Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern umfassend: eine Mehrzahl von Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen als Erzeuger regenerativer elektrischer Energie, wobei das System eingerichtet ist eine Mehrzahl elektromotorisch oder mit Wasserstoff angetriebener Fahrzeuge als Verbraucher mit elektrischer Energie und/oder Wasserstoff zu versorgen; eine Mehrzahl von Ladestationen, die entlang einer von den Fahrzeugen befahrbaren Fahrstrecke jeweils im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Ladestationen geeignet sind, die Fahrzeuge mit elektrischer Energie und/oder mit Wasserstoff zu versorgen, wobei das System weiterhin ein autarkes Stromleitungsnetz umfasst, welches mit den Ladestationen elektrisch verbunden ist, und welches, ggf. ausschließlich, mit der von den Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen erzeugten regenerativen elektrischen Energie gespeist wird.

Stand der Technik

Es ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, regenerative elektrische Energie über Windkraftanlagen zu gewinnen und zum Aufladen der Akkumulatoren von Fahrzeugen mit Elektroantrieb zu nutzen. Beispielsweise in der EP 3 659 854 A1 wird ein Verfahren zur Nutzung einer Ladeeinheit sowie ein Transportsystem für Ladeeinheiten vorgeschlagen, bei dem Ladesäulen, die mit regenerativer Energie aus Windkraft aufgeladen werden, mittels LKWs, die mehrere Ladesäulen aufnehmen, zu einem Bereich transportiert werden, wie zum Beispiel einem öffentlichen Parkplatz oder dergleichen, wo sie dann von Fahrern von PKWs dazu genutzt werden können, um die Batterien der PKWs aufzuladen. Dieses System ist vergleichsweise umständlich, zum einen, da es spezifisch ausgebildete Lastkraftfahrzeuge benötigt, die die Ladeeinheiten am Ort der Erzeugung von Energie aus Windkraft, also am Standort einer Windkraftanlage aufnehmen und über Straßen an einen Ort transportieren, an dem die Ladeeinheiten aufgestellt und für PKWs zur Verfügung gestellt werden. Das Aufladen der Ladeeinheiten muss per Kran erfolgen. Die LKWs transportieren die Ladeeinheiten über den Straßenweg zu den Orten, an denen sich Ladestationen befinden, was mit Zeitaufwand verbunden ist, Energie für den Antrieb der LKWs verbraucht und zudem wegen des CO2-Ausstoßes der LKWs die Umwelt belastet. Zudem werden hier für die Erzeugung der regenerativen elektrischen Energie große herkömmliche Windkraftanlagen verwendet, die nur an bestimmten Standorten zur Verfügung stehen, so dass die Entfernungen zu den Ladestationen, an denen die Energie für das Laden von PKWs benötigt wird, groß sein können. Große Windkraftanlagen dieser Art benötigen einen aufwändigen Genehmigungsprozess, so dass es auch nicht möglich ist, kurzfristig weitere derartige Windkraftanlagen an einem Standort in Nähe eines Verkehrsweges wie insbesondere einer Autobahn, die von vielen Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb befahren wird, aufzustellen.

Es ist ebenfalls bekannt, über Photovoltaik erzeugte regenerative Energie dazu zu verwenden, die Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen aufzuladen. Die DE 20 2011 100 046 U1 beschreibt beispielsweise ein System, bei dem Dachflächen oder Seitenflächen von Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeugen mit Photovoltaikanlagen ausgestattet sind, so dass auf diesen Fahrzeugen Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt wird. Die so gewonnene regenerative Energie wird in Akkumulatoren gesammelt, die dann zu Energiesammelstellen transportiert werden. An diesen Energiesammelstellen können die aufgeladenen Energiespeicher an Fahrzeuge abgegeben und dabei gegen leere Fahrzeugbatterien getauscht werden.

Abgesehen von den vorgenannten Systemen wird herkömmlicherweise die Windkraft auf großen Anlagen erzeugt, deren Nennleistungen bei etwa 2 MW bis 5 MW liegen oder darüber, wenn es sich um große Offshore-Anlagen handelt. Tendenziell werden heute immer größere Windkraftanlagen gebaut, um eine höhere Leistung zu erzielen. Diese großen Anlagen haben verschiedene Nachteile. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Rotorflügel bei einer 2 MW-Anlage bereits bei über 100 m, so dass die gesamte Bauhöhe einschließlich der Rotoren bei weit über 100 m liegt. Das Gewicht einer großen Windkraftanlage kann bei mehr als 1000 t liegen, so dass bei deren Errichtung große Fundamente vorgesehen werden müssen. Ein weiteres Problem liegt in der hohen Geräuschentwicklung, weshalb derzeit ein Mindestabstand von 1 ,5 km zur nächsten Wohnbebauung vorgeschrieben ist. Des Weiteren müssen diese Anlagen ein aufwändiges Genehmigungsverfahren durchlaufen und da die Akzeptanz der Anlagen in der Bevölkerung schwindet, nimmt es oft mehrere Jahre in Anspruch, um die Genehmigung für eine neue Anlage zu erhalten und diese zu errichten. Weiterhin ist es gewöhnlich so, dass der über Windkraftanlagen erzeugte Strom in das allgemeine Stromnetz eingespeist wird. Die Windkraftanlagen stehen häufig in dünner besiedelten ländlichen Regionen und der Strom muss über Hochspannungsleitungen dann oft über größere Entfernungen zu den Orten transportiert werden, die einen hohen Energiebedarf haben, wie größere Städte, Industrieanlagen und dergleichen. Zum einen kommt es im Stromnetz bei Transport über größere Entfernungen zu Leitungsverlusten. Ein weiteres Problem liegt darin, dass der von Windkraftanlagen erzeugte Strom diskontinuierlich anfällt, so dass bei stärkerem Wind eine vergleichsweise hohe Leistung aus Windkraft anfällt, die jedoch häufig nicht mit dem entsprechenden Energiebedarf einhergeht, während umgekehrt bei Windstille nicht genügend Energie aus Windkraft zur Verfügung steht. Dies erfordert es entweder, den bei starkem Wind anfallenden überschüssigen Strom in geeigneter Form zu speichern oder Energie geht bei hohem Windaufkommen verloren, da sie nicht in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.

Die vorliegende Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus. Um den CO2-Ausstoß im Verkehrssektor zu reduzieren, ist es vorgesehen, den Individualverkehr in den nächsten zwölf Jahren auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge umzustellen. Ab 2035 sollen in der EU keine neuen Fahrzeuge mehr zugelassen werden, die mit Diesel oder Benzin angetriebenen herkömmlichen Verbrennungsmotoren fahren. Dies bedeutet, dass der Bedarf an elektrischer Energie entlang der Autobahnen und Fernstraßen im Vergleich zu heute erheblich zunehmen wird. Zwar ist es geplant, den Anteil regenerativer Energien bei der Versorgung mit elektrischer Energie sukzessive zu erhöhen. Da aber die Genehmigung großer Windkraftanlagen in der Nähe von Wohnsiedlungen auf erheblichen Widerstand in der Bevölkerung stößt, ist es fraglich ob der Bedarf über Windkraftanlagen in ausreichendem Maße und in dem vorgesehenen Zeiiraum gedeckt werden kann. Wenn größere Windkraftparks im off-shore-Bereich entstehen, müssen teils erhebliche Entfernungen überbrückt werden, um den Strom zu den großen Fahrstrecken beispielsweise in Süddeutschland zu transportieren. Weiterhin ist es wenig sinnvoll, für die Errichtung von Windkraftanlagen dünn besiedelte Gebiete auszuwählen, in denen eine intakte Natur vorhanden ist, die durch die Windkraftanlagen beeinträchtigt wird (Rodung von Wäldern, Störung der Vogelwelt, Lärmbelästigung etc.). Andererseits liegt im Bereich der großen Verkehrswege wie Autobahnen und Fernstraßen ohnehin bereits ein Gebiet vor, in dem die Lärmbelästigung hoch ist und durch Vernichtung von Grünflächen in die Natur eingegriffen wurde. Flächen, die an eine Autobahn angrenzen, sind für menschliche Wohnsiedlungen kaum nutzbar und auch für Wildtiere wegen des Lärms und der Gefahren durch die Fahrzeuge kein geeigneter Lebensraum. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese an Fahrwege angrenzenden Flächen für die Erzeugung derjenigen elektrischen Energie aus regenerativen Quellen zu nutzen, die im Bereich der Fahrwege von den Fahrzeugen benötigt wird.

Aus den Druckschriften US2018/0254736 A1 und US2021/0126574 A1 sind Systeme der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen entlang einer Fahrstrecke installiert sind, um Strom aus regenerativen Quellen zu erzeugen und Batterien elektromotorisch angetriebener Fahrzeuge, die die Fahrstrecke entlangfahren, zu laden. Die Photovoltaikanlagen werden an Lärmschutzwänden, Barrieren oder Leitplanken installiert, die sich an der Fahrstrecke befinden. In den genannten Schriften fehlen jedoch konkrete Angaben darüber, wie man das Leitungsnetz für den regenerativ erzeugten Strom so einrichtet, dass dieser möglichst verlustfrei und mit vertretbarem technischen Aufwand entlang der Fahrstrecke von den Erzeugern zu den Ladestationen geleitet wird, an denen der Strom verbraucht wird.

Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System zur Erzeugung und Nutzung regenerativer Energie mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, welches im Hinblick auf die Stromleitung von den Erzeugern zu den elektrischen Verbrauchern energietechnisch und leitungstechnisch optimiert ist.

Lösungsansatz der vorliegenden Erfindung

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein System zur Erzeugung und Nutzung regenerativer elektrischer Energie eingangs genannter Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das System weiterhin mindestens eine Transformatorstation oder mindestens einen Transformator umfasst, wobei das System eingerichtet ist, den von mindestens einer Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom und/oder den von mindestens einer Windkraftanlage erzeugten Gleichstrom oder Wechselstrom in einen Dreiphasenwechselstrom im Mittelspannungsbereich umzuwandeln und in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits des mindestens einen Transformators oder der mindestens einen Transformatorstation bis zu einer Ladestation als Strom im Mittelspannungsbereich zu leiten.

Wenn es in der obigen Formulierung heißt, „dass das System eingerichtet ist, den von einer Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom oder den von einer Windkraftanlage erzeugten Gleichstrom oder Wechselstrom in einen Dreiphasenwechselstrom im Mittelspannungsbereich umzuwandeln“, dann bedeutet dies, dass entweder die genannte Transformatorstation oder der Transformator hierzu geeignet ist oder dass das System außer einer Transformatorstation oder eines Transformators gegebenenfalls weitere Einrichtungen zur Strombehandlung umfasst. Diese Einrichtungen können beispielsweise mindestens einen Frequenzumrichter umfassen, um beispielsweise von einer Windkraftanlage erzeugten Wechselstrom in einen Wechselstrom mit einer anderen Frequenz, beispielsweise mit einer gängigen Netzfrequenz von 50 Hz umzuwandeln. Ein solcher Wechselstrom mit Netzspannung kann anschließend über mindestens einen Gleichrichter in der Transformatorstation oder beispielsweise auch im Leitungsweg vor dieser in Gleichstrom umgewandelt und danach auf die gewünschte Spannung im Mittelspannungsbereich hochtransformiert werden. Photovoltaikanlagen liefern bereits Gleichstrom, so dass dieser Strom im System lediglich hochtransformiert werden muss auf die gewünschte Spannung im Mittelspannungsbereich, die für die Stromleitung im autarken Stromleitungsnetz des Systems vorgesehen ist.

Die obige Formulierung „in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits des mindestens einen Transformators oder der mindestens einen Transformatorstation bis zu einer Ladestation als Strom im Mittelspannungsbereich“ zu leiten, bedeutet, dass die Umwandlung in den gewünschten Gleichstrom entweder in der Transformatorstation oder dem Transformator oder gegebenenfalls teilweise bereits vorher erfolgt, spätestens aber in der Transformatorstation oder dem Transformator dieser Gleichstrom im Mittelspannungsbereich erzeugt wird und von dort aus in dem autarken Stromleitungsnetz als Strom im Mittelspannungsbereich bis zu einer Ladestation des Systems geleitet wird.

Die Transformatorstation befindet sich im Leitungsweg zwischen dem Erzeuger und der Ladestation. Erfindungsgemäß geht es darum, den Strom über die Strecke des Leitungswegs von der Transformatorstation oder von dem Transformator bis zur Ladestation als Gleichstrom im Mittelspannungsbereich zu leiten. Die obige Formulierung „über eine längere Entfernung“ bedeutet, dass es sich in der Regel um eine Strecke von wenigstens einem Kilometer, in der Regel um eine Strecke von mehreren Kilometern, beispielsweise eine Strecke im Bereich von etwa 1 km bis etwa 50 km, vorzugsweise von etwa 5 km bis etwa 25 km handelt. Diese Strecke entspricht maximal dem Leitungsweg zwischen einem oder mehreren Stromerzeugern und der nächsten Ladestation des Systems, an der der Strom zur Verfügung gestellt werden soll. Es kann so sein, dass sich die Transformatorstation oder der Transformator in geringer Entfernung (beispielsweise weniger als 1 km) von dem oder den Stromerzeugern befinden. Die Transformatorstation oder der Transformator kann sich aber auch in einer Entfernung von beispielsweise einigen km, beispielsweise 2 oder 3 km von den Erzeugern befinden, wobei diese Strecke nicht zu lang sein sollte, da die Erfindung ja beabsichtigt, die Stromleitung bis zur nächsten Ladestation verlustarm als Gleichstrom im Mittelspannungsbereich zu leiten. In der Regel wird es also so sein, dass die Entfernung zwischen den Erzeugern und der Transformatorstation oder dem Transformator (erheblich) geringer ist als die Entfernung zur nächsten Ladestation.

Im Rahmen der Erfindung wird es angestrebt, Ladestationen entlang der Fahrstrecke in regelmäßigen Abständen zur Verfügung zu stellen, das heißt der Leitungsweg in dem autarken Stromleitungsnetz entlang der Fahrstrecke wird quasi in einzelne Abschnitte segmentiert, die der jeweiligen Entfernung von einer Ladestation zur nächsten entsprechen.

Um ein Beispiel zu nennen: Wenn beispielsweise die Entfernung zwischen einer ersten und einer zweiten benachbarten Ladestation entlang der Fahrstrecke 20 km beträgt, die Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom im Stromleitungsweg nahe der ersten Ladestation erfolgt und sich eine Transformatorstation oder ein Transformator in einer Entfernung von beispielsweise 500 m zum Einspeisungspunkt befindet, dann würde die Stromleitung als Gleichstrom im Mittelspannungsbereich im autarken Stromleitungsnetz von jenseits der Transformatorstation oder des Transformators bis zur zweiten Ladestation 20,5 km betragen. Vorzugsweise wird es aber so sein, dass sich mehrere Erzeuger entlang des Fahrstreckenabschnitts, der von der ersten zur zweiten Ladestation führt, befinden, so dass der Stromleitungsweg des Gleichstroms im Mittelspannungsbereich, der von diesen Erzeugern kommt, kürzer ist als die genannten 20,5 km.

Gleichwohl sollte das System eingerichtet sein, den Gleichstrom im Mittelspannungsbereich über die gesamte Strecke zu leiten, die der Entfernung zwischen zwei Ladestationen entspricht. Wenn es sich bei der Fahrstrecke beispielsweise um eine Autobahn handelt, befinden sich bevorzugt Ladestationen mindestens an jedem Rastplatz. Wenn die Abstände zwischen zwei Rastplätzen zu groß sind, ist es bevorzugt, Ladestationen auch an Parkplätzen vorzusehen, deren Abstände an Autobahnen in der Regel geringer sind, da sie zwischen den Rastplätzen liegen. Parkplätze an Autobahnen sind bei ausreichender Flächengröße ohne weiteres für das Laden von Elektrofahrzeugen geeignet.

Als Gleichstrom im „Mittelspannungsbereich“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gleichstrom von vorzugsweise mindestens etwa 800 Volt bis zu etwa 20 kV angesehen.

Ein solches autarkes Stromleitungsnetz als Teil des Systems, in dem die regenerative Energie erzeugt wird, hat eine Reihe von Vorteilen. Zum einen kann dieses autarke Stromleitungsnetz bedarfsgerecht ausgelegt werden, was bedeutet, es wird so berechnet und dimensioniert, dass immer mindestens in einem solchen Umfang elektrische Energie im Bereich der Fahrwege zur Verfügung steht, wie sie von den den Fahrweg befahrenden Fahrzeugen zu Spitzenzeiten verbraucht wird. Die Erzeugung der regenerativen Energie erfolgt dort, wo sie verbraucht wird, so dass sich kurze Stromleitungswege ergeben und damit die Energieverluste minimiert werden. Die teils bereits versiegelten Flächen entlang der Fahrwege sind als Siedlungsgebiete oder naturnahe Fläche ohnehin nicht geeignet, so dass für die Installation der Anlagen zur Erzeugung der Energie, für die Stromleitungswege und gegebenenfalls Speichereinrichtungen keine weiteren Eingriffe in die Natur notwendig sind und keine wertvollen natürlichen Flächen verbraucht werden.

Auch etwaige Speichereinrichtungen, die im System benötigt werden, wenn temporär mehr Strom erzeugt wird, als das System verbraucht, können als Teil des Systems in räumlicher Nähe zu dem Fahrweg errichtet werden. Gleiches gilt für die Ladestationen, die beispielsweise an bereits vorhandenen Parkplätzen und Raststätten installiert werden können, so dass auch hier keine weiteren Naturflächen vernichtet werden müssen. Sowohl die Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen als Erzeuger regenerativer elektrischer Energie, als auch Speichereinrichtungen in Form von Akkumulatoren oder beispielsweise Tanks, in denen elektrolytisch erzeugter Wasserstoff oder gegebenenfalls Methan, LPG, Methanol oder Ammoniak gespeichert wird, welche mittels des regenerativ hergestellten Stroms im System erzeugt wurden, können ebenso wie elektrische Leitungen, auch Oberleitungen und andere im System benötigte Leitungssysteme wie Rohrleitungen für Wasserstoff, LPG oder andere energiereiche Flüssigkeiten, in der Peripherie der Fahrwege angeordnet sein und sind damit Teil des autarken Systems.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das bestehende Stromnetz außerhalb des Systems entlastet wird, da die Fernleitungen für Strom von beispielsweise Off-shore-Windparks bis zu den Fahrwegen entfallen.

In der Regel ist der Staat bereits Inhaber der Grundstücke an und in Nähe der Fahrwege (Autobahnen und Bundesstraßen), so dass die Installation aller notwendigen Einrichtungen für das System kurzfristig ohne Beschaffung von Grundstücken und langjährige Rechtsstreitigkeiten mit Dritt-Eigentümern erfolgen kann.

Die Erfindung beschreitet somit einen anderen Weg als der eingangs genannte Stand der Technik, bei dem Windkraftanlagen, die ortsfern zu den Ladestationen angeordnet sind, verwendet werden, um regenerative Energie zu erzeugen und bei dem entweder ganze Ladesäulen oder die Batterien für die Fahrzeuge zu Elektrotankstellen hin transportiert werden müssen, um Elektrofahrzeuge aufzuladen oder die Batterien auszutauschen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Ladestation“ ein Areal wie beispielsweise ein Parkplatz oder ein Rastplatz entlang einer Autobahn oder einer größeren Landstraße verstanden, an dem sich-neben den eigentlichen „Ladesäulen“ selbst-Gebäude als Verbraucher und weitere Infrastruktur wie Trafostationen, Umspanneinrichtungen etc. befinden können. Dies hat den Vorteil, dass man nicht nur die Ladesäulen, sondern auch die Gebäude, wie Restaurants, Tankstellen usw. mit der im Bereich der Fahrstrecke erzeugten elektrischen Energie versorgen kann. Gemäß der Erfindung wird somit vorzugsweise ein eigenes Stromleitungsnetz geschaffen, welches beispielsweise vom öffentlichen Versorgungsnetz autark sein und nur jeweils eine Ladestation, beispielsweise eine Raststätte, versorgen kann, welches aber gegebenenfalls auch mit dem öffentlichen Leitungsnetz verbunden sein kann, so dass Übermengen an elektrischer Energie, die im Bereich der Ladestation nicht verbraucht wird, in das öffentliche Leitungsnetz eingespeist werden oder beispielsweise auch dazu genutzt werden können, Ortschaften oder einzelne Häuser, die sich in der Nähe der Fahrstrecke befinden, mit elektrischer Energie zu versorgen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es bei der Nutzung von regenerativer Energie für das Aufladen von Fahrzeugbatterien vorteilhaft ist, den Ort der Erzeugung dieser Energie möglichst räumlich nahe zum Ort des Verbrauchs der Energie zu wählen. Die meisten Personenkraftwagen und Lastkraftwagen befahren die Autobahnen oder großen Landstraßen. Das Verkehrsaufkommen auf Autobahnen und wichtigen Landstraßen lässt sich aufgrund von Vergleichswerten recht gut einschätzen. Diese Verkehrswege finden sich in einem hoch entwickelten Industrieland mit guter Infrastruktur wie beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland nahezu flächendeckend in einem dichten Straßennetz. Da sich dieses Netz der am meisten befahrenen Straßen über insgesamt Tausende von Kilometern erstreckt, steht in der unmittelbaren Umgebung der Straßen eine große Fläche zur Verfügung. Diese Fläche kann man für die Errichtung von Windkraftanlagen und gegebenenfalls Solaranlagen nutzen. Die Erfindung schlägt vor, in Nähe einer Autobahn oder großen Landstraße Windkraftanlagen, gegebenenfalls auch Kleinwindkraftanlagen zu installieren, den weiteren Vorteil haben, dass sie bei einer Gesamthöhe von bis zu 10 m keiner baurechtlichen Genehmigungspflicht unterliegen. Auch die Installation und Montage einer solchen Kleinwindkraftanlage ist mit einem geringeren Aufwand möglich als dies bei einer großen Windkraftanlage der Fall ist, da die einzelnen Bauteile kleiner sind und ein geringeres Gewicht haben und sich problemlos mit Fahrzeugen transportieren lassen. Außerdem erübrigt sich der Aufwand für das Erstellen großer Fundamente.

Die Idee eines autarken Stromnetzes im Bereich von Autobahnen oder anderen großen Fahrwegen hat den weiteren Vorteil, dass dieses Stromnetz vom Staat kontrollierbar ist und nicht im Eigentum einer größeren Anzahl unterschiedlicher industrieller, regionaler oder kommunaler Energieerzeuger steht. Beispielsweise kann ein Konsortium von Unternehmen im Auftrag des Staates oder eine staatliche Gesellschaft das erfindungsgemäße System betreiben, ähnlich wie dies im Schienenverkehr der Fall ist. Regenerativ erzeugter Strom kann beispielsweise elektrolytisch in Wasserstoff umgewandelt werden, so dass mit Brennstoffzellen ausgestattete Fahrzeuge im System auch Wasserstoff tanken können. Ebenso können auch Fahrzeuge versorgt werden, die über Metallhybridspeicher verfügen.

Ein weiterer Vorteil des Systems liegt darin, dass es sich viel besser überwachen und sichern lässt als das bestehende, sehr unübersichtliche, öffentliche Stromnetz, bei dem zahlreiche regionale Eigner der Leitungen und Stromtrassen vorhanden sind, die über die Grundstücke unzähliger verschiedener (Fremd)-Eigentümer geführt sind.

Der Platzbedarf von beispielsweise Kleinwindkraftanlagen ist gering und diese können in geringem Abstand zueinander und zu dem Verkehrsweg errichtet werden. Außerdem ist der Geräuschpegel niedrig und wird kaum als störend empfunden. Kleinwindkraftanlagen mit einem Rotordurchmesser von bis zu 3 m können beispielsweise eine Leistung von etwa 5 kW oder auch mehr produzieren. Wenn man somit entlang einer Autobahnstrecke 1000 solcher Kleinwindkraftanlagen installiert, erzeugt man die gleiche elektrische Leistung wie eine große Windkraftanlage mit 5 MW. Wenn man die Kleinwindkraftanlagen in einem Abstand von beispielsweise 20 m zueinander in beispielsweise drei parallelen Reihen, zum Beispiel seitlich neben jeder Fahrbahn und auf dem Mittelstreifen aufstellt, lassen sich pro Autobahnkilometer 50 x 3 = 150 solcher Anlagen installieren, was bei nur 5 kW pro Anlage bereits einer Leistung von 750 kW pro km Autobahn entspricht. Es bietet sich an, Ladestationen für das Aufladen der Elektrofahrzeuge an Parkplätzen und Raststätten zu errichten, da dort die Fahrzeuge problemlos anhalten können. Das gesamte Autobahnnetz hat in Deutschland eine Länge von etwa 13.000 km. Parkplätze finden sich im Durchschnitt in einem Abstand von weniger als 10 km. Rechnet man zur Vereinfachung mit einem Abstand von 10 km, dann lässt sich bei der obigen Beispielrechnung eine elektrische Leistung allein aus den Kleinwindkraftanlagen von 7,5 MW für beide Fahrspuren einer Autobahn zwischen zwei Parkplätzen erzielen, so dass bei Parkplätzen auf beiden Seiten der Autobahn auf jeder Seite jeweils 3,75 MW an installierter Leistung für das Aufladen von Fahrzeugbatterien sowie gegebenenfalls weiterer Verbraucher zur Verfügung stünden.

Auf das gesamte Autobahnnetz von 13.000 km bezogen ergäbe sich eine Leistung von 13.000 x 750 kW = 9,75 GW. Geht man zum Beispiel von 5.000 Vollbenutzungsstunden aus, wären das 9,75 Mio kW x 5.000 h = 9,75 Mrd kWh. Der elektrische Gesamtverbrauch der Bundesrepublik Deutschland liegt bei jährlich etwa 600 Milliarden kWh, so dass allein durch die Kleinwindkraftanlagen in dem erfindungsgemäßen System entlang der Autobahn etwa 1 ,6 % des gesamten Verbrauchs an Energie in Deutschland geliefert werden könnten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann man Photovoltaikanlagen und gegebenenfalls Windkraftanlagen, die mit dem autarken Stromleitungsnetz des Systems verbunden sind, in der Nähe der Fahrstrecke, insbesondere in Reihen auf einem Randstreifen neben einer Fahrbahn und/oder auf dem Mittelstreifen zwischen zwei Fahrbahnen installieren. Durch die Kombination von Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen lässt sich die insgesamt aus regenerativen Energien erzielbare elektrische Leistung, die an den Ladestationen zur Verfügung steht, weiter erhöhen.

Bei manchen Autobahnen oder Landstraßen kann es vorkommen, dass diese in einem abgesenkten Gelände liegen. In diesen Fällen ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, wenn bei einer gegenüber der Umgebung tiefer liegenden Fahrstrecke die Windkraftanlagen auf einem gegenüber der Fahrstrecke erhöhten Standort in Nähe der Fahrstrecke installiert werden, an dem die Rotoren der Kleinwindkraftanlagen ausreichend von Wind beaufschlagt werden. In der Regel befindet sich neben dem Fahrweg eine Böschung, so dass man die Windkraftanlagen dann im oberen Bereich der Böschung aufstellen kann, so dass die Rotoren über die Böschung ragen und daher optimal vom Wind beaufschlagt werden. Auch in diesen Fällen werden die Windkraftanlagen „in der Nähe“ des Fahrwegs und entlang des Fahrwegs im Sinne der Erfindung installiert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Photovoltaikanlage, die mit dem autarken Stromleitungsnetz des Systems elektrisch verbunden ist, auf einem Verkehrsschild oder einer Hinweistafel an oder in Nähe der Fahrbahn angeordnet und/oder auf der Fahrbahn ist eine Photovoltaikanlage angeordnet und/oder die Fahrbahn ist mindestens teilweise als Photovoltaikanlage ausgebildet.

Die Photovoltaikanlagen, die gemäß der Erfindung optional zusätzlich in der Nähe und entlang des Fahrwegs installiert werden, können entweder bodennah mit entsprechender Neigung und bevorzugt Südausrichtung aufgestellt werden. Auch hier besteht der Vorteil, dass die Grundstücke entlang des Fahrwegs sich im Eigentum des Staates oder gegebenenfalls in der Hand eines einzigen Eigentümers befinden, sofern es sich wie in Ländern wie Frankreich oder Italien um eine private Gesellschaft handelt, die die Autobahn betreibt. Weiterhin ergibt sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit, wenigstens eine Photovoltaikanlage, die mit dem Stromleitungsnetz elektrisch verbunden ist, im Bereich eines Randstreifens neben einer Fahrbahn und/oder auf dem Mittelstreifen zwischen zwei Fahrbahnen und/oder auf einem Verkehrsschild oder einer Hinweistafel an oder in Nähe der Fahrbahn anzuordnen. Mit den ohnehin vorhandenen Verkehrsschildern und Hinweistafeln stehen somit zusätzliche Flächen zur Verfügung, an denen die Anbringung von Photovoltaikanlagen bei entsprechender Ausrichtung mit verhältnismäßig geringem technischem Aufwand möglich ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, die Fahrbahn selbst mit Photovoltaikanlagen zu versehen oder als Photovoltaikanlage auszugestalten. Es sind bereits Fahrbahnbeläge bekannt, die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln können und die ausreichend mit Gewicht belastbar sind, so dass sie sich als Fahrstrecke eignen, so dass es technisch möglich ist, die Fahrstrecke/Fahrbahn selbst als Photovoltaikanlage und somit als zusätzlicher Lieferant regenerativer Energie zu nutzen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens eine Photovoltaikanlage, die mit dem Stromleitungsnetz elektrisch verbunden ist, an einer Lärmschutzwand neben der Fahrbahn angeordnet. Derartige Lärmschutzwände sind, insbesondere wenn eine Autobahn durch ein Wohngebiet geführt wird oder sich in Nähe besiedelter Gebiete befindet, vorhanden und bieten große Flächen für die Installation von Photovoltaikanlagen. Weitere Anlagen können beispielsweise an Flächen von vorhandenen Bauten wie beispielsweise Brückengeländern oder stirnseitig an Unterführungen installiert werden. In allen genannten Fällen ergibt sich ein Vorteil daraus, dass die Erfindung für die Anbringung von Photovoltaikanlagen Flächen nutzen kann, die bereits Teil der vorhandenen Infrastruktur in der Nähe von Fahrwegen wie Autobahnen und größeren Landstraßen sind und über die der Staat oder der Betreiber der Autobahn verfügen kann. Dadurch erniedrigen sich die Montagekosten und es ist außerdem nicht notwendig, den Strom von einem privaten Betreiber einer größeren Photovoltaikanlage zu erwerben, wie das bislang teilweise der Fall ist, wenn Photovoltaikanlagen von privaten Betreibern beispielsweise auf landwirtschaftlichen Flächen errichtet werden. Die Erfindung nutzt auch den weiteren Kostenvorteil, dass das Leitungsnetz, in das der regenerativ erzeugte Strom eingespeist wird, erheblich kürzer gehalten werden kann, da dieses Leitungsnetz entlang des Fahrweges und somit in unmittelbarer Nähe der errichteten Kleinwindkraftanlagen bzw. Photovoltaikanlagen verlegt werden kann und von dort zu den Ladestationen geführt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße System mindestens eine Transformatorstation, wobei der von mindestens einer Windkraftanlage erzeugte Strom in einen Dreiphasenwechselstrom vorzugsweise im Niederspannungsbereich umgewandelt wird. Man kann eine solche Transformatorstation beispielsweise dazu nutzen, den Strom, welcher von den Windkraftanlagen einerseits und von den Photovoltaikanlagen andererseits erzeugt wird, zunächst zu vereinheitlichen, so dass danach beispielsweise ein Weiterleiten in einem gemeinsamen Leitungsnetz des Systems möglich ist. Beispielsweise kann man dann weiterhin diesen einheitlichen Strom aller regenerativer Erzeuger von einem Niederspannungsbereich hoch transformieren in einen Mittelspannungsbereich, um dann den Strom mit geringeren Verlusten über eine längere Strecke weiterzuleiten, insbesondere zu der Ladestation, in deren Bereich der Strom an die Verbraucher abgegeben wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das System mindestens eine Transformatorstation, wobei auch der von mindestens einer Photovoltaikanlage erzeugte Strom, bei dem es sich in diesem Fall um Gleichstrom handelt, in eine Dreiphasenwechselspannung vorzugsweise im Niederspannungsbereich umgewandelt, in das Leitungsnetz eingespeist und weiter geleitet wird. Gemäß dieser Variante der Erfindung wandelt man sowohl den mittels Windkraft als auch den mittels Sonnenenergie erzeugten Stromanteil jeweils in Dreiphasenwechselspannung um, bevorzugt mit jeweils gleicher Frequenz, insbesondere mit der üblichen Netzfrequenz von 50 Hertz, wobei die Spannung besonders bevorzugt jeweils bei etwa 400 Volt liegt, was die übliche Dreiphasenwechselspannung ist, die dem Niederspannungsbereich zugerechnet wird. Auf diese Weise erhält man von beiden Energieerzeugern Strom mit jeweils gleichen Parametern und kann diesen einheitlich in ein Leitungssystem einleiten, über welches der Strom zu den Verbrauchern insbesondere im Bereich der am nächsten gelegenen Ladestation geleitet wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Stromleitungsnetz, in welches der von mindestens einer Windkraftanlage und gegebenenfalls von mindestens einer Photovoltaikanlage erzeugte Strom eingespeist wird, mindestens einen Transformator, vorzugsweise mindestens eine Transformatorstation, in der niederspannungsseitiger Dreiphasenwechselstrom in einen Strom im Mittelspannungsbereich umgewandelt wird. Anstelle einer solchen Transformatorstation (die man auch als eine Art Umspannstation bezeichnen könnte) kann auch beispielsweise nur ein einzelner Transformator, beispielsweise in einer Umspannstation im Leitungsweg vom Energieerzeuger zum Verbraucher angeordnet sein.

Das System arbeitet somit wie folgt. Die Windkraftanlagen erzeugen Wechselspannung, vorzugsweise niederspannungsseitig (beispielsweise Drehstrom mit 400 V), welcher zu einer Trafostation geleitet werden kann. Gegebenenfalls (in der Regel) verwendet man einen Frequenzumrichter, um die Frequenz des von der Windkraftanlage erzeugten Stroms auf die übliche Netzfrequenz von 50 Hz umzustellen. Ein solcher Frequenzumrichter kann in der Windkraftanlage integriert sein. Die Photovoltaikanlagen erzeugen Gleichspannung, die ebenfalls beispielsweise in einer Trafostation über einen Wechselrichter in niederspannungsseitigen Drehstrom umgewandelt wird. Dieser Drehstrom kann über einen Transformator in eine Mittelspannung im Bereich von beispielsweise 10 kV bis 20 kV (oder höher) umgewandelt und dann über eine Entfernung von beispielsweise 1 km oder mehreren km bis zu einer Ladestation transportiert werden. Diese Entfernungen hängen unter anderem von den Abständen zwischen den Ladestationen ab, von der Anzahl der Erzeuger regenerativer Energie, die Strom einspeisen, und davon, ob man nur eine oder mehrere Trafostationen (Umspannstationen) zwischen jeweils zwei Ladestationen vorsieht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Stromleitungsnetz ausgelegt, Strom über eine längere Entfernung von jenseits mindestens einer Transformatorstation bis zu einer Ladestation als Strom im Mittelspannungsbereich zu leiten. Bevorzugt wird somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems ein eigenes Stromleitungsnetz verwendet, welches entsprechend den Bedürfnissen des Systems konfiguriert ist. Grundsätzlich kann man natürlich anstelle eines eigenen Stromleitungsnetzes auch Teile eines vorhandenen öffentlichen Netzes verwenden. In der Regel wird es aber so sein, dass in Bereichen entlang einer Autobahn oder größeren Landstraße keine geeigneten Leitungen des öffentlichen Netzes vorhanden sind. Über das öffentliche Stromnetz werden bislang allenfalls die Raststätten oder gegebenenfalls Parkplätze versorgt, an denen sich bereits Ladesäulen für Elektrofahrzeuge befinden. Daher müssten ohnehin Leitungen verlegt werden, die von den Erzeugern regenerativer Energie zu den Ladestationen führen. Somit bietet es sich an, hierfür ein separates Stromleitungsnetz zu installieren, welches den oben geschilderten Erfordernissen des erfindungsgemäßen Systems entspricht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Ladestation im Bereich mindestens einer an der Fahrstrecke angeordneten Raststätte oder eines Parkplatzes angeordnet. Unter Ladestation wird, wie bereits oben erläutert, der gesamte Bereich verstanden, welcher eine Art Elektro-Tankstelle mit Ladesäulen für PKWs und LKWs umfassen kann, gegebenenfalls Wechselstationen, an denen man leere Batterien gegen aufgeladene Batterien tauschen kann, welcher weiterhin gegebenenfalls eine herkömmliche Tankstelle für Benzin und Diesel umfassen kann, sanitäre Anlagen, Parkmöglichkeiten, Rekreationsbereiche, gegebenenfalls Restaurants etc., das heißt die entsprechende Infrastruktur wie man sie auf herkömmlichen Parkplätzen oder Raststätten beispielsweise an Autobahnen findet. Somit umfasst die Ladestation in der Regel neben den Ladesäulen und gegebenenfalls Wechselstationen, die spezifisch für elektromotorische angetriebene Fahrzeuge konzipiert sind, auch eine Reihe weiterer elektrischer Verbraucher und das erfindungsgemäße System ist besonders bevorzugt so ausgestaltet, dass der gesamte Strombedarf einer solchen Ladestation mit oder ohne Raststätte durch den aus regenerativer Energie erzeugten Strom, welcher über das erfindungsgemäße Leitungsnetz zu der Ladestation geleitet wird, abgedeckt werden kann. In diesem Idealfall ist die Ladestation somit energetisch autark und benötigt keinen Anschluss an das öffentliche Leitungsnetz. Damit ist sichergestellt, dass die gesamte Ladestation ausschließlich mit regenerativer Energie versorgt wird, wobei diese regenerative Energie vollständig im System selbst erzeugt werden kann, das heißt keine herkömmlichen großen Windkraftanlagen, Solaranlagen oder Wasserkraftwerke zusätzlich errichtet werden müssen. Letztlich ist somit die Fahrstrecke selbst, insbesondere die Autobahn oder größere Landstraße, der Energielieferant für den Energiebedarf der Fahrstrecke, wobei keine Umweltbelastung durch Ausstoß von CO2 bei der Energieerzeugung entsteht.

Vorteilhaft ist dabei, dass das System so konzipiert und ausgelegt werden kann, dass der Energiebedarf einer Ladestation an der Fahrstrecke auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen (Windstille, Bewölkung) durch die entlang des Abschnitts der Fahrstrecke zwischen zwei Ladestationen erzeugte regenerative Energie abgedeckt werden kann. Wenn bei günstigen Bedingungen mehr Energie erzeugt wird, als die Ladestation benötigt, kann man entweder im Bereich mindestens einer Ladestation mindestens eine Stromspeichereinrichtung vorsehen, die geeignet ist, im System erzeugte überschüssige regenerative elektrische Energie zu speichern. Oder man leitet die überschüssige elektrische Energie an Siedlungen, einzelne Gebäude, industrielle Anlagen, Gewerbegebiete oder dergleichen weiter, die sich in der Nähe der Fahrstrecke und/oder einer der Ladestationen befinden, so dass man diese weiteren Verbraucher in das Leitungsnetz des Systems einbeziehen kann, ohne dass ein zu hoher Aufwand für die Verlegung elektrischer Leitungen über größere Entfernungen besteht. Es genügt vielmehr eine entsprechend ausgelegte Leitung, die von einer der Ladestationen ausgeht oder an geeigneter Stelle von einer Leitung entlang der Fahrstrecke abgezweigt wird. Je nach Entfernung zu diesen weiteren Verbrauchern kann der Strom aus dem Stromleitungsnetz des Systems mit einer Mittelspannung oder auch mit einer Niederspannung zu den weiteren Verbrauchern geleitet werden. Die Errichtung weiterer Hochspannungsleitungen/Hochspannungsmasten und/oder Umspannstationen ist somit nicht erforderlich, um weitere Verbraucher beispielsweise in entlegenen Gebieten über das erfindungsgemäße System zu versorgen.

Ein solches autarkes Stromleitungsnetz, für welches die Energie regenerativ im System erzeugt wird und die Leistung auf den Bedarf von entlang einer definierten Fahrstrecke des Systems im Bereich einer Ladestation oder außerhalb von dieser vorhandenen Verbrauchern abgestimmt ist, lässt sich viel besser konzipieren, berechnen und auslasten als bei der bisherigen Nutzung des öffentlichen Stromleitungsnetzes, welches viel größere Ausmaße, unzählige Einspeiser von Energie und zahllose Verbraucher mit zeitlich abhängig variablem Energiebedarf aufweist und somit heterogen und unüberschaubar ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das System im Leitungsweg vom Erzeuger zum Verbraucher vor einer Ladestation mindestens einen Transformator oder eine Transformatorstation, mittels dessen (derer) ein Wechselstrom im Mittelspannungsbereich in einen Dreiphasenwechselstrom im Niederspannungsbereich umwandelbar ist. Den Leitungsweg von zumeist einigen Kilometern, beispielsweise 1 km bis 10 km oder 1 km bis 5 km, vom Erzeuger bzw. einer Umspannstation bis zu einer Ladestation kann man somit mit Wechselstrom im Mittelspannungsbereich von beispielsweise 10 kV bis 20 kV zurücklegen, wodurch man die Leitungsverluste verringert, und man sieht dann wenigstens einen Transformator vor, der den Strom wieder in einen Wechselstrom im Niederspannungsbereich umwandelt, so dass der Strom an der Ladestation in dem Niederspannungsbereich von beispielsweise 400 Volt zur Verfügung steht, den dort die Verbraucher benötigen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst eine Ladestation mindestens eine Ladesäule zur Aufladung von Fahrzeugbatterien, wobei vorzugsweise mindestens ein weiterer Verbraucher, im Bereich der Ladestation oder von der Ladestation entfernt, von dem Stromleitungsnetz, in welches die regenerativ erzeugte Energie eingespeist wird, versorgt wird. Dieser weitere Verbraucher kann beispielsweise eine Tankstelle oder ein Restaurant auf dem Gelände der Ladestation sein oder aber ein oder mehrere externe Verbraucher wie beispielsweise Gebäude, eine Wohnsiedlung oder ein Gewerbegebiet in der Nähe der Ladestation.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich einer Ladestation, vorzugsweise im Bereich einer zu einer Ladesäule führenden Leitung oder in einer Ladesäule, mindestens ein Gleichrichter vorgesehen, eingerichtet, von dem Stromleitungsnetz gelieferten niederspannungsseitigen Drehstrom in Gleichstrom, geeignet für das Laden von Batterien, umzuwandeln. Man kann dann beispielsweise eine Schnellladesäule zur Verfügung stellen, über die die Batterien der Elektrofahrzeuge direkt mit Gleichstrom aufgeladen werden. Mindestens eine weitere Ladesäule kann beispielsweise als AC-Ladesäule ausgeführt sein, so dass es alternativ auch möglich ist, Fahrzeuge mit Wechselstrom zu laden, welcher dann über ein im Fahrzeug installiertes Gerät in Gleichstrom für die Batterie umgewandelt wird.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Variante der Erfindung ist im Leistungsfluss vom Erzeuger zum Verbraucher, das heißt im Leistungsfluss von mindestens einer Windkraftanlage oder einer Photovoltaikanlage zu einem Verbraucher im Bereich einer Ladestation mindestens ein Gleichrichter angeordnet, eingerichtet, die von der Kleinwindkraftanlage erzeugte elektrische Energie in einen Gleichstrom in einem technisch sinnvollen Spannungsbereich von insbesondere etwa 800 Volt bis 1200 Volt, beispielsweise etwa 1000 V umzuwandeln, wobei das Stromleitungsnetz im Leistungsfluss vom Erzeuger zum Verbraucher jenseits dieses Gleichrichters bis vorzugsweise zur nächstgelegenen Ladestation ausgelegt ist, Gleichspannung in einem Mittelspannungsbereich zu leiten. Bei dieser Variante kann beispielsweise auch zunächst Gleichstrom von der Windkraftanlage beispielsweise bis zu einem Wechselrichter geleitet werden, an den man vorzugsweise auch die von den Photovoltaikanlagen kommenden Leitungen anschließen kann, wodurch man zunächst niederspannungsseitigen Dreiphasenwechselstrom mit beispielsweise 400 V erhält, den man dann entweder über einen Transformator in einen Strom im Mittelspannungsbereich umwandeln kann, welcher über die Leitungsstrecke bis zur nächsten Ladestation transportiert wird, um Leitungsverluste zu verringern und der dann dort wieder in einen Strom im niederspannungsseitigen Bereich transformiert wird, welcher für die Versorgung der Verbraucher geeignet ist. Oder man verwendet den niederspannungsseitigen Strom direkt, wenn sich entsprechende Verbraucher in der Nähe befinden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern liegen darin, dass grundsätzlich bei Bedarf weitere periphere Grundstücke, die an die Autobahntrasse angrenzen, als Flächen für die Installation der Anlagen zur Erzeugung regenerativer Energie, mit einbezogen werden können, auch wenn diese Grundstücke nicht im Eigentum des Betreibers der Autobahn sind. Dort könnte man prinzipiell auch größere Windkraftanlagen installieren, die nicht mehr unter die Definition der Kleinwindkraftanlagen (Gesamthöhe bis zu 10 m) fallen und den von diesen erzeugten Strom mit in das Leitungsnetz des erfindungsgemäßen Systems einspeisen. Dies ist vorteilhaft im Vergleich zu der heutigen konventionellen Vorgehensweise, wenn solche an den Fahrweg angrenzenden Grundstücke zumeist bereits gerodet sind und aufgrund der Lärmbelastung sowie anderer Emissionen der Fahrzeuge in der Regel kaum für eine anderweitige Nutzung (Wohnbebauung) in Betracht kommen. Auf diese Weise kann man weitere regenerative Energie erzeugen. Diese Lösung ist unter ökologischen Aspekten wesentlich besser, als beispielsweise Windkraftanlagen in Waldgebieten oder anderen Gebieten mit intakter Natur zu errichten und damit die Tier- und Pflanzenwelt dort zu zerstören oder zu beeinträchtigen, zumal in abgelegenen naturnahen Gebieten in der Regel kein elektrisches Leitungsnetz vorhanden ist und somit Leitungen für einen Anschluss des Energieerzeugers an das öffentliche Leitungsnetz mit viel größerem (Kosten)aufwand verlegt werden müssen. Die an eine Autobahntrasse angrenzenden Grundstücke sind zudem für eine anderweitige Nutzung wenig attraktiv und können daher günstiger erworben werden. Die Fahrstrecke der Autobahn und die anliegenden Grundstücke, auf denen die Erzeuger regenerativer Energie und das Leitungsnetz des erfindungsgemäßen Systems errichtet werden, bilden somit eine Technologietrasse, bei der die Vernichtung intakter Natur auf einen minimalen Flächenbereich beidseitig entlang der Fahrstrecke reduziert werden kann.

Da das dem System zugehörige Stromleitungsnetz unmittelbar oder so nahe wie möglich entlang der Fahrstrecke einer Autobahn oder Landstraße verlegt wird, steht dort aus regenerativer Energie gewonnener Strom auch für weitere Verbraucher entlang oder auf der Fahrstrecke kostengünstig zur Verfügung, das heißt für Verbraucher, die sich nicht im Bereich einer der Ladestationen befinden, zum Beispiel Leuchten zur Beleuchtung von Schildern, Strom für Sensorik oder Anzeigesysteme.

Da vorzugsweise die Hauptleitung des erfindungsgemäßen Stromleitungsnetzes von den Erzeugern ausgehend zu den Ladestationen möglichst beidseitig entlang der Autobahn geführt wird, ist zum einen die Stromleitung so kurz wie möglich und es steht außerdem überall Strom zum Beispiel für Informationssysteme zur Verfügung. Bevorzugt sind die regenerativen Erzeuger des Systems in einer Linie entlang der Fahrstrecke angeordnet, ebenso wie die Verbraucher in einer Linie entlang der Fahrstrecke angeordnet sein können und somit verlaufen die Kabel des Stromleitungsnetzes entlang dieser durch die Fahrstrecke vorgegebenen Linie und können so kurz wie möglich ausgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Gefahr der Sabotage verringert wird, welche in den derzeitigen Krisenzeiten ein ernstzunehmendes Problem darstellt. Beispielsweise sind off-shore-Windkraftanlagen, auf dem Meeresboden verlegte Stromleitungen und über hunderte von Kilometern durch entlegene Gebiete verlegte Überlandleitungen mit Strommasten, wie sie derzeit verwendet werden, anfällig für Sabotage. Leitungen, die entlang eines stark befahrenen Fahrweges insbesondere unterirdisch verlegt sind, sind hier weniger anfällig und lassen sich durch geeignete Einrichtungen besser überwachen, wobei diese Überwachungseinrichtungen wiederum mit regenerativ erzeugter Energie aus dem System versorgt werden können.

Zusammengefasst stellt die vorliegende Erfindung ein autonomes, in sich geschlossenes System zur Verfügung, welches linear entlang eines Fahrwegs geführt ist und einen minimierten Flächenbedarf aufweist und Komponenten zur Stromgewinnung, Stromleitung, Bereitstellung von Strom umfasst sowie Stromverbraucher in Form elektrisch angetriebener automobiler Fahrzeuge und Komponenten der Infrastruktur entlang des Fahrwegs. Das System ist umweltschonend ausgelegt und unabhängig von fragilen und komplexen Strukturen des allgemeinen Stromnetzes und komprimiert die Komponenten für die elektrische Versorgung der Fahrzeuge und des Fahrwegs auf engem Raum.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das System wenigstens eine Einrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoff mittels im System erzeugter regenerativer elektrischer Energie sowie mindestens eine Einrichtung zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise einen Wasserstofftank oder einen Metallhybridspeicher.

Alternativ kann auch elektrolytisch erzeugter Wasserstoff durch chemische Reaktion in einen anderen Energieträger umgewandelt werden, der sich in flüssiger Form, gegebenenfalls unter Druck oder als Gas beispielsweise in entsprechenden Tanks speichern lässt, wobei hier insbesondere energiereiche Verbindungen wie Methan, LPG, Methanol, Ethanol oder Ammoniak in Betracht kommen.

Sofern die Erzeugung von Wasserstoff oder der genannten Energieträger an einer von einer Ladestation entfernten Stelle vorgesehen ist, umfasst das System gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wenigstens eine Rohrleitung für den Transport von Wasserstoff oder des Energieträgers vom Ort der Erzeugung zu einer Ladestation. An der Ladestation können dann über geeignete Betankungseinrichtungen Fahrzeuge mit entsprechend ausgebildeten Antrieben beispielsweise direkt mit Wasserstoff oder dem Energieträger betankt werden.

Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung, kann auch, wenn beispielsweise überschüssige Energie im System erzeugt wird, in Form von Wasserstoff oder einem der genannten Energieträger gespeicherte Energie beispielsweise im Bereich einer Ladestation wieder in Strom umgewandelt werden, um elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu versorgen. Dadurch wird es möglich, mittels der im System erzeugten regenerativen elektrischen Energie sowohl elektrisch angetriebene Fahrzeug als auch Fahrzeuge mit Wasserstofftanks oder Brennstoffzellen zu versorgen ebenso wie Fahrzeuge, die mit Methanol oder Methan betankt werden.

Konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Systems;

Figur 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Systems;

Figur 3 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Details der Ausführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Systems im Bereich einer Ladestation.

Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf die Figur 1 ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung eines beispielhaften Schaltbilds eines erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung regenerativer Energie. Als Erzeuger regenerativer Energie umfasst das System eine Mehrzahl von Windkraftanlagen 10, 11, von denen hier zwei exemplarisch dargestellt sind. Diese Windkraftanlagen 10 wandeln durch Rotation ihrer von Windkraft angetriebenen Rotoren mechanische Energie in elektrische Energie um, wobei jeweils den Generatoren 12 in der Regel Frequenzumrichter 13 nachgeschaltet sind, welche den erzeugten Strom auf eine netzübliche Frequenz von beispielsweise 50 Hertz umwandeln, so dass über die Leitungen 14, 15 jeweils Dreiphasendrehstrom im Niederspannungsbereich mit beispielsweise 400 V in das Stromleitungsnetz des Systems eingespeist und zu einer Transformatorstation 18 geleitet werden kann. Die Leitungen 14, 15 der einzelnen Windkraftanlagen 10, 11 sind in der Regel jeweils über Schalter 16, 17 im Bereich der Transformatorstation 18 an das Netz angeschlossen, so dass sie jeweils bei Bedarf an regenerativer Energie im System einzeln zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System in der Regel eine größere Anzahl von Photovoltaikanlagen 19, 20, 21 mit jeweils mehreren Modulgruppen, von denen drei Photovoltaikanlagen 19, 20, 21 in Figur 1 exemplarisch dargestellt sind. Diese erzeugen zunächst jeweils Gleichstrom zum Beispiel in einem Spannungsbereich von etwa 200 V bis etwa 800 V, welcher über die Leitungen 22, 23, 24 in das erfindungsgemäße Stromleitungssystem eingespeist und zunächst zu einem Wechselrichter 25 geleitet wird, mittels dessen der Gleichstrom in einen Dreiphasendrehstrom im Niederspannungsbereich von beispielsweise etwa 400 Volt umgewandelt wird. Zwischen dem Wechselrichter 25 und der Eingangsseite der Transformatorstation 18 ist ebenfalls in der Regel ein Schalter 26 angeordnet, so dass man den von den Photovoltaikanlagen 19, 20, 21 erzeugten weiteren regenerativen Strom je nach Bedarf dem Stromleitungsnetz zuführen kann oder diese Anlagen auch vom Stromleitungsnetz trennen kann.

Die Transformatorstation 18 oder Umformstation umfasst eine Sammelschiene 27, an die über die Schalter 16, 17 zum einen die Leitungen 14, 15 anschließbar sind, welche den Strom von den Windkraftanlagen 10, 11 zur Transformatorstation 18 leiten. Weiterhin ist der Wechselrichter 25 über die Leitung 28 und den Schalter 26 mit der Sammelschiene 27 verbunden, so dass auch der von den Photovoltaikanlagen 19, 20, 21 erzeugte Strom auf der Niederspannungsseite insbesondere als Dreiphasendrehstrom mit 400 Volt in die Sammelschiene 27 eingespeist werden kann. Die Sammelschiene 27 ist ausgangsseitig über einen Schalter 29 sowie die Leitung 30 mit der Eingangsseite eines Transformators 31 verbunden. Dieser wandelt den niederspannungsseitig eingespeisten Dreiphasendrehstrom beispielsweise in einen Strom mit einer Mittelspannung im Bereich von 10 kV bis 20 kV um, der dann über die Leitung 32 zur nächsten Ladestation 33 geleitet werden kann.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die vereinfachte schematische Darstellung von Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, wobei in Figur 2 nur ein Teil des erfindungsgemäßen Systems gezeigt ist, welcher sich auf die Ausführung der Windkraftanlagen bezieht. Es sind eine größere Anzahl von Windkraftanlagen 10, 11 vorhanden, von denen beispielhaft nur zwei in Figur 2 eingezeichnet sind. Den Generatoren 12 der Windkraftanlagen 10, 11 sind im Leistungsweg von Erzeuger zum Verbraucher jeweils Gleichrichter 34 nachgeschaltet, über welche ein Gleichstrom in einem mittleren Spannungsbereich von beispielsweise etwa 1000 V oder mehr erzeugt wird, welcher dann über die Leitungen 35 bzw. 36 zu einer Transformatorstation 18 geleitet wird. Zu einem Wechselrichter 25 dieser Transformatorstation 18 wird ebenso der Strom geleitet, welcher von den hier nicht weiter dargestellten Photovoltaikanlagen 19 erzeugt wird. Dieser Gleichstrom aller regenerativer Erzeuger wird über den Wechselrichter 25 zunächst in Dreiphasendrehstrom von beispielsweise 400 Volt umgewandelt und anschließend von dem Transformator 31 in Strom mit einer Mittelspannung im Bereich von beispielsweise 10 bis 20 kV transformiert und so verlustarm über die Leitungsstrecke bis zu der nächsten Ladestation 33 sowie gegebenenfalls weiteren Verbrauchern im Bereich einer Raststätte oder nahegelegenen Gebäuden geleitet.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für die Konzeption einer Ladestation 33 und Raststätte näher erläutert. Figur 3 zeigt als schematische Skizze beispielhaft einige Verbraucher im Bereich einer Ladestation 33, welche mit regenerativer Energie versorgt wird, welche beispielsweise im System gemäß der Beschreibung der Figuren 1 oder 2 mittels Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen erzeugt wird. Wie dort erläutert wurde, wird bevorzugt der Strom mit einer Mittelspannung im Bereich von beispielsweise 10 kV bis 20 kV von den Erzeugern 10, 11 zu den Ladestationen 33 geleitet. Über die in Figur 1 oben rechts eingezeichnete Ausgangsleitung 32 gelangt der Strom zu einer eingangsseitig der Ladestation 33 vorgeschalteten Sammelschiene 37, an die mehrere dieser 10 kV-Mittelspannungsleitungen 32 angeschlossen werden können. Dies können beispielsweise Leitungen 38 von den Stationen links des Fahrwegs, Leitungen 39 von den Stationen rechts des Fahrwegs sowie gegebenenfalls weitere Leitungen 40 für eine externe Einspeisung von weiterem regenerativ erzeugtem Strom sein. Eine solche externe Einspeisung in das System ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn in der Nähe des Fahrwegs bereits Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen installiert sind, die vor der Einrichtung des Systems installiert wurden und deren regenerativ erzeugter Strom in das Stromleitungsnetz des Systems einbezogen werden kann. Diese zu der Sammelschiene 37 führenden Leitungen 38, 39 und 40 sind jeweils über Schalter 41, 42, 43 an die Sammelschiene 37 angeschlossen, so dass die einzelnen Leitungen jeweils nach Bedarf an diese angeschlossen oder von dieser getrennt werden können.

Von der Mittelspannungs-Sammelschiene 37 führt eine über einen Schalter 44 abtrennbare Leitung 45 zunächst zu einem Transformator 46 oder einer Transformatorstation, in der der Strom in einen niederspannungsseitigen Dreiphasendrehstrom mit beispielsweise 400 Volt umgewandelt wird, wobei die niederspannungsseitige Ausgangsleitung 47 wiederum über einen Schalter 49 absperrbar ist und von der Transformatorstation 46 zu einer weiteren niederspannungsseitigen Sammelschiene 48 führt. Über diese Sammelschiene 48 können diverse Verbraucher im Bereich einer Ladestation oder auch in einem nahegelegenen externen Bereich mit Strom versorgt werden. Beispielsweise kann an diese Sammelschiene 48 über einen Schalter 50 trennbar ein Gleichrichter 51 angeschlossen sein, welcher Gleichstrom erzeugt zur Versorgung einer oder mehrerer Batterien 52, so dass regenerativ erzeugter Strom, der nicht unmittelbar verbraucht wird, in den Batterien 52 gespeichert werden kann. Bei Bedarf kann den Batterien 52 gespeicherter Strom entnommen werden und über einen Wechselrichter 53 in Dreiphasendrehstrom mit beispielsweise 400 Volt umgewandelt und über den Schalter 54 der Sammelschiene 48 zugeführt werden. An diese Sammelschiene 48 sind verschiedene Verbraucher angeschlossen, denen der im System erzeugte regenerative Strom zugeführt werden kann. Beispielhaft sind in Figur 3 eine Ladestation 56 und zwei weitere Verbraucher dargestellt, die über die Sammelschiene mit Dreiphasendrehstrom von beispielweise 400 Volt versorgt werden können. Die Leitungen zu den diversen Verbrauchern sind in der Regel über Schalter jeweils vom Stromleitungsnetz des Systems trennbar. Beispielsweise ist über den Schalter 55 eine Ladestation 56 angeschlossen, an der Fahrzeuge ihre Batterien aufladen können. Über eine beliebige Anzahl weiterer Leitungen und jeweils weitere Schalter können weitere Verbraucher Strom von der Sammelschiene beziehen, wobei in Figur 3 aus Gründen der Vereinfachung exemplarisch nur zwei weitere Verbraucher dargestellt sind. Diese erhalten Strom über den Schalter 57 und die Leitung 58 bzw. über den Schalter 59 und die Leitung 60, wobei die Verbraucher jeweils über die Leitungen 58, 60 untereinander und auch zu der Ladestation 56 jeweils parallel an die Sammelschiene 48 angeschlossen sind. Bei den Verbrauchern kann es sich beispielsweise um Einrichtungen im Bereich der Ladestation 56 handeln, wie zum Beispiel eine Tankstelle oder Raststätte oder aber Einrichtungen der Infrastruktur entlang des Fahrwegs der Autobahn wie beispielsweise beleuchtbare Schilder, elektronische Verkehrsleitsysteme oder dergleichen oder aber auch einzelne Gebäude, Siedlungen, Industrieansiedlungen, die sich in der Nähe des Fahrwegs, einer Transformatorstation 46 oder einer Ladestation 56 befinden und so mit vertretbarem Aufwand über das Stromleitungsnetz des erfindungsgemäßen Systems mit regenerativer Energie versorgt werden können.

Bezugszeichenliste

10 erste Windkraftanlage

11 weitere Windkraftanlage

12 Generator

13 Frequenzumrichter

14 Leitung Dreiphasendrehstrom

15 Leitung Dreiphasendrehstrom

16 Schalter

17 Schalter

18 T ransformatorstation

19 erste Photovoltaikanlage

20 zweite Photovoltaikanlage

21 dritte Photovoltaikanlage

22 Leitung

23 Leitung

24 Leitung

25 Wechselrichter

26 Schalter

27 Sammelschiene

28 Leitung

29 Schalter

30 Leitung

31 T ransformator

32 Leitung

33 Ladestation

34 Gleichrichter

35 Leitung

36 Leitung

37 Sammelschiene

38 Leitung

39 Leitung

40 Leitung für externe Einspeisung

41 Schalter

42 Schalter

43 Schalter 44 Schalter

45 Leitung

46 T ransformatorstation

47 Ausgangsleitung

48 niederspannungsseitige Sammelschiene

49 Schalter

50 Schalter

51 Gleichrichter

52 Batterie

53 Wechselrichter

54 Schalter

55 Schalter

56 Ladestation

57 Schalter

58 Leitung

59 Schalter

60 Leitung