Die Story der fliegenden Halle auf Kettenlinienbögen

Kettenlinienbögen sind ein ideales Muster der Architektur, das durch viele Bauten wie die Sagrada Familia ikonisiert ist. Ein altes Thema bei meinem Codismus.

 Hängend, wie stehend, belasten Kettenlinienbögen das Material gleichmäßig, hängend auf Zug, stehend auf Druck.

Mein Beispiel, eine Studie zur Brauchbarkeit von Kettenlinienbögen als Tragwerk für Photovoltaik über den Parkplatz hat sich entwickelt: eine flache Halle, 25m breit und 25m lang wird von 25 Bögen mit 25m Spannweite und 7m Höhe gebildet. Oberhalb von 2,5m mit den 1,.m mal 2,. PV Modulen schindelförmig bedeckt. Ein luftiges Dach mit offenen Bögen auf vielen Füßen.

über den Platz mit Bäumen sieht es so aus: 

So der Gedanke und viele Fragen offen. Zum Grundriss: Zufahrten durch die offenen Bögen, neu von der Straße im Süden? Zum Bau: BSH, Brettschichtholz, gebogen in 3 oder 5 Teilen, gesteckt auf Druck und verschraubt? Aus Holz zur global carbon sink order grünem Metall gesteckt? 

Bringt ein Modell etwas (auf Metallgitter)?

Work in Progress

Vertikale PV-Anlagen an Verkehrsflächen mit Schallschutzwirkung

2,382 m x 1,134 m soll die neue Standardgröße von großen PV-Modulen sein. Diese riesige Abmessung erschließt ein Potential von vertikalen O-W PV-Anlagen. Dabei stehen in diesem Post Anlagen an Verkehrsflächen mit Schallschutz im Vordergrund. Dafür gilt es alles nötige umweltfreundlich& billig zu entwickeln: Aufstellung, Service, Landschaftsarchitektur, Rückbau.

Der Ausbau des elektrischen Netzes für 100%EE einschließlich der Speicherung setzt die Gewinnung der Energie, auch aus Sonne und Wind, unter starken Kostendruck. Billige Standflächen für große Anlagen möglichst in Kombination mit Speichern sind dafür ein Schlüssel. Diese Standflächen sind häufig an Autobahnen und Bahnstrecken gegeben. Dazu kommt jeder Beitrag zum Schutz gegen Verkehrslärm.

 Die Aufstellung der vertikalen PV-Module mit 2,38m Höhe muss für den Schallschutz ohne Spalt zum Erdboden und ohne Spalte zwischen den Modulen erfolgen. Ein Spalt zum Erdboden kann vermieden werden: statt einem Betonfundament ein Trapez-oder Wellblech anwenden, das, wenn nötig mit einer Art Auffederung, im Erdboden versenkt wird. Dass Blech sollte so hoch wie der (einmädige) Grasbewuchs neben den Modulen sein. Die Module werden zwischen schlanken Masten auf Erdschrauben schlüssig befestigt. Diese Technik hat sich in der Agri-PV bereits für eine schnelle und billige Montage mit Vorbohren bewährt. Die Festigkeit wird, falls ein hoher Winddruck zu erwarten, durch seitliche Abspannung mit Bohr-Erdankern erreicht.

Als Module kommen nach dem Stand der Technik bifazale in Frage. Für Sicherheits-Durchgänge ohne Türen eignen sich überlappende Reihen mit einem Längsdurchgang über mehrere Module.

Die Ästhetik einer durchgehenden Modulwand mit Abspannungen ist bescheiden. Sie ist eine Herausforderung für eine Landschaftsarchitektur, sie mit wellenförmigem Verlauf, Durchgängen und anderen Mitteln zu gestalten.

Kettenlinienbögen-PV-Unterbau

In Xtwitter unter@u_stein

ab dem 21.7.2024:

Kettenlinienbögen-PV meine jüngste Idee für Verkehrsflächen wie P. Filigrane Bögen aus Schichtholz im Abstand der breitesten Standard -Module von knapp 2,5m. Darauf diese Module in Schindelform mit Regenschutz oder Ablauf zwischen den Modulen. Ideal O-W.

Eine Reihe von filigranen Kettenlinienbögen mit 25m Spannweite und ca. 2,5m Abstand ist wohl geeignet, eine Art PV-Halle mit O-W-Orientierung für mein Projekt über dem Rathausparkplatz zu gestalten. Die Bogenhöhe von S her ansteigend. Eine einladende Einfahrt... 

Der Charme dieses Konzeptes ist das minimalistische Holztragwerk, nur auf Druck belastet. Das Fundament jedes einzelnen Bogens, nur 1-3 Erdschrauben mit U-Aufnahme. Kein Beton. Heute schon voll nachhaltig machbar.

Furnierstreifenholz (PSL, Parallel Strand Lumber)  ist ein Holzwerkstoff, der aus Schälfurnier. Das etwa drei bis sieben Millimeter starke Furnier wird in etwa 13 Millimeter breite und 1,8 bis 2,5 Meter lange Streifen

geschnitten und aufeinander geleimt.

PSL wäre als Technologie wohl geeignet, Träger in Form von Kettenlinienbögen als Unterbau für Photovoltaik-Anlagen herzustellen. Wird der Bogenunterbau dicht mit großen PV-Modulen beschindelt ist das Holz wassergeschützt. Ein oder mehrere Erdschrauben dienen als Fundament.

Brettschichtholz (BSH) de.m.wikipedia.org/wiki/Brettschi… ist natürlich auch für Kettenlinienbögen geeignet. In der gewünschten Form aus(Sekanten -) Bretterstapeln geleimt und ggfs. beschnitten oder mit schräger de.m.wikipedia.org/wiki/Keilzinku…

aus BSH geformt. Wahrscheinlich eine Kostenfrage.

So weit die Xtweets.

Zu damit möglichen Architekturen. Hässlich meint Sebastian und lehnt dafür den Begriff Architektur ab. Also Ingenieurbauten. Die Grundform ist eine rechteckige Halle. Passend für einen PV-Parkplatz, eine Ladestation... Eine Straße(?).

In der rechteckigen Grundform gleicher Höhe, offen oder (weit zurückgesetzt) ganz oder teilweise verschlossen könnte sie ein Standard werden. Über Ladestationen in zwei Reihen mit vollem Wetterschutz. 

Dies sind 25 Bögen auf einer Fläche von 25m*50m. Die Stellfläche darunter wäre 20m*50m, die Höhe 7,5m.

So könnte eine hohe Halle aussehen.

Die Grundform lädt zu Variation, zu Gestaltung ein. Modulation der Höhe. Abschnitte mit gekreuzten Kettenlinienbögen, Apsis -ähnlich für eine seitliche Einfahrt oder ein Abschluss mit PV -Südfront.

Viel Raum für eine Entwicklung, nachhaltiger als mit dem filigranen Schichtholz auf Erdschrauben ist wohl schwierig.

Ein Vergleich einer Halle des hölzernen Kettenlinien-Tragwerks mit dem PV -Hypar-Membrantragwerks in luftiger Höhe liegt nahe. Ästhetik und Nutzen sind von Fall zu Fall zu entscheiden. Was die Kosten betrifft, so gebe ich Hypar-Membran-pv in einer samt Schrauben-Abspannung standardisierten Ausführung  größere Chancen.

Schlussendlich, die hölzernen Bögen sind eine Hommage à Schellnhuber et al.: al building as the global carbon sink!

PV-Membrantragwerke mit Hypar-Flächen für eine Economy of Scale

1.Einleitung

Die erneuerbaren Energien sind billig. Und konkurrieren am Strommarkt bereits jetzt bei einem Anteil von gut 60% der elektrischen Energie untereinander, sicher sehr stark wachsend bis100%  der gesamten Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. 

Ein Maß für die Kosten bei PV Anlagen sind die Gesamtkosten je kWpeak beim Bau. Was ist dabei für PV-Membrantragwerke zu erwarten? Unter welchen Bedingungen können sie mit dem Stand der Technik bei der Montage von PV-Modulen in Freiflächen-PV, Agri-PV und über Verkehrsflächen konkurrieren? Die Membrantragwerke- Überlegungen werden fokussiert auf das Kostensenkungspotential durch eine economy of scale mit Hilfe eines hoch standardisierten, vollständig vorgespannten, rechteckigen Membrantragwerks mit hyperbolischen-paraboloid Flächen(Hypar)-PV. Dabei wird von den Kostenfaktoren der meist gebauten Freiflächen-PV ausgegangen. 

2.Kostenanteile einer Freiflächen-PV.

Die Kosten für den Bau einer Photovoltaik-Freiflächenanlage setzen sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Die wichtigsten Kostenanteile sind:

#Modultechnik: Die Module sind der mit Abstand größte Kostenfaktor. Die Preise für Solarmodule schwanken stark und hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Leistung, der Technologie und dem Hersteller. In der Regel liegen die Kosten zwischen 0,40 und 0,80 Euro pro Wattpeak (Wp).

#Unterkonstruktion: Die Unterkonstruktion trägt die Module und muss auf die jeweiligen Gegebenheiten des Standorts abgestimmt sein. Die Kosten für die Unterkonstruktion liegen zwischen 0,20 und 0,40 Euro pro Wp.

#Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Die Kosten für den Wechselrichter liegen zwischen 0,10 und 0,20 Euro pro Wp.

#Verkabelung: Die Verkabelung verbindet die Module und den Wechselrichter miteinander. Die Kosten für die Verkabelung liegen zwischen 0,05 und 0,10 Euro pro Wp.

#Planung und Installation: Die Planung und Installation einer Photovoltaik-Freiflächenanlage erfordern Fachwissen und Erfahrung. Die Kosten für Planung und Installation liegen zwischen 0,10 und 0,20 Euro pro Wp.

#Weitere Kosten: Neben den oben genannten Kosten fallen noch weitere Kosten an, z.B. für Genehmigungen, Versicherungen und Wartung. Diese Kosten können je nach Projekt variieren.

#Gesamtkosten: Die Gesamtkosten für den Bau einer Photovoltaik-Freiflächenanlage liegen in der Regel zwischen 0,80 und 1,80 Euro pro Wp.

Diese Angaben hat die Gemini-AI im Juli 2024 im Netz gefunden. 

3. Bei welchen Anteilen ist eine Economy of scale zu erwarten, insbesondere im Vergleich zur konkurrierenden Montagetechniken?

Der wichtigste Anteil für die Konkurrenz ist die Unterkonstruktion. Hier sind bei einer üblichen  Freiflächen-PV eine Aufständerung nach dem Stand der Technik mit Fertigteilen und Normprofilen dominant. Werden jedoch an die  Spannweite der Unterkonstruktion wie bei der Nutzung der Fläche unter der PV für Verkehr oder Agri-PV möglichst große Werte honoriert, so hat ein gespanntes Seil gegenüber einem Balken Vorteile. Anschauliche Beispiele dafür liefert der Brückenbau. Ähnliches gilt für das PV- Membrantragwerk. Seine Vorteile liegen bei großen Spannweiten und großen Flächen. 

Dabei ist die economy of scale noch zu berücksichtigen Jörg Schlaich et al. stellen in ihrem Aufsatz über das Olympia-Dach fest, dass es teurer ist, als konventionelle Überdachungen. Dies hat eine Reihe von Gründen: von der Planung über die meisten Komponenten bis zur Montage waren Entwicklungskosten zu tragen. Sie sind nur durch Standardisierung und hohe Stückzahlen gering zu halten.

Die gilt nicht nur für die Unterkonstruktion, sondern auch für die Planung und Installation. Letztlich auch für die oben angeführten weiteren Kosten.

Die Kostenanteile sind zusammen mit der geschätzten Wirkung einer Economy of scale bei Membran-PV für große Spannweiten in der folgenden Tabelle dargestellt. 

Work in Progress

Keeling und Schellnhuber

Die Keeling Kurve ist das ikonische Bild des Treibhauseffektes der Atmosphäre. Sie stellt den gemessenen CO2-Anteil der Luft über die Jahre dar. CO2 ist das beständigste der Treibhausgase THG. 

Das Fatale an der Kurve ist ungebrochene Anstieg im Mittel durch die anthroprogene Verbrennung. Das Hoffnungsvolle ist jährliche Schwankung durch das Wachsen und Vergehen der Biomasse. Es reduziert den CO2 Gehalt und lässt ihn wieder anwachsen. Gelänge es, jedes Jahr einen Teil der Biomasse zu ernten und zu lagern, so könnten wir mit Hilfe der natürlichen Photosynthese ein CCS, carbon capture and storage, umsetzen. Dafür Meiler in Form von riesigen Mooren schaffen und nutzen? 

Schellnhuber et al. arbeiten hierfür den genialen Vorschlag mit doppeltem Nutzen aus, Zement und Stahl im Bau durch Holz (und andere Biomasse?) zu ersetzen. Doppelter Nutzen, weil CO2 bei deren Herstellung vermieden wird und der Kohlenstoff im Holz für die Nutzungsdauer gespeichert wird und für ein second life zur Verfügung steht. Schellnhuber erzählte dies jüngst sehr authentisch mit Quellen in seiner keynote der klimaaktif Konferenz 2024 auf YouTube.

Damit zeichnen sich für den prognostizierten Überlebenskampf der Menschheit zwei Phasen ab: 

1. 100%EE erreichen und damit kein CO2 für die Energiegewinnung mehr in die Atmosphäre entlassen 

2. Durch die Reduzierung des CO2- THG-Anteils mit dem natürlichen/ bauwirtschaftlichen CCS die Atmosphäre reparieren.

Es ist zu erwarten, dass die fossile Lobby zur Rettung ihres Geschäftsmodells mit Verbrennung versucht 2. vorzuziehen und bei 1. den Prozentsatz zu drücken. Wollen wir das?