english

Wabenförmiges Photovoltaik-Baukastensystem für Verkehrsflächen

Grundprinzip

Der wichtigste Bauteil des Baukastensystems ist ein regelmäßiges Sechseck als horizontales Trägerelement für Photovoltaik-Panele. Solche Sechsecke sollen miteinander zu größeren Flächen zusammengefügt werden. Sechsecke können bei vorgegebenen Montagemöglichkeiten in 60°-Schritten gedreht werden, zusätzlich gibt es zwei um 90° zueinander versetzte Varianten der Montage der Photovoltaik-Panele auf den Sechsecken. Das bedeutet, dass bei vorgegebener Ausrichtung der Sechsecke bzw. Position der Stützen die Paneele in 30°-Schritten ausgerichtet werden können, also nie um mehr als 15° von der optimalen Südausrichtung abweichen müssen:

Zudem besteht ein statischer Vorteil darin, dass aus regelmäßigen Sechsecken zusammengefügte Flächen tragfähiger sind als aus Rechtecken gebildete Flächen weil es keine durchgehenden Fugenlinien gibt, an denen die Fläche zum Einknicken neigt.

Diese Flexibilität der Montage macht die das vorgeschlagene Baukastensystem einerseits ungeachtet der Ausrichtung der zu nutzenden Fläche universell anwendbar und ermöglicht andererseits sowohl Serienfertigung als auch eine Montage in effizienten Routineprozessen.

Konkrete Abmessungen und Anpassung an die Standard-Panelgröße und verschiedene geographische Breiten

Mit einer Sechseckbreite ("Schlüsselweite") von 2,64 m sind die Trägerelemente zwar etwas zu groß um liegend auf einem Lkw befördert zu werden, ein aufrechter Transport in einem Lkw oder einem HC-Container bzw. Wechselaufbau ist aber möglich. Die Überschreitung der Standardfahrzeugbreite von 2,5 m hat aber den Vorteil, dass bei Überdachung von Carports, Parkplätzen etc. die übliche Stellplatzbreite von 2,5 m eingehalten werden kann.

Um eine handhabbare Anzahl an Befestigungspunkten am Sechseck zu erzielen sollte das Verhältnis von Panel-Abstand und Sechseck-Abstand ein Bruch mit niedrigem Zähler und niedrigem Nenner sein, sodass sich die Positionen der Panele auf den Sechsecken nach einer überschaubaren Anzahl von Panelen und Sechsecken wiederholen.

In Ost-West-Richtung ergeben sich unabhängig der geographischen Breite sehr einfache Verhältnisse:

  • Verlaufen stets zwei Kanten jedes Sechsecks in Nord-Süd-Richtung, so werden die Standard-Photovoltaikpanele (1,72 x 1,13 m) mit ihrer längeren Seite in Ost-West-Richtung angeordnet. Lässt man zwischen den Panelen jeweils eine Lücke von ca. 4 cm, so passen auf zwei Sechsecke genau drei Panele.

  • Verlaufen stets zwei Kanten jedes Sechsecks in Ost-West-Richtung, so werden die Standard-Photovoltaikpanele (1,72 x 1,13 m) mit ihrer kürzeren Seite in Ost-West-Richtung angeordnet. Lässt man zwischen den Panelen jeweils eine Lücke von ca. 1 cm, so kommt man auf zwei Panelabstände pro Sechseckabstand.

In Nord-Süd-Richtung sind die Verhältnisse von Panelabständen und Sechseckabständen von der geographischen Breite abhängig: In den folgenden zwei Abbildungen sind für beide Ausrichtungen der Panele (kurze oder lange Seite in Ost-West-Richtung) für verschiedene geographische Breiten in Europa Kombinationen von Panel-Neigung und Panel-Abständen dargestellt. Dabei kommt es auch beim niedrigsten Mittagssonnenstand des Jahres (schwarz strichlierte Pfeile) zu keiner gegenseitige Verschattung der Panele und die beiden zwei nördlicheren Beispiele weisen mindestens 30° Neigung auf, damit Schnee zuverlässig abrutscht und mehr Winterertrag erreicht wird.

Für die vielen verschiedenen Anordnungen der Panele auf den Sechsecken sind zahlreiche Befestigungspunkte notwendig: Die in der folgenden Grafik gelb gezeichneten, ovalen Befestigungspunkte dienen der direkten Befestigung der jeweils unteren Kanten des Panels mit dem Sechseck. An den grün gezeichneten, kreisrunden Punkten werden Streben montiert, auf denen die oberen Kanten der Panele ruhen.

Abdeckung von Verkehrsflächen unterschiedlicher Abmessungen

Je nach Ausrichtung der Sechsecke längs oder quer und Anzahl der Sechseckreihen können Verkehrswege unterschiedlichster Breiten mit Photovoltaikanlagen überbaut werden (die kleinen türkisen Kreise in der Abbildung stellen die Stützen dar):

Angesichts der sehr unterschiedlichen erforderlichen Spannweiten erscheint es zweckmäßig, mindestens eine leichtere und eine massivere, biegesteifere Variante der sechseckigen Trägerelemente zu fertigen.

Die gewählten Abmessungen der sechseckigen Trägerelemente passen nicht nur zu linienförmigen Verkehrsflächen, sondern auch zum verbreiteten 16m-Raster von Großparkplätzen oder zu einem Busbahnhof mit 7 m breiten Durchfahrten und 3,5 m breiten Bussteigen:

Die Variante mit größeren Spannweiten bietet sich auch für Anlagen über Kreisverkehren an:

Synergie mit Fahrleitung, Zäunen oder Lärmschutzwänden

Werden mit dem wabenförmigen Photovoltaik-Baukastensystem ohnehin viele Stützen entlang des Verkehrsweges und eine durchgehende tragende Struktur darüber errichtet, so können Synergien mit der Errichtung von Lärmschutzwänden oder einer Elektrifizierung des Verkehrsweges mit einer Fahrleitung genutzt werden. Ebenso können die Stützen genutzt werden um einen abgezäunten Verkehrsweg herzustellen. Dies könnte im ländlichen und suburbanen Raum erfolgsentscheidend für die Entwicklung fahrer:innenloser Mobilitätslösungen wie Robotaxis oder autonomen Regionalbussen sein.

Vor- und Nachteile im Vergleich zu Freiflächen-Photovoltaik und Photovoltaikanlagen auf Parkplätzen in konventioneller Bauweise

Verglichen mit konventionelleren Parkplatz-Photovoltaikanlagen, bei denen die Ausrichtung von Dächern und Panelen den Stellplatzreihen folgt, erzielt das wabenförmige Konzept eine wesentlich bessere Ausnutzung der einzelnen Panele - nahezu so gut, wie bei einer Freiflächenanlage. Das bedeutet, dass viel weniger Panele unterproportional weniger Energie liefern. Die tragenden Strukturen müssen weit weniger Gewicht tragen: weniger Panele und im Winter auch keinen Schnee. Auch hier ist die Freiflächenanlage aber noch weiter im Vorteil, da sie niedriger und mit weniger Stützweite gebaut werden kann. Vorteile des wabenförmigen Systems sind jedoch die Nähe zum Netzanschluss (besonders im Ortsgebiet oder am Ortsrand) und die doppelte Nutzung bereits versiegelter Fläche ohne auch nur geringe Einschränkungen der landwirtschaftlichen Nutzung von Ackerflächen. Im Gegensatz zur konventionellen Lösung wird aber kaum Regen- und nur eingeschränkter Sonnenschutz für die geparkten Fahrzeuge erzielt.

Kontakt: Harald Buschbacher * * * E-Mail * * * Website