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DE102023210071A1 - System for generating renewable electrical energy and supplying a majority of consumers - Google Patents

System for generating renewable electrical energy and supplying a majority of consumers Download PDF

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DE102023210071A1
DE102023210071A1 DE102023210071.1A DE102023210071A DE102023210071A1 DE 102023210071 A1 DE102023210071 A1 DE 102023210071A1 DE 102023210071 A DE102023210071 A DE 102023210071A DE 102023210071 A1 DE102023210071 A1 DE 102023210071A1
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DE
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charging
power
station
energy
vehicles
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Thomas Emde
Johannes Schmid
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Original Assignee
Individual
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern umfassend: eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (10, 11) und/oder Photovoltaikanlagen (20, 21) 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 (33, 56), 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 (10, 11) und/oder Photovoltaikanlagen (20, 21) erzeugten regenerativen elektrischen Energie gespeist wird. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System mindestens eine Transformatorstation (18) oder mindestens einen Transformator (31), wobei das System eingerichtet ist, den von mindestens einer Photovoltaikanlage (20, 21) erzeugten Gleichstrom und/oder den von mindestens einer Windkraftanlage erzeugten Gleichstrom oder Wechselstrom in einen Dreiphasenwechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich umzuwandeln und in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits des mindestens einen Transformators (31) oder der mindestens einen Transformatorstation (18) bis zu einer Ladestation (33, 56) als Strom im Mittelspannungsbereich zu leiten

Figure DE102023210071A1_0000
The present invention relates to a system for generating renewable electrical energy and supplying a plurality of consumers, comprising: a plurality of wind turbines (10, 11) and/or photovoltaic systems (20, 21) as generators of renewable electrical energy, wherein the system is configured to supply a plurality of electric motor- or hydrogen-powered vehicles as consumers with electrical energy and/or hydrogen; a plurality of charging stations (33, 56) arranged at a distance from one another along a route traveled by the vehicles, wherein the charging stations are suitable for supplying the vehicles with electrical energy and/or hydrogen, wherein the system further comprises a self-sufficient power line network which is electrically connected to the charging stations and which is fed, optionally exclusively, with the renewable electrical energy generated by the wind turbines (10, 11) and/or photovoltaic systems (20, 21). Furthermore, the system according to the invention comprises at least one transformer station (18) or at least one transformer (31), wherein the system is designed to convert the direct current generated by at least one photovoltaic system (20, 21) and/or the direct current or alternating current generated by at least one wind turbine into a three-phase alternating current in the medium-voltage range or high-voltage range and to conduct it in the self-sufficient power grid over a longer distance from beyond the at least one transformer (31) or the at least one transformer station (18) to a charging station (33, 56) as current in the medium-voltage range.
Figure DE102023210071A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern umfassend: mindestens eine Windkraftanlage und/oder mindestens eine Photovoltaikanlage 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; mindestens eine Ladestation, vorzugsweise eine Mehrzahl von Ladestationen, die an einer Fahrstrecke oder bei mehreren Ladestationen 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.The present invention relates to a system for generating renewable electrical energy and supplying a plurality of consumers, comprising: at least one wind turbine and/or at least one photovoltaic system as a generator of renewable electrical energy, wherein the system is configured to supply a plurality of electric motor- or hydrogen-powered vehicles as consumers with electrical energy and/or hydrogen; at least one charging station, preferably a plurality of charging stations, which are arranged at a distance from one another along a route or, in the case of several charging stations, along a route travelable by the vehicles, wherein the charging stations are suitable for supplying the vehicles with electrical energy and/or hydrogen, wherein the system further comprises a self-sufficient power line network which is electrically connected to the charging stations and which is fed, optionally exclusively, with the renewable electrical energy generated by the wind turbines and/or photovoltaic systems.

Stand der TechnikState of the art

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.It is generally known from the state of the art to generate renewable electrical energy from wind turbines and use it to charge the batteries of electric vehicles. For example, in the EP 3 659 854 A1 A method for using a charging unit and a transport system for charging units are proposed, in which charging stations charged with renewable energy from wind power are transported by trucks that accommodate several charging stations to an area, such as a public car park or the like, where they can then be used by car drivers to charge the car batteries. This system is relatively cumbersome, firstly because it requires specially trained trucks that pick up the charging units at the location where energy is generated from wind power, i.e. at the site of a wind turbine, and transport them by road to a location where the charging units are set up and made available to cars. The charging units must be charged by crane. The trucks transport the charging units by road to the locations where charging stations are located. This takes time, consumes energy to drive the trucks, and also pollutes the environment due to the CO2 emissions from the trucks. In addition, large conventional wind turbines are used to generate renewable electrical energy, which are only available in certain locations, meaning that the distances to the charging stations where the energy is needed to charge cars can be considerable. Large wind turbines of this type require a complex permitting process, making it impossible to quickly install additional wind turbines of this type at a location near a traffic route, such as a highway, which is used by many electric vehicles.

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.It is also known to use renewable energy generated by photovoltaics to charge the batteries of electric vehicles. DE 20 2011 100 046 U1 For example, describes a system in which the roofs or sides of trucks or rail vehicles are equipped with photovoltaic systems, converting solar radiation into electrical energy on these vehicles. The resulting renewable energy is stored in accumulators, which are then transported to energy collection points. At these energy collection points, the charged energy storage units can be delivered to vehicles and exchanged for empty vehicle batteries.

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.Apart from the systems mentioned above, wind power is traditionally generated by large turbines with nominal outputs of around 2 MW to 5 MW, or even higher in the case of large offshore turbines. Today, the trend is towards building ever larger wind turbines to achieve greater output. These large turbines have various disadvantages. For example, the diameter of the rotor blades of a 2 MW turbine is already over 100 m, so the total height, including the rotors, is well over 100 m. The weight of a large wind turbine can exceed 1,000 t, requiring large foundations during construction. Another problem is the high noise levels, which is why a minimum distance of 1.5 km from the nearest residential area is currently required. Furthermore, these turbines must undergo a complex approval process, and since public acceptance of these turbines is dwindling, it often takes several years to obtain approval for and construct a new turbine.

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.Furthermore, it is usually the case that the electricity generated by wind turbines is fed into the general power grid. Wind turbines are often located in sparsely populated rural areas, and the electricity must then be transported over long distances via high-voltage power lines to locations with high energy demand, such as larger cities, industrial areas, and systems and the like. Firstly, transmission over long distances results in line losses in the power grid. Another problem is that the electricity generated by wind turbines is intermittent, meaning that during strong winds, a comparatively high output from wind power is available, but this often does not correspond to the corresponding energy demand. Conversely, when there is no wind, there is not enough energy available from wind power. This requires either the excess electricity generated during strong winds to be stored in a suitable form, or energy is lost during high winds because it cannot be fed into the public grid.

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 Zeitraum 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.The present invention is based on the following considerations. In order to reduce CO2 emissions in the transport sector, it is planned to convert private transport to electrically powered vehicles over the next twelve years. From 2035, no new vehicles powered by conventional diesel or gasoline combustion engines will be registered in the EU. This means that the demand for electrical energy along motorways and main roads will increase considerably compared to today. Although there are plans to gradually increase the share of renewable energies in the supply of electrical energy, since the approval of large wind turbines near residential areas is meeting with considerable resistance from the population, it is questionable whether demand can be met by wind turbines to a sufficient extent and within the envisaged time period. If larger wind farms are built offshore, considerable distances must sometimes be bridged to transport the electricity to the long-distance routes, for example in southern Germany. Furthermore, it makes little sense to select sparsely populated areas for the construction of wind turbines where intact nature exists and is affected by the wind turbines (deforestation, disturbance of birdlife, noise pollution, etc.). On the other hand, the area around major traffic routes such as motorways and trunk roads is already subject to high levels of noise pollution and has been disrupted by the destruction of green spaces. Areas adjacent to motorways are hardly usable for human settlements and are also unsuitable habitats for wild animals due to the noise and danger posed by vehicles. The basic idea of the present invention is therefore to use these areas adjacent to roads to generate the electrical energy from renewable sources that is required by vehicles in the area of the roads.

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.From the printed publications US2018/0254736 A1 and US2021/0126574 A1 Systems of the type mentioned above have become known, in which photovoltaic systems and wind turbines are installed along a route to generate electricity from renewable sources and charge the batteries of electric vehicles traveling along the route. The photovoltaic systems are installed on noise barriers, barriers, or crash barriers located along the route. However, the aforementioned documents lack concrete information on how to set up the power grid for the renewably generated electricity so that it is transmitted along the route from the generators to the charging stations where the electricity is consumed with as little loss as possible and with reasonable technical effort.

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.Based on the aforementioned prior art, the object of the present invention is to provide a system for generating and using renewable energy with the features mentioned at the outset, which is optimized in terms of energy technology and line technology with regard to the power transmission from the generators to the electrical consumers.

Lösungsansatz der vorliegenden ErfindungApproach of the present invention

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein System zur Erzeugung und Nutzung regenerativer elektrischer Energie eingangs genannter Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution to the above-mentioned problem provides a system for generating and using renewable electrical energy of the type mentioned above with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das System weiterhin mindestens eine Strombehandlungsstation, insbesondere 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 oder Hochspannungsbereich umzuwandeln und in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits der Strombehandlungsstation, insbesondere jenseits des mindestens einen Transformators oder der mindestens einen Transformatorstation bis zu einer Ladestation als Strom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich zu leiten.According to the invention, it is provided that the system further comprises at least one power treatment station, in particular a transformer station or at least one transformer, wherein the system is set up to convert the direct current generated by at least one photovoltaic system and/or the direct current or alternating current generated by at least one wind turbine into a three-phase alternating current in the medium-voltage range or high-voltage range and to conduct it in the self-sufficient power line network over a longer distance from beyond the power treatment station, in particular beyond the at least one transformer or the at least one transformer station, to a charging station as current in the medium-voltage range or high-voltage range.

Das Leiten des Stroms als Drehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich über eine mittlere Strecke zwischen zwei Ladestationen von wenigstens 1 km, vorzugsweise von mehreren km, insbesondere über eine Strecke von beispielsweise etwa 5 km bis etwa 25 km oder gegebenenfalls auch über eine noch längere Strecke von beispielsweise bis zu 100 km mit einer Mittelspannung oder Hochspannung im Bereich von wenigstens etwa 800 V bis vorzugsweise etwa 110 kV, insbesondere im Bereich von etwa 10 kV bis etwa 20 kV, kann mit reduzierten Leitungsverlusten erfolgen. Dabei ist es erfindungsgemäß nicht notwendig den Strom mit sehr hohen Spannungen über ein Überlandleitungsnetz zu leiten, sondern das autarke Stromleitungsnetz kann beispielsweise Freileitungen oder Erdleitungen verwenden, die in der Nähe und entlang der Fahrstrecke verlegt sind, wodurch der technische Aufwand beim Transformieren und Konvertieren des Stroms wesentlich verringert wird.Conducting the current as three-phase current in the medium-voltage range or high-voltage range over an average distance between two charging stations of at least 1 km, preferably of several km, in particular over a distance of, for example, about 5 km to about 25 km or, if appropriate, even over an even longer distance of, for example, up to 100 km with a medium or high voltage in the range of at least about 800 V to preferably about 110 kV, in particular in the range of about 10 kV to about 20 kV, can be achieved with reduced line losses. According to the invention, it is not necessary to conduct the current at very high voltages via an overhead power line network; instead, the self-sufficient power line network can, for example, use overhead lines or underground lines laid near and along the route, thereby significantly reducing the technical complexity of transforming and converting the current.

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 oder Hochspannungsbereich umzuwandeln“, dann bedeutet dies, dass entweder die genannte Strombehandlungsstation, insbesondere eine 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 Dreiphasendrehstrom umgewandelt und danach auf die gewünschte Spannung im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich hochtransformiert werden. Photovoltaikanlagen liefern Gleichstrom, so dass dieser Strom im System über Wechselrichter umgewandelt werden muss in einen Dreiphasendrehstrom und gegebenenfalls hochtransformiert werden muss auf die gewünschte Spannung im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich, die für die Stromleitung im autarken Stromleitungsnetz des Systems vorgesehen ist.If the above wording states "that the system is designed to convert the direct current generated by a photovoltaic system or the direct current or alternating current generated by a wind turbine into a three-phase alternating current in the medium-voltage or high-voltage range," then this means that either the said power treatment station, in particular a transformer station or the transformer, is suitable for this purpose, or that the system, in addition to a transformer station or a transformer, optionally comprises further devices for power treatment. These devices can, for example, comprise at least one frequency converter to convert, for example, alternating current generated by a wind turbine into alternating current with a different frequency, for example with a common grid frequency of 50 Hz. Such alternating current at grid voltage can then be converted into three-phase alternating current via at least one rectifier in the transformer station or, for example, in the line path upstream of it, and then stepped up to the desired voltage in the medium-voltage or high-voltage range. Photovoltaic systems supply direct current, so this current must be converted into three-phase current via inverters in the system and, if necessary, stepped up to the desired voltage in the medium-voltage or high-voltage range, which is intended for the power line in the system's self-sufficient power line network.

Die obige Formulierung „in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits mindestens einer Strombehandlungsstation, insbesondere einer Transformatorstation oder mindestens eines Transformators bis zu einer Ladestation als Dreiphasendrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich“ zu leiten, bedeutet, dass die Umwandlung in den gewünschten Dreiphasendrehstrom entweder in der Transformatorstation oder dem Transformator oder gegebenenfalls teilweise bereits vorher erfolgt, spätestens aber in der Transformatorstation oder dem Transformator dieser Dreiphasendrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich erzeugt wird und von dort aus in dem autarken Stromleitungsnetz als Strom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich bis zu einer Ladestation des Systems geleitet wird.The above formulation "in the autonomous power line network over a longer distance from beyond at least one power treatment station, in particular a transformer station or at least one transformer to a charging station as three-phase alternating current in the medium voltage range or high voltage range" means that the conversion into the desired three-phase alternating current takes place either in the transformer station or the transformer or, if necessary, partly beforehand, but at the latest in the transformer station or the transformer this three-phase alternating current is generated in the medium voltage range or high voltage range and from there is transmitted in the autonomous power line network as electricity in the medium voltage range or high voltage range to a charging station of the system.

Die Strombehandlungsstation, insbesondere Transformatorstation befindet sich im Leitungsweg zwischen dem Erzeuger und der Ladestation. Erfindungsgemäß geht es darum, den Strom über die Strecke des Leitungswegs von der Strombehandlungsstation, insbesondere Transformatorstation oder von dem Transformator bis zur Ladestation als Dreiphasendrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich 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 Strombehandlungsstation, insbesondere Transformatorstation oder der Transformator in geringer Entfernung (beispielsweise weniger als 1 km) von dem oder den Stromerzeugern befinden. Die Strombehandlungsstation, insbesondere 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 Dreiphasenrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich zu leiten. In der Regel wird es also so sein, dass die Entfernung zwischen den Erzeugern und der Strombehandlungsstation, insbesondere Transformatorstation oder dem Transformator (erheblich) geringer ist als die Entfernung zur nächsten Ladestation.The power treatment station, in particular a transformer station, is located in the line route between the generator and the charging station. According to the invention, the current is conducted over the length of the line route from the power treatment station, in particular a transformer station, or from the transformer to the charging station as three-phase alternating current in the medium-voltage or high-voltage range. The above formulation "over a longer distance" means that this is generally a distance of at least one kilometer, generally a distance of several kilometers, for example a distance in the range of approximately 1 km to approximately 50 km, preferably from approximately 5 km to approximately 25 km. This distance corresponds at most to the line route between one or more power generators and the nearest charging station in the system at which the power is to be made available. It is possible that the power treatment station, in particular a transformer station, or the transformer is located a short distance (for example, less than 1 km) from the power generator(s). The power treatment station, in particular the transformer station or the transformer, can also be located at a distance of several kilometers, for example, 2 or 3 kilometers, from the generators. This distance should not be too long, since the invention is intended to conduct the power line to the nearest charging station with low losses as three-phase alternating current in the medium-voltage or high-voltage range. As a rule, the distance between the generators and the power treatment station, in particular the transformer station or the transformer, will be (significantly) shorter than the distance to the nearest charging station.

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. The aim of the invention is to provide charging stations along the route at regular intervals, i.e. the line path in the self-sufficient power line network along the route is segmented into individual sections that correspond to the respective distance from one charging station to the next.

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 Dreiphasendrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich im autarken Stromleitungsnetz von jenseits der Strombehandlungsstation, insbesondere 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 Dreiphasendrehstroms im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich, der von diesen Erzeugern kommt, kürzer ist als die genannten 20,5 km.To give an example: If, for example, the distance between a first and a second adjacent charging station along the route is 20 km, the feed-in of If renewably generated electricity is fed into the power line near the first charging station and a transformer station or transformer is located at a distance of, for example, 500 m from the feed-in point, then the power line as three-phase alternating current in the medium-voltage or high-voltage range in the autonomous power line network from beyond the power treatment station, in particular the transformer station or transformer, to the second charging station would be 20.5 km. Preferably, however, there will be several generators along the route section leading from the first to the second charging station, so that the power line path of the three-phase alternating current in the medium-voltage or high-voltage range coming from these generators is shorter than the aforementioned 20.5 km.

Gleichwohl sollte das System eingerichtet sein, den Dreiphasendrehstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich 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.Nevertheless, the system should be configured to transmit three-phase current at medium or high voltage over the entire route, corresponding to the distance between two charging stations. For example, if the route is a motorway, charging stations should preferably be located at least at every rest area. If the distances between two rest areas are too large, it is preferable to also provide charging stations at parking lots, which are usually closer together on motorways, as they are located between rest areas. Parking lots on motorways are easily suitable for charging electric vehicles if the area is large enough.

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.Such a self-sufficient power grid, as part of the system in which renewable energy is generated, has a number of advantages. Firstly, this self-sufficient power grid can be designed according to demand, meaning it is calculated and dimensioned in such a way that electrical energy is always available in the area of the power lines at least to the extent that it is consumed by the vehicles using the power lines at peak times. Renewable energy is generated where it is consumed, resulting in short power line routes and thus minimizing energy losses. The areas along the power lines, some of which are already sealed, are unsuitable as residential areas or near-natural areas anyway, so that the installation of the energy generation systems, the power lines, and any storage facilities required, and no valuable natural areas are used up.

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.Any storage facilities required in the system when more electricity is temporarily generated than it consumes can also be built as part of the system in close proximity to the track. The same applies to charging stations, which can be installed, for example, at existing parking lots and rest areas, so that no further natural areas need to be destroyed. Both wind turbines and photovoltaic systems as generators of renewable electrical energy, as well as storage facilities in the form of accumulators or, for example, tanks in which electrolytically produced hydrogen or, where appropriate, methane, LPG, methanol, or ammonia is stored, which were generated in the system using the renewably produced electricity, can be located on the periphery of the track, just like electrical lines, including overhead lines and other line systems required in the system, such as pipelines for hydrogen, LPG, or other energy-rich liquids, and are thus part of the self-sufficient system.

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.A further advantage of the solution according to the invention is that the existing power grid outside the system is relieved, since the long-distance power lines from, for example, offshore wind farms to the roadways are no longer required.

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.As a rule, the state already owns the land on and near the roads (highways and federal highways), so that the installation of all necessary facilities for the system can be carried out in the short term without the acquisition of land and long-term legal disputes with third-party owners.

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.The invention thus takes a different approach than the prior art mentioned at the outset, in which wind turbines located far away from the charging stations are used to generate renewable energy and in which either entire charging stations or the batteries for the vehicles have to be transported to electric charging stations in order to charge electric vehicles or replace the batteries.

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.According to the present invention, a "charging station" is understood to be an area such as a parking lot or rest area along a motorway or a major country road, where, in addition to the actual "charging stations" themselves, buildings serving as consumers and other infrastructure such as transformer stations, substations, etc. can be located. This has the advantage that not only the charging stations but also the buildings, such as restaurants, petrol stations, etc., can be supplied with the electrical energy generated in the area of the route. According to the invention, a separate power grid is thus preferably created, which can be supplied, for example, from the public supply grid. be self-sufficient and can only supply one charging station at a time, for example a service area, but which can also be connected to the public grid if necessary, so that surplus electrical energy that is not consumed in the area of the charging station can be fed into the public grid or, for example, can also be used to supply villages or individual houses located near the route with electrical energy.

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.The present invention is based on the idea that when using renewable energy to charge vehicle batteries, it is advantageous to select the location where this energy is generated as close as possible to the location where it is consumed. Most cars and trucks travel on motorways or major country roads. The traffic volume on motorways and major country roads can be estimated quite accurately based on comparative values. In a highly developed industrial country with good infrastructure, such as the Federal Republic of Germany, these transport routes are found almost nationwide in a dense road network. Since this network of the busiest roads extends over a total of thousands of kilometers, a large area is available in the immediate vicinity of the roads. This area can be used for the construction of wind turbines and, if necessary, solar systems. The invention proposes the installation of wind turbines, possibly even small wind turbines, near a motorway or major country road. This has the further advantage that, with a total height of up to 10 m, they are not subject to building permit requirements. The installation and assembly of such a small wind turbine is also less complex than that of a large wind turbine, as the individual components are smaller and lighter, making them easy to transport by vehicle. Furthermore, the effort required to build large foundations is eliminated.

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. The idea of a self-sufficient power grid along highways or other major roads has the further advantage that this power grid is controllable by the state and not owned by a large number of different industrial, regional, or municipal energy producers. For example, a consortium of companies commissioned by the state or a state-owned company could operate the system according to the invention, similar to the case in rail transport. Renewably generated electricity, for example, can be electrolytically converted into hydrogen, allowing vehicles equipped with fuel cells to also refuel with hydrogen in the system. Vehicles equipped with metal hybrid storage systems can also be supplied with energy.

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.A further advantage of the system is that it can be monitored and secured much better than the existing, very complex, public power grid, which has numerous regional owners of the lines and power lines that run across the properties of countless different (third-party) owners.

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.Small wind turbines, for example, require little space and can be installed close to each other and to the road. Their noise level is also low and is hardly perceived as disturbing. Small wind turbines with a rotor diameter of up to 3 m, for example, can produce an output of around 5 kW or more. Thus, if 1,000 of these small wind turbines are installed along a stretch of highway, they generate the same electrical output as one large 5 MW wind turbine. If the small wind turbines are positioned at a distance of, say, 20 m from each other in three parallel rows, for example, along the sides of each lane and on the median strip, 50 x 3 = 150 such turbines can be installed per kilometer of highway. With just 5 kW per turbine, this corresponds to an output of 750 kW per km of highway. It is advisable to install charging stations for electric vehicles at parking lots and rest areas, as vehicles can easily stop there. The entire highway network in Germany is approximately 13,000 km long. On average, parking spaces are located less than 10 km apart. If we assume a distance of 10 km for simplicity, then, in the above example, an electrical output of 7.5 MW can be achieved from the small wind turbines alone for both lanes of a highway between two parking lots. With parking spaces on both sides of the highway, 3.75 MW of installed capacity would be available on each side for charging vehicle batteries and, if necessary, other consumers.

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.Based on the entire 13,000 km motorway network, this would result in a power output of 13,000 x 750 kW = 9.75 GW. Assuming, for example, 5,000 hours of full use, this would be 9.75 million kW x 5,000 h = 9.75 billion kWh. The total annual electricity consumption of the Federal Republic of Germany is approximately 600 billion kWh, so the small wind turbines in the system proposed along the motorway alone could supply approximately 1.6% of Germany's total energy consumption.

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.According to a preferred development of the invention, photovoltaic systems and, if appropriate, wind turbines connected to the system's autonomous power grid can be installed near the route, particularly in rows on a shoulder next to a roadway and/or on the median strip between two roadways. By combining wind turbines and photovoltaic systems, the total electrical power available at the charging stations from renewable energy sources can be further increased.

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.Some motorways or country roads may be located on lowered terrain. In these cases, according to a preferred development of the invention, it is advantageous if the wind turbines are installed on a lower-lying road compared to the surrounding area at a location elevated relative to the road, close to the road, where the rotors of the small wind turbines are sufficiently exposed to the wind. Typically, there is an embankment next to the road, allowing the wind turbines to be positioned in the upper part of the embankment, with the rotors projecting above the embankment and thus receiving optimal wind exposure. In these cases, too, the wind turbines are installed "close" to and along the road within the meaning of the invention.

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.According to a preferred development of the invention, at least one photovoltaic system, which is electrically connected to the autonomous power line network of the system, is arranged on a traffic sign or information board on or near the roadway and/or a photovoltaic system is arranged on the roadway and/or the roadway is at least partially designed as a photovoltaic system.

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.The photovoltaic systems, which according to the invention are optionally additionally installed near and along the roadway, can be installed either close to the ground with an appropriate incline and preferably facing south. Here, too, there is the advantage that the land along the roadway is owned by the state or, if appropriate, in the hands of a single owner, provided that, as in countries such as France or Italy, the motorway is operated by a private company. Furthermore, according to a preferred development of the invention, it is possible to arrange at least one photovoltaic system, which is electrically connected to the power grid, in the area of a shoulder next to a roadway and/or on the median strip between two roadways and/or on a traffic sign or information board on or near the roadway. With the traffic signs and information boards already present, additional areas are thus available where, with the appropriate orientation, the installation of photovoltaic systems is possible with relatively little technical effort.

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.An additional option is to equip the roadway itself with photovoltaic systems or to design it as a photovoltaic system. Road surfaces are already known that can convert solar energy into electrical energy and that are sufficiently strong to support weight, making them suitable for use as a roadway. It is therefore technically feasible to use the roadway itself as a photovoltaic system and thus as an additional source of renewable energy.

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.According to a preferred development of the invention, at least one photovoltaic system, which is electrically connected to the power grid, is arranged on a noise barrier next to the roadway. Such noise barriers are available, particularly when a highway runs through a residential area or is located near populated areas, and offer large areas for the installation of photovoltaic systems. Additional systems can be installed, for example, on surfaces of existing structures such as bridge railings or on the front of underpasses. In all of the aforementioned cases, an advantage arises from the fact that the invention can use areas for the installation of photovoltaic systems that are already part of the existing infrastructure near roads such as highways and major country roads and that can be used by the state or the highway operator. This reduces installation costs and, moreover, eliminates the need to purchase electricity from a private operator of a larger photovoltaic system, as has sometimes been the case up to now when photovoltaic systems are built by private operators, for example, on agricultural land. The invention also takes advantage of the further cost advantage that the power grid into which the renewably generated electricity is fed can be kept considerably shorter, since this power grid can be laid along the route and thus in the immediate vicinity of the small wind turbines or photovoltaic systems installed and can be led from there to the charging stations.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße System mindestens eine Strombehandlungsstation, insbesondere 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 oder Hochspannungsbereich, 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.According to a preferred development of the invention, the system according to the invention comprises at least one power treatment station, in particular a transformer station, wherein the power generated by at least one wind turbine is converted into a three-phase alternating current, preferably in Such a transformer station can be used, for example, to initially standardize the electricity generated by wind turbines on the one hand and photovoltaic systems on the other, so that it can then be transmitted via a common power grid within the system. For example, this uniform electricity from all renewable generators can then be further transformed from a low-voltage range to a medium-voltage or high-voltage range in order to then transmit the electricity over a longer distance with lower losses, particularly to the charging station in whose area the electricity is delivered to consumers.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das System mindestens eine Strombehandlungsstation, insbesondere 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 zunächst 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 oder 60 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 dann vorzugsweise nach Umwandlung in einen Strom mit einer höheren Spannung im Mittelspannungsbereich oder im Hochspannungsbereich zu den Verbrauchern insbesondere im Bereich der am nächsten gelegenen Ladestation geleitet wird.According to a preferred development of the invention, the system comprises at least one power treatment station, in particular a transformer station, wherein the electricity generated by at least one photovoltaic system, which in this case is direct current, is also converted into a three-phase alternating voltage, preferably initially in the low-voltage range, fed into the power grid, and transmitted further. According to this variant of the invention, both the electricity generated by wind power and the electricity generated by solar energy are each converted into three-phase alternating voltage, preferably at the same frequency, in particular at the usual grid frequency of 50 Hertz or 60 Hertz, with the voltage particularly preferably being approximately 400 volts in each case, which is the usual three-phase alternating voltage classified as low-voltage. In this way, electricity with the same parameters is obtained from both energy generators and can be uniformly fed into a line system, via which the electricity is then transmitted, preferably after conversion into a higher voltage in the medium-voltage range or the high-voltage range, to the consumers, particularly in the area of the nearest charging station.

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 Strombehandlungsstation, insbesondere eine Transformatorstation, in der niederspannungsseitiger Dreiphasenwechselstrom in einen Strom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich 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.According to a preferred development of the invention, the power grid into which the electricity generated by at least one wind turbine and optionally by at least one photovoltaic system is fed comprises at least one transformer, preferably at least one power treatment station, in particular a transformer station, in which low-voltage three-phase alternating current is converted into medium-voltage or high-voltage current. Instead of such a transformer station (which could also be referred to as a type of substation), it is also possible, for example, to arrange just a single transformer, for example in a substation, along the line from the energy generator to the consumer.

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 mindestens 1 kV, insbesondere im Bereich von 10 kV bis 20 kV (oder höher) oder in eine Hochspannung im Bereich von beispielsweise 20 kV bis 110 kV umgewandelt und dann über eine Entfernung von beispielsweise 1 km oder mehreren km, zum Beispiel 10 km, 20 km, 25 km oder eine noch längere Entfernung, 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.The system works as follows: The wind turbines generate alternating current, preferably on the low-voltage side (e.g., three-phase current at 400 V), which can be fed to a transformer station. If necessary (usually), a frequency converter is used to convert the frequency of the electricity generated by the wind turbine to the standard grid frequency of 50 Hz. Such a frequency converter can be integrated into the wind turbine. The photovoltaic systems generate direct current, which is also converted, for example, in a transformer station via an inverter into low-voltage three-phase current. This three-phase current can be converted via a transformer into a medium voltage in the range of, for example, at least 1 kV, in particular in the range of 10 kV to 20 kV (or higher), or into a high voltage in the range of, for example, 20 kV to 110 kV, and then transported over a distance of, for example, 1 km or several km, for example, 10 km, 20 km, 25 km, or even longer, to a charging station. These distances depend, among other things, on the distances between the charging stations, the number of renewable energy producers feeding in electricity, and whether only one or several transformer stations (substations) are planned between each two charging stations.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Stromleitungsnetz ausgelegt, Strom über eine längere Entfernung von jenseits mindestens einer Strombehandlungsstation, insbesondere mindestens einer Transformatorstation bis zu einer Ladestation als Strom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich zu leiten. Bevorzugt wird somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems ein eigenes autarkes 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. Die im autarken Stromleitungsnetz verwendeten Leitungen können beispielsweise Erdleitungen, entlang einer Böschung oder Lärmschutzwand verlegte Leitungen oder gegebenenfalls auch entlang von Masten verlegte Freileitungen sein, wobei zu empfehlen ist, dass die Leitungen in Leerrohren oder anderen geeigneten Schutzeinrichtungen verlegt sind, um Vandalismus vorzubeugen. Weiterhin empfiehlt es sich, die Leitungen über geeignete Alarmsysteme und/oder Kameras zu sichern, so dass im Falle einer Störung oder Manipulation umgehend eine Meldung an eine Überwachungseinrichtung ergeht.According to a preferred development of the invention, the power grid according to the invention is designed to conduct electricity over a longer distance from beyond at least one power treatment station, in particular at least one transformer station, to a charging station as medium-voltage or high-voltage electricity. Therefore, within the framework of the system according to the invention, a separate, autonomous power grid is preferably used, which is configured according to the needs of the system. In principle, parts of an existing public grid can, of course, also be used instead of a separate power grid. As a rule, however, no suitable public grid lines are available in areas along a motorway or major country road. To date, the public grid has only supplied service areas or, if applicable, parking lots where charging stations for electric vehicles are already located. Therefore, lines would have to be laid anyway, leading from the renewable energy producers to the charging stations. It is therefore advisable to install a separate power grid for this purpose, which meets the above-described requirements of the system according to the invention. The The cables used in the power grid can be, for example, underground cables, cables laid along an embankment or noise barrier, or even overhead cables laid along pylons. It is recommended that the cables be laid in conduits or other suitable protective devices to prevent vandalism. Furthermore, it is recommended that the cables be protected by suitable alarm systems and/or cameras so that in the event of a malfunction or tampering, a notification is immediately sent to a monitoring facility.

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.According to a preferred development of the invention, at least one charging station is located in the area of at least one rest stop or parking lot located along the route. As already explained above, a charging station is understood to mean the entire area, which may include a type of electric filling station with charging stations for cars and trucks, optionally swapping stations where empty batteries can be exchanged for charged ones, which may further include a conventional filling station for gasoline and diesel, sanitary facilities, parking facilities, recreational areas, possibly restaurants, etc., i.e., the corresponding infrastructure as found at conventional parking lots or rest stops, for example on highways. Thus, in addition to the charging stations and optional swapping stations specifically designed for electric-powered vehicles, the charging station generally also includes a number of other electrical consumers, and the system according to the invention is particularly preferably configured such that the entire power requirement of such a charging station, with or without a rest stop, can be covered by the power generated from renewable energy, which is fed to the charging station via the power grid according to the invention. In this ideal scenario, the charging station is thus energy-independent and does not require a connection to the public grid. This ensures that the entire charging station is powered exclusively by renewable energy, with this renewable energy being generated entirely within the system itself, meaning no additional conventional large-scale wind turbines, solar panels, or hydroelectric power plants need to be constructed. Ultimately, the route itself, especially the motorway or major country road, provides the energy needed for the journey, with no environmental impact from CO2 emissions during energy generation.

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, Hochspannung 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.The advantage here is that the system can be designed and configured in such a way that the energy requirements of a charging station along the route can be covered by the renewable energy generated along the section of the route between two charging stations, even in adverse weather conditions (calm winds, cloud cover). If, under favorable conditions, more energy is generated than the charging station requires, at least one electricity storage device can be provided in the vicinity of at least one charging station, which is suitable for storing excess renewable electrical energy generated in the system. Or the excess electrical energy can be forwarded to settlements, individual buildings, industrial facilities, commercial areas, or the like located near the route and/or one of the charging stations, so that these additional consumers can be integrated into the system's power grid without the excessive expense of laying electrical cables over long distances. Rather, a suitably designed line leading from one of the charging stations or branching off from a line along the route at a suitable point is sufficient. Depending on the distance to these additional consumers, the electricity from the system's power grid can be transmitted to the additional consumers at medium voltage, high voltage, or even low voltage. The construction of additional high-voltage lines/pylons and/or substations is therefore not necessary to supply additional consumers, for example, in remote areas, via the system according to the invention.

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.Such a self-sufficient power grid, for which the energy is generated renewably in the system and the power is tailored to the needs of consumers present along a defined route of the system in the area of a charging station or outside of it, can be designed, calculated and utilized much better than with the previous use of the public power grid, which has much larger dimensions, countless energy feeders and countless consumers with time-dependently variable energy requirements and is thus heterogeneous and unmanageable.

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 25 km oder mehr, insbesondere 5 km bis 15 km, vom Erzeuger bzw. einer Umspannstation bis zu einer Ladestation kann man somit mit Wechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich von wenigstens etwa 1000 Volt, insbesondere von beispielsweise 10 kV bis 20 kV oder mehr zurücklegen, wodurch man die Leitungsverluste verringert, und man sieht dann wenigstens eine Strombehandlungsstation, insbesondere 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.According to a preferred development of the invention, the system comprises at least one transformer or transformer station in the line path from the generator to the consumer before a charging station, by means of which an alternating current in the medium voltage range can be converted into a three-phase alternating current in the low voltage range. The line path of usually several kilometers, for example 1 km to 25 km or more, in particular 5 km to 15 km, from the generator or a transformer station to a charging station can thus be supplied with alternating current in the medium voltage range or high voltage range from at least about 1000 volts, in particular from, for example, 10 kV to 20 kV or more, thereby reducing line losses, and at least one current treatment station, in particular a transformer, is then provided which converts the current back into an alternating current in the low-voltage range, so that the current is available at the charging station in the low-voltage range of, for example, 400 volts, which the consumers require there.

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.According to a preferred embodiment of the invention, a charging station comprises at least one charging column for charging vehicle batteries, wherein preferably at least one additional consumer, in the vicinity of the charging station or remotely from the charging station, is supplied by the power grid into which the renewably generated energy is fed. This additional consumer can be, for example, a gas station or a restaurant on the premises of the charging station, or one or more external consumers such as buildings, a residential area, or a commercial area near the charging station.

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.According to a preferred development of the invention, at least one rectifier is provided in the area of a charging station, preferably in the area of a line leading to a charging column or in a charging column, and is configured to convert low-voltage three-phase current supplied by the power grid into direct current suitable for charging batteries. This can then, for example, provide a rapid charging station via which the batteries of electric vehicles are charged directly with direct current. At least one further charging station can, for example, be designed as an AC charging station, so that it is alternatively also possible to charge vehicles with alternating current, which is then converted into direct current for the battery via a device installed in the vehicle.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das System eingerichtet, im System erzeugte regenerative elektrische Energie in Stromspeichern zu speichern, die als aufladbare Akkumulatoren ausgebildet sind und die in die elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuge auswechselbar einbaubar sind. Auf diese Weise werden zusätzliche Speichereinrichtungen vermieden und die im System erzeugte regenerative Energie kann direkt in Akkumulatoren gespeichert werden, die beispielsweise beim Einbau in elektromotorisch betriebene Fahrzeuge gegen leere Stromspeicher ausgetauscht werden, wodurch die sonst notwendige Ladezeit an den Ladestationen vermieden wird.According to a preferred development of the invention, the system is configured to store the regenerative electrical energy generated in the system in power storage units, which are designed as rechargeable batteries and can be interchangeably installed in the electric motor-driven vehicles. In this way, additional storage units are avoided, and the regenerative energy generated in the system can be stored directly in batteries, which, for example, are exchanged for empty power storage units when installed in electric motor-driven vehicles, thus avoiding the otherwise necessary charging time at the charging stations.

Vorzugsweise umfassen die aufladbaren Stromspeicher ein oder mehrere Speichermodule, wobei jeweils mehrere dieser Speichermodule zu einem Stromspeicher kombinierbar und vorzugsweise elektrisch miteinander verbindbar sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass man je nach Wahl, wie viele der Speichermodule man miteinander kombiniert, die Größe des Stromspeichers an den Energiebedarf des jeweiligen Fahrzeugs anpassen kann. So kann man beispielsweise kleine PKWs mit nur einem, zwei oder wenigen Speichermodulen versorgen, während man größere PKWs, LKWs, Busse oder Schienenfahrzeuge mit Stromspeichern ausstattet, die aus einer größeren Anzahl oder einer Vielzahl solcher Speichermodule bestehen, mit dem Vorteil, dass man für alle Anwendungsfälle die gleichen Speichermodule einsetzen kann, anstatt wie im Stand der Technik eine Vielzahl unterschiedlicher Akkumulatortypen zu verwenden.The rechargeable power storage devices preferably comprise one or more storage modules, wherein several of these storage modules can be combined to form a power storage device and preferably electrically connected to one another. This offers the advantage that, depending on how many storage modules are combined, the size of the power storage device can be adapted to the energy requirements of the respective vehicle. For example, small cars can be supplied with just one, two, or a few storage modules, while larger cars, trucks, buses, or rail vehicles can be equipped with power storage devices consisting of a larger number or a plurality of such storage modules. This has the advantage that the same storage modules can be used for all applications, instead of using a multitude of different battery types as in the prior art.

Vorzugsweise sind die aufladbaren Stromspeicher derart ausgebildet, dass die jeweils gleichen Stromspeicher für den Einbau in elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge unterschiedlicher Gattung und/oder unterschiedlicher Bauform und/oder unterschiedlicher Größe geeignet sind, insbesondere in Straßenfahrzeuge wie Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge oder Busse, in Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Flugzeuge. Preferably, the rechargeable power storage devices are designed in such a way that the same power storage devices are suitable for installation in electric motor-driven vehicles of different types and/or different designs and/or different sizes, in particular in road vehicles such as passenger cars, trucks or buses, in rail vehicles, watercraft or aircraft.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die aufladbaren Stromspeicher derart ausgebildet, dass diese als Stromspeicher für die elektrische Versorgung von Gebäuden oder industriellen Anlagen geeignet sind. Hier ergibt sich ein weiterer Vorteil, da man so die aus den gleichen Speichermodulen bestehenden Stromspeicher sowohl in Fahrzeugen als auch in Gebäuden oder industriellen Anlagen für das Speichern elektrischer Energie und die Versorgung mit elektrischer Energie einsetzen kann. Somit ist es beispielsweise möglich, in ein Elektrofahrzeug temporär Stromspeicher einzubauen, die alternativ auch in Gebäuden genutzt und dort beispielsweise über eine stationäre Solaranlage aufgeladen werden.According to a preferred embodiment of the invention, the rechargeable power storage devices are designed such that they are suitable as power storage devices for supplying electricity to buildings or industrial facilities. This provides a further advantage, as the power storage devices consisting of the same storage modules can be used both in vehicles and in buildings or industrial facilities for storing and supplying electrical energy. This makes it possible, for example, to temporarily install power storage devices in an electric vehicle, which can also be used in buildings and charged there, for example, via a stationary solar system.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Stromspeicher und/oder die Speichermodule, die zu den Stromspeichern kombiniert werden, hinsichtlich ihrer Abmessungen und/oder ihrer elektrischen Leistung und/oder ihrer elektrischen Anschlüsse standardisiert. Dadurch wird gewährleistet, dass die Speichermodule und die aus diesen aufgebauten Stromspeicher universell für mobile und stationäre Anwendungen genutzt und miteinander kombiniert werden können.According to a preferred embodiment of the invention, the energy storage devices and/or the storage modules combined to form the energy storage devices are standardized with regard to their dimensions and/or their electrical power and/or their electrical connections. This ensures that the storage modules and the energy storage devices constructed from them can be universally used and combined with one another for mobile and stationary applications.

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.Further advantages of the system according to the invention for generating regenerative electrical energy and supplying a plurality of consumers are that, in principle, If necessary, additional peripheral properties adjacent to the motorway route can be included as areas for the installation of systems for generating renewable energy, even if these properties are not owned by the motorway operator. In principle, larger wind turbines could also be installed there, which no longer fall under the definition of small wind turbines (total height up to 10 m), and the electricity they generate could be fed into the power grid of the system according to the invention. This is advantageous compared to today's conventional approach, when such properties adjacent to the roadway have usually already been cleared and are generally not considered for other uses (residential development) due to noise pollution and other vehicle emissions. In this way, additional renewable energy can be generated. From an ecological perspective, this solution is significantly better than, for example, erecting wind turbines in forested areas or other areas with intact nature, thereby destroying or harming the flora and fauna there. This is especially true since, in remote, near-natural areas, there is generally no electrical grid, meaning that laying cables to connect the energy generator to the public grid would be much more expensive. Furthermore, the properties adjacent to a motorway route are less attractive for other uses and can therefore be acquired more cheaply. The motorway route and the adjacent properties on which the renewable energy generators and the grid of the system according to the invention are to be built thus form a technology route in which the destruction of intact nature can be reduced to a minimal area on both sides of the route.

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.Since the power line network belonging to the system is laid directly or as close as possible along the route of a motorway or country road, electricity generated from renewable energy is also available at low cost to other consumers along or on the route, i.e. to consumers that are not located in the area of one of the charging stations, for example lights for illuminating signs, power for sensors or display systems.

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.Since the main line of the power grid according to the invention is preferably routed from the generators to the charging stations along both sides of the highway, this ensures that the power line is as short as possible, and power is also available everywhere, for example, for information systems. Preferably, the renewable generators of the system are arranged in a line along the route, just as the consumers can be arranged in a line along the route. Thus, the cables of the power grid run along this line defined by the route and can be designed to be as short as possible.

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.A further advantage of the invention is that it reduces the risk of sabotage, which is a serious problem in current times of crisis. For example, offshore wind turbines, power lines laid on the seabed, and overhead lines with pylons running hundreds of kilometers through remote areas, as currently used, are vulnerable to sabotage. Lines laid along busy roads, especially underground, are less vulnerable and can be better monitored by suitable devices. These monitoring devices can, in turn, be powered by renewable energy from the system.

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.In summary, the present invention provides an autonomous, self-contained system that is linearly routed along a track and has a minimized footprint. It includes components for power generation, power transmission, and power supply, as well as power consumers in the form of electrically powered vehicles and infrastructure components along the track. The system is designed to be environmentally friendly and independent of the fragile and complex structures of the general power grid, and it compresses the components for the electrical supply of the vehicles and the track into a small space.

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.According to a preferred development of the invention, the system comprises at least one device for the electrolytic production of hydrogen by means of regenerative electrical energy generated in the system and at least one device for storing hydrogen, for example a hydrogen tank or a metal hybrid storage device.

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.Alternatively, electrolytically produced hydrogen can be converted into another energy carrier by chemical reaction, which can be stored in liquid form, possibly under pressure, or as a gas, for example in appropriate tanks, with energy-rich compounds such as methane, LPG, methanol, ethanol or ammonia being particularly suitable here.

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.If the production of hydrogen or the aforementioned energy sources is planned at a location remote from a charging station, According to a preferred embodiment of the invention, the system comprises at least one pipeline for transporting hydrogen or the energy carrier from the production site to a charging station. At the charging station, vehicles with appropriately configured drives can then be refueled directly with hydrogen or the energy carrier, for example, using suitable refueling devices.

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.According to an alternative variant of the invention, even if, for example, excess energy is generated in the system, energy stored in the form of hydrogen or one of the aforementioned energy sources can be converted back into electricity, for example in the vicinity of a charging station, to supply electrically powered vehicles. This makes it possible to use the regenerative electrical energy generated in the system to supply both electrically powered vehicles and vehicles with hydrogen tanks or fuel cells, as well as vehicles fueled with methanol or methane.

Gemäß einer weiteren optionalen Variante der Erfindung umfasst das System wenigstens eine Einrichtung, um aus im System mittels regenerativer Energie erzeugtem und gegebenenfalls gespeichertem Wasserstoff E-fuel herzustellen sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur Speicherung von E-fuel und/oder Einrichtungen zur Abgabe von E-fuel an Fahrzeuge, die die Fahrstrecke befahren.According to a further optional variant of the invention, the system comprises at least one device for producing e-fuel from hydrogen generated in the system by means of renewable energy and optionally stored, as well as optionally devices for storing e-fuel and/or devices for delivering e-fuel to vehicles traveling along the route.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das System weiterhin ein Steuerungs-, Überwachungs- und Informationssystem, geeignet, im System oder einzelnen Untereinheiten des Systems, die Streckenabschnitten der Fahrstrecke entsprechen, vorliegende Stromwerte, Spannungswerte oder gespeicherte Strommengen und gegebenenfalls weitere technische Parameter und/oder Störfälle im System zu erfassen und über Anzeigemittel an der Fahrstrecke und/oder an den Ladestationen und/oder in den Fahrzeugen anzuzeigen.According to a preferred development of the invention, the system further comprises a control, monitoring and information system suitable for detecting current values, voltage values or stored current quantities and, if appropriate, further technical parameters and/or malfunctions in the system present in the system or individual subunits of the system that correspond to sections of the route and for displaying them via display means on the route and/or at the charging stations and/or in the vehicles.

Konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden ErfindungConcrete embodiments of the present invention

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

  • 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Systems;
  • 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Systems;
  • 3 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Details der Ausführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Systems im Bereich einer Ladestation;
  • 4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Systems, welches entlang eines Streckenabschnitts einer Fahrstrecke installiert ist;
  • 5 eine detaillierte Darstellung der in 4 schematisch eingezeichneten Stromabgabeeinrichtung.
The present invention will be explained in more detail below using specific embodiments with reference to the accompanying drawings.
  • 1 a schematically simplified representation of a first exemplary embodiment of a system according to the invention;
  • 2 a schematically simplified representation of an exemplary alternative embodiment of a system according to the invention;
  • 3 a schematically simplified representation of a detail of the embodiment of an exemplary system according to the invention in the area of a charging station;
  • 4 a schematic representation of an exemplary system according to the invention, which is installed along a section of a route;
  • 5 a detailed description of the 4 schematically drawn current output device.

Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf die 1 ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die 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.In the following, with reference to the 1 a first possible embodiment of the present invention is explained in more detail. 1 shows a simplified schematic representation of an exemplary circuit diagram of a system according to the invention for generating renewable energy. As generators of renewable energy, the system comprises a plurality of wind turbines 10, 11, two of which are shown here as examples. These wind turbines 10 convert mechanical energy into electrical energy through the rotation of their wind-powered rotors. Frequency converters 13 are generally connected downstream of the generators 12, which convert the generated electricity to a standard grid frequency of, for example, 50 Hertz, so that three-phase current in the low-voltage range of, for example, 400 V can be fed into the system's power grid via lines 14, 15 and conducted to a transformer station 18. The lines 14, 15 of the individual wind turbines 10, 11 are generally connected to the grid via switches 16, 17 in the area of the transformer station 18, so that they can be individually switched on or off when there is a need for renewable energy in the system.

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 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.Furthermore, the system according to the invention generally comprises a larger number of photovoltaic systems 19, 20, 21, each with several module groups, of which three photovoltaic systems 19, 20, 21 are 1 are shown by way of example. These initially generate direct current, for example in a voltage range of approximately 200 V to approximately 800 V, which is fed into the power line system according to the invention via lines 22, 23, 24 and firstly fed to an inverter 25, by means of which the direct current is converted into a three-phase current in the low voltage range of, for example, approximately 400 V. A switch 26 is also generally arranged between the inverter 25 and the input side of the transformer station 18, so that the additional regenerative current generated by the photovoltaic systems 19, 20, 21 can be fed to the power grid as required. or can also disconnect these systems from the power grid.

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 Wechselstrom mit einer Mittelspannung im Bereich von 1 kV bis 110, beispielsweise mit 10 kV bis 20 kV um, je nachdem über welche Strecke der Strom transportiert werden soll, der dann über die Leitung 32 zur nächsten Ladestation 33 geleitet werden kann.The transformer station 18 or conversion station comprises a busbar 27, to which the lines 14, 15, which conduct the current from the wind turbines 10, 11 to the transformer station 18, can be connected via the switches 16, 17. Furthermore, the inverter 25 is connected to the busbar 27 via the line 28 and the switch 26, so that the current generated by the photovoltaic systems 19, 20, 21 on the low-voltage side, in particular as three-phase current at 400 volts, can also be fed into the busbar 27. The busbar 27 is connected on the output side via a switch 29 and the line 30 to the input side of a transformer 31. This converts the three-phase current fed in on the low-voltage side, for example, into an alternating current with a medium voltage in the range of 1 kV to 110, for example 10 kV to 20 kV, depending on the distance over which the current is to be transported, which can then be transmitted via line 32 to the next charging station 33.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die vereinfachte schematische Darstellung von 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, wobei in 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 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 Wechselstrom mit einer Mittelspannung im Bereich von 1 kV bis 110 kV, 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.The following is a simplified schematic representation of 2 an alternative embodiment of the invention is explained, wherein in 2 only a part of the system according to the invention is shown, which relates to the design of the wind turbines. There are a large number of wind turbines 10, 11, of which only two are shown as examples. 2 are shown. The generators 12 of the wind turbines 10, 11 are each connected downstream of rectifiers 34 in the power path from the generator to the consumer, via which rectifiers a direct current in a medium voltage range of, for example, approximately 1000 V or more is generated, which is then fed via lines 35 and 36 to a transformer station 18. The current generated by the photovoltaic systems 19 (not shown in detail here) is also fed to an inverter 25 of this transformer station 18. This direct current from all renewable generators is first converted via the inverter 25 into three-phase current of, for example, 400 volts and then transformed by the transformer 31 into alternating current with a medium voltage in the range of 1 kV to 110 kV, for example 10 to 20 kV, and thus fed with low losses via the line section to the next charging station 33 and, if applicable, to other consumers in the area of a rest stop or nearby buildings.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 3 ein Ausführungsbeispiel für die Konzeption einer Ladestation 33 und Raststätte näher erläutert. 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 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 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.The following is based on the 3 An example of the design of a charging station 33 and rest area is explained in more detail. 3 shows as a schematic sketch some consumers in the area of a charging station 33, which is supplied with renewable energy, which for example in the system according to the description of the 1 or 2 by means of wind turbines and photovoltaic systems. As explained there, the electricity is preferably supplied with a medium voltage in the range of, for example, 10 kV to 20 kV from the generators 10, 11 to the charging stations 33. 1 The current is fed via the output line 32 shown at the top right to a busbar 37 located upstream of the charging station 33 on the input side, to which several of these 10 kV medium-voltage lines 32 can be connected. These could be, for example, lines 38 from the stations to the left of the track, lines 39 from the stations to the right of the track, and if necessary, further lines 40 for externally feeding in additional renewable electricity. Such external feeding into the system is useful, for example, if wind turbines or photovoltaic systems are already installed near the track that were installed before the system was set up and whose renewable electricity can be incorporated into the system's power grid. These lines 38, 39, and 40 leading to the busbar 37 are each connected to the busbar 37 via switches 41, 42, and 43, so that the individual lines can be connected to or disconnected from it as required.

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.From the medium-voltage busbar 37, a line 45, which can be disconnected via a switch 44, leads first to a transformer 46 or a transformer station, where the current is converted into a low-voltage three-phase current of, for example, 400 volts. The low-voltage output line 47, in turn, can be shut off via a switch 49 and leads from the transformer station 46 to another low-voltage busbar 48. This busbar 48 can be used to supply power to various consumers in the area of a charging station or in a nearby external area.

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 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 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.For example, a rectifier 51 can be separably connected to this busbar 48 via a switch 50, which rectifier generates direct current to supply one or more batteries 52, so that regeneratively generated electricity that is not immediately consumed can be stored in the batteries 52. If necessary, electricity stored in the batteries 52 can be taken and converted via an inverter 53 into three-phase current with, for example, 400 volts and fed via the switch 54 to the busbar 48. Rail 48 is connected to various consumers to which the renewable electricity generated in the system can be supplied. Examples include 3 a charging station 56 and two additional consumers are shown, which can be supplied with three-phase current of, for example, 400 volts via the busbar. The lines to the various consumers can usually be separated from the system's power grid via switches. For example, a charging station 56, at which vehicles can charge their batteries, is connected via switch 55. Additional consumers can draw power from the busbar via any number of additional lines and additional switches, whereby 3 For the sake of simplicity, only two further consumers are shown as examples. These receive power via switch 57 and line 58 or via switch 59 and line 60, whereby the consumers are each connected to one another via lines 58, 60 and also to the charging station 56 in parallel to the busbar 48. The consumers can be, for example, facilities in the area of the charging station 56, such as a petrol station or service area, or infrastructure facilities along the motorway route, such as illuminated signs, electronic traffic control systems, or the like, or even individual buildings, settlements, industrial sites that are located near the route, a transformer station 46, or a charging station 56 and can thus be supplied with renewable energy via the power line network of the system according to the invention at a reasonable cost.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 ein weiteres Schema eines erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und deren Weiterleitung über ein autarkes Stromleitungsnetz zu den unterschiedlichen Verbrauchern näher erläutert. Diverse Windkraftanlagen 10, die regenerativen Strom erzeugen, Photovoltaikanlagen 19 sowie gegebenenfalls weitere Stromerzeuger 61, die auf andere Weise regenerativ Strom erzeugen, beispielsweise Bio-Kraftwerke, Geothermie-Kraftwerke oder dergleichen, sind über Leitungen 62, 63, 64, 65, 66, 67 an eine Strombehandlungsstation 68 angeschlossen in der der erzeugte Strom in Wechselstrom mit mittlerer oder hoher Spannung im Bereich von beispielsweise 1 kV bis 110 kV und einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz umgewandelt wird, welcher als hierin genannter „Transportstrom“ über eine Leitung 69 des autarken Stromleitungsnetzes über eine Strecke von beispielsweise bis zu 25 km bis zu einer Ladestation 56 geleitet wird. Wenn Photovoltaikanlagen als Erzeuger eingesetzt werden, muss der von diesen erzeugte Gleichstrom zunächst durch Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden, bevor er in die Leitung 69 für Transportstrom eingeleitet wird. Der von Windkraftanlagen erzeugte Strom wird in der Regel zunächst auf die gewünschte Frequenz gebracht, mit der der Transportstrom geleitet wird.The following is based on the 4 A further diagram of a system according to the invention for generating renewable electrical energy and transmitting it via a self-sufficient power grid to the various consumers is explained in more detail. Various wind turbines 10 that generate renewable electricity, photovoltaic systems 19, and optionally other power generators 61 that generate renewable electricity in other ways, for example bio-power plants, geothermal power plants, or the like, are connected via lines 62, 63, 64, 65, 66, 67 to a power treatment station 68, in which the generated electricity is converted into alternating current with medium or high voltage in the range of, for example, 1 kV to 110 kV and a frequency of, for example, 50 Hz or 60 Hz, which is transmitted as "transport current" referred to herein via a line 69 of the self-sufficient power grid over a distance of, for example, up to 25 km to a charging station 56. When photovoltaic systems are used as generators, the direct current they generate must first be converted into alternating current by inverters before being fed into line 69 for transmission power. The electricity generated by wind turbines is usually first adjusted to the desired frequency at which the transmission power is transmitted.

Die Leitung 69 für den Transportstrom führt zu einer Strombehandlungsstation 70 im Bereich der Ladestation 56 (hier in dem Schema nicht dargestellt), in der sich Transformatoren 31 und gegebenenfalls Wechselrichter oder Gleichrichter befinden, so dass der mit hoher Spannung ankommende Wechselstrom herunter transformiert werden und in Wechselstrom mit geringerer Spannung oder in Gleichstrom umgewandelt werden kann, um Fahrzeuge oder andere Verbraucher je nach Bedarf mit Gleichstrom oder Wechselstrom geeigneter Spannung, beispielsweise mit Netzspannung von 220 Volt oder 400 Volt oder 800 Volt zu versorgen. Da es vorkommen kann, dass an der Ladestation 56 der Strom nicht abgenommen werden kann, ist vorzugsweise eine Puffereinrichtung 71 vorgesehen, in der man entweder Strom in Batterien oder Akkumulatoren speichern kann oder die als Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff geeignet ist, der dann beispielsweise in einem Tank gespeichert werden kann. Alternativ können auch beispielsweise Redox-Flow-Speicher für die Stromspeicherung in der Puffereinrichtung 71 verwendet werden.The line 69 for the transport current leads to a power treatment station 70 in the area of the charging station 56 (not shown in the diagram here), which contains transformers 31 and, if necessary, inverters or rectifiers, so that the high-voltage alternating current can be stepped down and converted into lower-voltage alternating current or into direct current in order to supply vehicles or other consumers with direct current or alternating current of a suitable voltage, for example, with a mains voltage of 220 volts, 400 volts, or 800 volts, as needed. Since it may happen that the power cannot be taken from the charging station 56, a buffer device 71 is preferably provided, in which power can either be stored in batteries or accumulators or which is suitable as an electrolysis device for generating hydrogen, which can then be stored, for example, in a tank. Alternatively, redox flow storage devices, for example, can also be used for storing power in the buffer device 71.

Im Leitungsweg stromabwärts folgt dann die Stromabgabeeinrichtung 72, die in 4 nur vereinfacht durch ein Symbol dargestellt ist. Die Stromabgabe kann an verschiedene Fahrzeuge wie PKWs 73, Elektrobusse 74, LKWs 75, Schienenfahrzeuge 76, Motorräder 77, Stromspeicher und weitere Verbraucher im häuslichen oder industriellen Bereich erfolgen, wobei der Strom für die Abgabe in geeigneter Form (Gleichstrom, Wechselstrom, unterschiedliche Spannung) zur Verfügung gestellt wird.The current delivery device 72 then follows downstream in the line path, which 4 is only simplified by a symbol. The electricity can be supplied to various vehicles such as cars 73, electric buses 74, trucks 75, rail vehicles 76, motorcycles 77, energy storage units, and other domestic or industrial consumers, with the electricity being made available for supply in a suitable form (direct current, alternating current, different voltages).

Man sieht in 4 noch eine beispielhafte Variante des Systems, bei der über eine Leitung 88, die in die Leitung 69 einmündet, weitere Erzeuger 89 regenerativer Energie, die beispielsweise an anderen Orten installiert sind, zum Beispiel in einem anderen Streckenabschnitt des autarken Stromleitungsnetzes, Strom in das System einspeisen, wobei auch dieser Strom gegebenenfalls in einer Strombehandlungsstation 90 so konditioniert wird, dass er hinsichtlich seiner Spannung etc. die gleichen Eigenschaften hat wie der durch die Leitung 69 fließende Strom.You can see in 4 Another exemplary variant of the system, in which, via a line 88 which flows into line 69, further generators 89 of renewable energy, which are installed at other locations, for example in another section of the autonomous power line network, feed electricity into the system, whereby this electricity is also conditioned, if necessary, in a power treatment station 90 so that it has the same properties in terms of its voltage etc. as the electricity flowing through line 69.

Weiterhin sieht man in 4, dass die Puffereinrichtung 71 über eine Bypass-Leitung, beispielsweise die Leitung 67 in das Leitungsnetz eingebunden sein kann, so dass die Möglichkeit besteht, Strom entweder in der Puffereinrichtung 71 zwischen zu speichern oder alternativ den Strom direkt von der Strombehandlungsstation 70 ohne Pufferung über die Leitungen 65, 66 zu der Stromabgabeeinrichtung 72 zu leiten.Furthermore, one can see in 4 that the buffer device 71 can be integrated into the line network via a bypass line, for example line 67, so that it is possible to either temporarily store electricity in the buffer device 71 or alternatively to supply the electricity directly from the Power treatment station 70 without buffering via lines 65, 66 to the power output device 72.

Nachfolgend wird die Stromabgabeeinrichtung 72 anhand der Detaildarstellung von 5 näher erläutert. In dieser Zeichnung sind die verschiedenen Einrichtungen dargestellt, über die eine Abgabe bzw. Speicherung von Strom erfolgen kann und die in dem Schema gemäß 4 in dem Symbol 72 zusammengefasst sind. Dies sind beispielsweise eine Elektrolysevorrichtung 78, mittels derer Wasserstoff erzeugt werden kann, welcher dann in einem Wasserstofftank 79 gespeichert werden kann. Dies schafft die Möglichkeit, den dort gespeicherten Wasserstoff beispielsweise an Fahrzeuge abzugeben, die mit einer Brennstoffzelle 81 ausgestattet sind und so elektrisch angetrieben werden. Alternativ dazu kann auch der Wasserstoff aus dem Tank 79 an eine Zapfsäule 80 für Wasserstoff geleitet und so direkt an Fahrzeuge abgegeben werden, die mit Wasserstoff angetrieben werden.The current output device 72 is described below using the detailed illustration of 5 This drawing shows the various devices through which electricity can be supplied or stored and which are shown in the diagram according to 4 summarized in the symbol 72. These are, for example, an electrolysis device 78, by means of which hydrogen can be generated, which can then be stored in a hydrogen tank 79. This makes it possible to supply the hydrogen stored there, for example, to vehicles equipped with a fuel cell 81 and thus electrically powered. Alternatively, the hydrogen from the tank 79 can also be fed to a hydrogen filling pump 80 and thus supplied directly to hydrogen-powered vehicles.

Weiterhin kann Strom in Batterien 82 gespeichert werden, die aus einzelnen kleineren in der Größe und in der Bauart standardisierten Modulen bestehen können, die so zu größeren Batterien bzw. Akkumulatoren zusammengefasst können. Weiterhin können Ladesäulen 83 vorhanden sein, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Schnellladesäulen und Säulen für langsames Laden. Schließlich können Wechselstationen 84 für Akkumulatoren vorgesehen sein, so dass die Fahrzeuge keine Ladezeit an der Ladestation verbringen müssen, sondern der Akku des Fahrzeugs einfach dort ausgetauscht werden kann. Außerdem können Schienenfahrzeuge mit regenerativem Strom aus dem System geladen werden über Oberleitungen 85, die beispielsweise Strom mit einer Spannung von 15 kV zur Verfügung stellen. Zudem ist ein induktives Laden über entsprechende Vorrichtungen 86 möglich, die in der Fahrbahn angeordnet sein können. Schließlich können Stromschienen 87 als Stromabgabeeinrichtungen 72 dienen, die beispielsweise in der Fahrbahn angeordnet sind und zum Beispiel das Laden von Fahrzeugen mit einer Spannung von 750 Volt ermöglichen.Furthermore, electricity can be stored in batteries 82, which can consist of individual, smaller modules standardized in size and design, which can then be combined to form larger batteries or accumulators. Furthermore, charging stations 83 can be provided, possibly with different properties such as rapid charging stations and slow charging stations. Finally, battery exchange stations 84 can be provided so that the vehicles do not have to spend any charging time at the charging station, but the vehicle's battery can simply be exchanged there. Furthermore, rail vehicles can be charged with renewable electricity from the system via overhead lines 85, which, for example, provide electricity at a voltage of 15 kV. Inductive charging is also possible via corresponding devices 86, which can be arranged in the track. Finally, conductor rails 87 can serve as power delivery devices 72, which are arranged, for example, in the track and enable the charging of vehicles with a voltage of 750 volts.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
erste Windkraftanlagefirst wind turbine
1111
weitere Windkraftanlageanother wind turbine
1212
Generatorgenerator
1313
FrequenzumrichterFrequency converter
1414
Leitung DreiphasendrehstromThree-phase current line
1515
Leitung DreiphasendrehstromThree-phase current line
1616
SchalterSwitch
1717
SchalterSwitch
1818
Transformatorstationtransformer station
1919
erste Photovoltaikanlagefirst photovoltaic system
2020
zweite Photovoltaikanlagesecond photovoltaic system
2121
dritte Photovoltaikanlagethird photovoltaic system
2222
LeitungLine
2323
LeitungLine
2424
LeitungLine
2525
WechselrichterInverter
2626
SchalterSwitch
2727
Sammelschienebusbar
2828
LeitungLine
2929
SchalterSwitch
3030
LeitungLine
3131
Transformatortransformer
3232
LeitungLine
3333
LadestationCharging station
3434
GleichrichterRectifier
3535
LeitungLine
3636
LeitungLine
3737
Sammelschienebusbar
3838
LeitungLine
3939
LeitungLine
4040
Leitung für externe EinspeisungLine for external feed
4141
SchalterSwitch
4242
SchalterSwitch
4343
SchalterSwitch
4444
SchalterSwitch
4545
LeitungLine
4646
Transformatorstationtransformer station
4747
AusgangsleitungOutput line
4848
niederspannungsseitige Sammelschienelow-voltage busbar
4949
SchalterSwitch
5050
SchalterSwitch
5151
GleichrichterRectifier
5252
Batteriebattery
5353
WechselrichterInverter
5454
SchalterSwitch
5555
SchalterSwitch
5656
LadestationCharging station
5757
SchalterSwitch
5858
LeitungLine
5959
SchalterSwitch
6060
LeitungLine
6161
weitere Stromerzeugerother power generators
6262
LeitungLine
6363
LeitungLine
6464
LeitungLine
6565
LeitungLine
6666
LeitungLine
6767
LeitungLine
6868
StrombehandlungsstationCurrent treatment station
6969
Leitung für TransportstromLine for transport stream
7070
StrombehandlungsstationCurrent treatment station
7171
PuffereinrichtungBuffer device
7272
StromabgabeeinrichtungPower supply device
7373
PKWsCars
7474
ElektrobusseElectric buses
7575
LKWstrucks
7676
SchienenfahrzeugeRail vehicles
7777
MotorräderMotorcycles
7878
ElektrolysevorrichtungElectrolysis device
7979
Wasserstofftankhydrogen tank
8080
Zapfsäule für WasserstoffHydrogen pump
8181
Brennstoffzellefuel cell
8282
Batterien als StromspeicherBatteries as power storage
8383
LadestationCharging station
8484
Wechselstation für AkkumulatorenBattery exchange station
8585
Oberleitungoverhead line
8686
Induktion in FahrbahnInduction in roadway
8787
StromschieneBusbar
8888
LeitungLine
8989
regenerative Erzeugerrenewable producers
9090
StrombehandlungsstationCurrent treatment station

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (19)

System zur Erzeugung regenerativer elektrischer Energie und Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern umfassend: mindestens eine Windkraftanlage (10, 11) und/oder mindestens eine Photovoltaikanlage (19, 20, 21) 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; mindestens eine Ladestation, vorzugsweise eine Mehrzahl von Ladestationen (33), die an einer Fahrstrecke oder bei mehreren Ladestationen entlang einer von den Fahrzeugen befahrbaren Fahrstrecke jeweils im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Ladestationen (33) 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 (33) elektrisch verbunden ist, und welches, ggf. ausschließlich, mit der von den Windkraftanlagen (10, 11) und/oder Photovoltaikanlagen erzeugten regenerativen elektrischen Energie gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße System weiterhin mindestens eine Strombehandlungsstation, insbesondere eine Transformatorstation (18) oder mindestens einen Transformator (31) umfasst, wobei das System eingerichtet ist, den von mindestens einer Photovoltaikanlage (20, 21) erzeugten Gleichstrom und/oder den von mindestens einer Windkraftanlage erzeugten Gleichstrom oder Wechselstrom in einen Dreiphasenwechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich umzuwandeln und in dem autarken Stromleitungsnetz über eine längere Entfernung von jenseits der Strombehandlungsstation, insbesondere jenseits des mindestens einen Transformators (31) oder der mindestens einen Transformatorstation (18) bis zu einer Ladestation (33, 56) als Wechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich zu leiten.System for generating renewable electrical energy and supplying a plurality of consumers, comprising: at least one wind turbine (10, 11) and/or at least one photovoltaic system (19, 20, 21) as a generator of renewable electrical energy, wherein the system is designed to supply a plurality of electric motor- or hydrogen-powered vehicles as consumers with electrical energy and/or hydrogen; at least one charging station, preferably a plurality of charging stations (33), which are arranged at a distance from one another on a route or, in the case of several charging stations, along a route that can be traveled by the vehicles, wherein the charging stations (33) are suitable for supplying the vehicles with electrical energy and/or with hydrogen, wherein the system further comprises a self-sufficient power line network which is electrically connected to the charging stations (33) and which is fed, optionally exclusively, with the regenerative electrical energy generated by the wind turbines (10, 11) and/or photovoltaic systems, characterized in that the system according to the invention further comprises at least one power treatment station, in particular a transformer station (18) or at least one transformer (31), wherein the system is designed to convert the direct current generated by at least one photovoltaic system (20, 21) and/or the direct current or alternating current generated by at least one wind turbine into a three-phase alternating current in the medium-voltage range or high-voltage range and to distribute it in the self-sufficient power line network via to conduct a longer distance from beyond the power treatment station, in particular beyond the at least one transformer (31) or the at least one transformer station (18) to a charging station (33, 56) as alternating current in the medium voltage range or high voltage range. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Photovoltaikanlagen und/oder Windkraftanlagen (10, 11), 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 installiert sind.System according to Claim 1 , characterized in that photovoltaic systems and/or wind power plants (10, 11) which are connected to the autonomous power line network of the system are installed in the vicinity of the route, in particular in rows on a verge next to a carriageway and/or on the central reservation between two carriageways. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ladestation (33, 56) im Bereich mindestens einer an der Fahrstrecke angeordneten Raststätte oder eines Parkplatzes angeordnet ist.System according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that at least one charging station (33, 56) is arranged in the area of at least one rest area or parking lot arranged on the route. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich mindestens einer Ladestation (33, 56) mindestens eine Stromspeichereinrichtung (52) vorgesehen ist, geeignet, im System erzeugte überschüssige regenerative elektrische Energie zu speichern.System according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that in the area of at least one charging station (33, 56) at least one power storage device (52) is provided, suitable for storing excess regenerative electrical energy generated in the system. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsweg vom Erzeuger zum Verbraucher vor einer Ladestation (33, 56) mindestens ein Transformator (46) oder eine Transformatorstation angeordnet ist, mittels dessen (derer) ein Wechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich in einen Dreiphasenwechselstrom im Niederspannungsbereich umwandelbar ist.System according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that in the line path from the generator to the consumer, in front of a charging station (33, 56), at least one transformer (46) or a transformer station is arranged, by means of which an alternating current in the medium-voltage range or high-voltage range can be converted into a three-phase alternating current in the low-voltage range. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladestation (33, 56) mindestens eine Ladesäule zur Aufladung von Fahrzeugbatterien umfasst, wobei vorzugsweise mindestens ein weiterer Verbraucher, im Bereich der Ladestation (33, 56) oder von der Ladestation entfernt, von dem Stromleitungsnetz, in welches die regenerativ erzeugte Energie eingespeist wird, versorgt wird.System according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a charging station (33, 56) comprises at least one charging column for charging vehicle batteries, wherein preferably at least one further consumer, in the area of the charging station (33, 56) or remote from the charging station, is supplied by the power line network into which the regeneratively generated energy is fed. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Ladestation (33, 56), vorzugsweise im Bereich einer zu einer Ladesäule führenden Leitung oder in einer Ladesäule, mindestens ein Gleichrichter (51) vorgesehen ist, eingerichtet, von dem Stromleitungsnetz gelieferten Wechselstrom, vorzugsweise Wechselstrom im Niederspannungsbereich, in Gleichstrom, geeignet für das Laden von Batterien, umzuwandeln.System according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that in the area of a charging station (33, 56), preferably in the area of a line leading to a charging column or in a charging column, at least one rectifier (51) is provided, designed to convert alternating current supplied by the power line network, preferably alternating current in the low-voltage range, into direct current suitable for charging batteries. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungsweg vom Erzeuger, insbesondere von mindestens einer Windkraftanlage (10, 11), zum Verbraucher, mindestens eine Strombehandlungsstation (70) angeordnet ist, eingerichtet, die von der Windkraftanlage (10, 11) erzeugte elektrische Energie in einen Wechselstrom im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich von 1 kV bis 110 kV, vorzugsweise in einem Spannungsbereich von wenigstens etwa 10 kV bis etwa 20 kV, insbesondere mindestens etwa 1000 V umzuwandeln, wobei das Stromleitungsnetz im Leitungsweg vom Erzeuger zum Verbraucher jenseits dieser Strombehandlungsstation (70) bis vorzugsweise zur nächstgelegenen Ladestation (33) ausgelegt ist, Wechselstrom in diesem Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich zu leiten.System according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that in the line path from the generator, in particular from at least one wind turbine (10, 11), to the consumer, at least one power treatment station (70) is arranged, set up to convert the electrical energy generated by the wind turbine (10, 11) into an alternating current in the medium voltage range or high voltage range of 1 kV to 110 kV, preferably in a voltage range of at least about 10 kV to about 20 kV, in particular at least about 1000 V, wherein the power line network in the line path from the generator to the consumer beyond this power treatment station (70) up to preferably the nearest charging station (33) is designed to conduct alternating current in this medium voltage range or high voltage range. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eingerichtet ist, im System erzeugte regenerative elektrische Energie in Stromspeichern (52) zu speichern, die als aufladbare Akkumulatoren ausgebildet sind und in die elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuge auswechselbar einbaubar sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the system is arranged to generate rain to store relative electrical energy in power storage devices (52) which are designed as rechargeable batteries and can be interchangeably installed in the electric motor-driven vehicles. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbaren Stromspeicher (52) ein oder mehrere Speichermodule umfassen, wobei jeweils mehrere dieser Speichermodule zu einem Stromspeicher kombinierbar und vorzugsweise elektrisch miteinander verbindbar sind.System according to Claim 9 , characterized in that the rechargeable power storage devices (52) comprise one or more storage modules, wherein a plurality of these storage modules can be combined to form a power storage device and can preferably be electrically connected to one another. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbaren Stromspeicher (52) derart ausgebildet sind, dass die jeweils gleichen Stromspeicher (52) für den Einbau in elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge unterschiedlicher Gattung und/oder unterschiedlicher Bauform und/oder unterschiedlicher Größe geeignet sind, insbesondere in Straßenfahrzeuge wie Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge oder Busse, in Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Flugzeuge.System according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the rechargeable power storage devices (52) are designed in such a way that the same power storage devices (52) are suitable for installation in electric motor-driven vehicles of different types and/or different designs and/or different sizes, in particular in road vehicles such as passenger cars, trucks or buses, in rail vehicles, watercraft or aircraft. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbaren Stromspeicher (52) derart ausgebildet sind, dass diese als Stromspeicher für die elektrische Versorgung von Gebäuden oder industriellen Anlagen geeignet sind.System according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the rechargeable power storage devices (52) are designed in such a way that they are suitable as power storage devices for the electrical supply of buildings or industrial plants. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspeicher (52) und/oder die Speichermodule, die zu den Stromspeichern kombiniert werden, hinsichtlich ihrer Abmessungen und/oder ihrer elektrischen Leistung und/oder ihrer elektrischen Anschlüsse standardisiert sind.System according to one of the Claims 9 until 12 , characterized in that the power storage devices (52) and/or the storage modules which are combined to form the power storage devices are standardized with regard to their dimensions and/or their electrical power and/or their electrical connections. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Einrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoff mittels im System erzeugter regenerativer elektrischer Energie umfasst sowie mindestens eine Einrichtung zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise einen Wasserstofftank oder einen Metallhybridspeicher.System according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one device for the electrolytic production of hydrogen by means of regenerative electrical energy generated in the system and at least one device for storing hydrogen, for example a hydrogen tank or a metal hybrid storage device. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel zur Umwandlung elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs durch chemische Reaktion in einen anderen Energieträger umfasst sowie mindestens eine Einrichtung zur Speicherung dieses anderen Energieträgers in flüssiger Form, gegebenenfalls unter Druck oder als Gas, wobei die Einrichtung zur Speicherung insbesondere mindestens einen Tank umfasst und als anderer Energieträger insbesondere eine oder mehrere energiereiche Verbindungen aus der Gruppe umfassend Methan, LPG, Methanol, Ethanol oder Ammoniak vorgesehen ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that this means for converting electrolytically produced hydrogen by chemical reaction into another energy carrier and at least one device for storing this other energy carrier in liquid form, optionally under pressure or as a gas, wherein the storage device in particular comprises at least one tank and as the other energy carrier in particular one or more energy-rich compounds from the group comprising methane, LPG, methanol, ethanol or ammonia is provided. System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Rohrleitung für den Transport von Wasserstoff oder des Energieträgers vom Ort der Erzeugung zu einer Ladestation umfasst und die Ladestation geeignete Einrichtungen aufweist, um Fahrzeuge mit entsprechend ausgebildeten Antrieben direkt mit Wasserstoff oder dem Energieträger zu betanken.System according to one of the Claims 14 or 15 , characterized in that it comprises at least one pipeline for the transport of hydrogen or the energy carrier from the place of production to a charging station and the charging station has suitable devices for directly refueling vehicles with appropriately designed drives with hydrogen or the energy carrier. System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens eine geeignete, im Bereich einer Ladestation vorgesehene Einrichtung umfasst, um im Falle der Erzeugung überschüssiger Energie im System, in Form von Wasserstoff oder einem der anderen Energieträger gespeicherte Energie über die Einrichtung wieder in Strom umzuwandeln, geeignet, elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Strom zu versorgen.System according to one of the Claims 14 until 16 , characterized in that it comprises at least one suitable device provided in the area of a charging station in order to convert energy stored in the form of hydrogen or one of the other energy sources, in the event of excess energy being generated in the system, back into electricity via the device, suitable for supplying electrically powered vehicles with electricity. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Einrichtung umfasst, um aus im System mittels regenerativer Energie erzeugtem und gegebenenfalls gespeichertem Wasserstoff E-fuel herzustellen sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur Speicherung von E-fuel und/oder Einrichtungen zur Abgabe von E-fuel an Fahrzeuge, die die Fahrstrecke befahren.System according to one of the Claims 14 until 17 , characterized in that it comprises at least one device for producing e-fuel from hydrogen generated in the system by means of renewable energy and optionally stored, as well as optionally devices for storing e-fuel and/or devices for delivering e-fuel to vehicles traveling along the route. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Steuerungs-, Überwachungs- und Informationssystem, geeignet, im System oder einzelnen Untereinheiten des Systems, die Streckenabschnitten der Fahrstrecke entsprechen, vorliegende Stromwerte, Spannungswerte oder gespeicherte Strommengen und gegebenenfalls weitere technische Parameter und/oder Störfälle im System zu erfassen und über Anzeigemittel an der Fahrstrecke und/oder an den Ladestationen und/oder in den Fahrzeugen anzuzeigen.System according to one of the preceding claims, further comprising a control, monitoring and information system, suitable for detecting current values, voltage values or stored current quantities and, if appropriate, further technical parameters and/or malfunctions in the system in the system or individual subunits of the system which correspond to sections of the route and for displaying them via display means on the route and/or at the charging stations and/or in the vehicles.
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Chemische Wasserstoffspeicher. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 28.06.2023, 15:30 Uhr. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemische_Wasserstoffspeicher&oldid=235010080 *
Chemische Wasserstoffspeicher. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 28.06.2023, 15:30 Uhr. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemische_Wasserstoffspeicher&oldid=235010080

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