher 2 ausgerichtet werden, und zwar mithilfe der höhenverstellbaren Schwenkabstützungen 11 . In die geöffneten Lager 9 können dann die einzelnen Teilwellen 5 mit den montierten Solarmodulen 3 eingesetzt werden, bevor die einzelnen Teilwellen 5 miteinander durch die Kardanwellen 4 verbunden werden. Mit einer teleskopartigen Längenverstellung einer der die Kardanwelle 4 zwischen sich ausbildenden Wellenabschnitte können Ungenauigkeiten bei der Versetzung der Steher 2 einfach ausgeglichen werden.

Die Teilwellen 5 werden durch die Kardanwellen 4 zu einer gemeinsamen Welle gefügt, die von einem Ende her durch einen Stelltrieb 21 betätigt werden kann, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist. Die in einer Reihe hintereinander zwischen den Stehern 2 angeordneten Solarmodule 3 können somit zur Berücksichtigung des Sonnenstandes, aber auch zur Berücksichtigung von Windlasten und anderen Anforderungen gemeinsam verschwenkt werden. Die landwirtschaftliche Fläche 1 bleibt dabei auch im Bereich der Solarmodule 3 für eine entsprechende Bearbeitung zugänglich.

Claims

Patentansprüche

1 . Photovoltaikanlage mit in wenigstens einer Reihe mit gegenseitigem Abstand auf einer landwirtschaftlichen Fläche (1 ) angeordneten Stehern (2), mit zwischen den Stehern (2) vorgesehenen Solarmodulen (3), die auf zwischen je zwei Stehern (2) verlaufenden, miteinander gelenkig verbundenen Teilwellen (5) einer gemeinsamen Welle gelagert sind, und mit je zwei die Teilwellen (5) endseitig abstützenden Lagern (9), die auf einem Kopf (8) der zugehörigen Steher (2) um eine horizontale, zur Teilwelle (5) senkrechte Schwenkachse schwenkverstellbar gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (9) zu den Teilwellen (5) parallele, die Teilwellen (5) lastabtragend zwischen sich aufnehmende Tragrollen (15) aufweisen, dass die Köpfe (8) der Steher (2) zwei Träger (10) für die endseitigen Lager (9) der im jeweiligen Kopfbereich durch Kardanwellen (4) verbundenen Teilwellen (5) umfassen und dass die Träger (10) um eine die Schwenkachse für die Lager (9) bildende Achse (11 ) drehbar gelagert sind und mit Abstand von dieser Achse (11 ) auf einer gegenüber dem Kopf (8) der Höhe nach verstellbaren Schwenkabstützung (12) aufruhen.

2. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragrollen (15) auf Holmen (17) gelagert sind, die zwei die Teilwellen (5) mit radialem Spiel umschließende Lagerstirnwände (18) verbinden.

3. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwellen (5) im Bereich eines der endseitigen Lager (9) radial abstehende Anschlagringe (19) aufweisen, die sich auf radial zur jeweiligen Teilwelle (5) ausgerichteten Stützrollen (20) der Lager (9) axial abstützen.