BE1023970B1

BE1023970B1 - Zonnevolger samenstel

Info

Publication number: BE1023970B1
Application number: BE2016/5211A
Authority: BE
Inventors: Benoit Stroobandt
Original assignee: Ministry of Solar bvba
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-26
Also published as: BE1023970A1

Abstract

Deze uitvinding betreft een zonnevolger samenstel (1) voor het ondersteunen en oriënteren van één of meerdere zonnepanelen (2) rond één enkele rotatie-as, omvattende: - een fixeerbare bevestigingsstructuur met minstens twee verticale kolommen (3); - een draagstructuur (4) geschikt voor het opnemen van één of meerdere zonnepanelen (2), waarbij deze draagstructuur (4) roteerbaar ten opzichte van de genoemde rotatie-as bevestigd is met de bevestigingsstructuur, - verplaatsingsmiddelen geschikt voor het roteren van de draagstructuur (4); - aandrijfmiddelen geschikt voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; omvattende een zich horizontaal uitstrekkende roteerbare aandrijfas (6), waarbij de verplaatsingsmiddelen minstens één met de draagstructuur (4) verbonden verplaatsbaar profiel (5) omvatten dat minstens gedeeltelijk voorzien is van een vertanding, de verplaatsingsmiddelen verder een op de aandrijfas (6) bevestigd tandwiel (7) omvatten dat ingrijpt in de genoemde vertanding zodat het profiel (5) verplaatsbaar is door rotatie van het tandwiel (7), en waarbij de draagstructuur (4) roteerbaar is door een verplaatsing van het genoemde profiel (5).

Description

ZONNEVOLGER SAMENSTEL

Deze uitvinding betreft enerzijds een zonnevolger samenstel voor het ondersteunen en oriënteren van één of meerdere zonnepanelen rond één enkele rotatie-as. Anderzijds betreft deze uitvinding een zonne-installatie omvattende minstens twee rijen zonnepanelen die per rij voorzien zijn van een dergelijk samenstel.

Een zogenaamd zonnevolger samenstel zijn systemen waarop een hoeveelheid zonnepanelen (zoals bijvoorbeeld, fotovoltaische panelen, reflectoren, lenzen of andere optische middelen) geplaatst worden en zich constant oriënteren naar de zon om de zonnewinst zo te optimaliseren. Een dergelijk samenstel bestaat over het algemeen uit een in de grond gefixeerde bevestigingsstructuur, een draagstructuur geschikt voor het opnemen van één of meerdere zonnepanelen, waarbij deze draagstructuur roteerbaar bevestigd is met de bevestigingsstructuur, en verplaatsingsmiddelen geschikt voor het roteren van de draagstructuur.

Doordat het samenstel constant de zon volgt levert het systeem een 15 tot 25% hogere opbrengst op, en is de opbrengst ook constanter gedurende de volledige dag, dan een systeem met vaste structuren. Hoe dichter men bij de evenaar is, hoe meer opbrengst het systeem zal genereren. Over het algemeen is de kost van elektriciteit ‘s morgens en ‘s avonds het duurst daar het gebruik van elektriciteit dan het hoogst is. Een zonnevolger systeem kan zich ’s morgens vroeg al richten naar de zon en zo de eerste zonnestralen omzetten in elektriciteit en hierdoor dus dure elektriciteit produceren. Gedurende de gehele dag zal een dergelijk systeem dus meer energie opbrengen en dit bovendien meer in periodes waar de kost van elektriciteit het hoogst is. Standaard wordt de as van het samenstel Noord- Zuid georiënteerd zodat de draagstructuur van Oost naar West kan kantelen.

De meeste structuren op grondopstellingen die gebruikt worden om zonnepanelen te bevestigen zijn vaste structuren waarop de panelen gemonteerd worden. Daarnaast worden er ook mono- axiale en bi- axiale structuren geplaatst.

Het gebruik van mono- of bi- axiale structuren die de zon volgen, verhogen het rendement van de zonnepanelen. Hierbij geven de bi- axiale structuren een hoger rendement dan mono axiale systemen. Echter liggen de installatie- en onderhoudskosten bij bi- axiale systemen hoger, waardoor deze systemen minder vaak toegepast worden. Mono- axiale systemen worden meer en meer gebruikt (en dit vooral in zeer zonrijke streken). Deze uitvinding heeft betrekking op een mono-axiaal systeem.

Een aantal mono-axiaal systemen worden beschreven in de hierna volgende octrooipublicaites: WO 2014/122391, WO 2015/132424 en WO 2014/018560. Deze systemen zijn echter complex woordoor de installatie ervan veel tijd vergt. Bovendien heeft het mechanisme dat instaat voor het kantelen (roteren), veelal veel onderhoud nodig.

Deze uitvinding heeft daarom tot doel een zonnevolger samenstel te verschaffen dat heel snel geplaatst kan worden en een minimum aan onderhoud vereist.

Het doel van de uitvinding wordt bereikt door te voorzien in een zonnevolger samenstel voor het ondersteunen en oriënteren van één of meerdere zonnepanelen rond één enkele rotatie-as, omvattende: - een fixeerbare bevestigingsstructuur met minstens twee verticale kolommen; - een draagstructuur geschikt voor het opnemen van één of meerdere zonnepanelen, waarbij deze draagstructuur roteerbaar ten opzichte van de genoemde rotatie-as bevestigd is met de bevestigingsstructuur, - verplaatsingsmiddelen geschikt voor het roteren van de draagstructuur; - aandrijfmiddelen geschikt voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; omvattende een zich horizontaal uitstrekkende roteerbare aandrijfas, waarbij de verplaatsingmiddelen minstens één met de draagstructuur verbonden verplaatsbaar profiel omvatten dat minstens gedeeltelijk voorzien is van een vertanding, de verplaatsingsmiddelen verder een op de aandrijfas bevestigd tandwiel omvatten dat ingrijpt in de genoemde vertanding zodat het profiel verplaatsbaar is door rotatie van het tandwiel, en dat de draagstructuur roteerbaar is door een verplaatsing van het genoemde profiel. Bij voorkeur is het genoemde profiel een lineair verplaatsbaar profiel. Het genoemde verplaatsbaar profiel is in het bijzonder een tandheugel. Een tandheugel is een rechthoekige staaf die aan één kant voorzien is van een vertanding. Met het tandwiel dat in de vertanding ingrijpt kan de staaf rechtlijnig bewogen worden. In een alternatieve uitvoering is het verplaatsbaar profiel volgens een gebogen verloop verplaatsbaar.

Het gebruik van de combinatie tandheugel / tandwiel om de draagstructuur te gaan roteren, is een eenvoudige oplossing die makkelijk en snel gemonteerd kan worden en die bovendien weinig onderhoud vraagt.

De volledige constructie kan vervaardigd worden zonder laswerk waardoor de kost van het geheel kleiner is. bovendien kan met één enkele aandrijving enkele honderden panelen gekanteld (geroteerd) worden. Het samenstel is tevens heel makkelijk uitbreidbaar.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding is de genoemde aandrijfas roteerbaar in wijzer- en tegenwijzerzin.

Bij een meer voorkeurdragende uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding omvat de draagstructuur een zich horizontaal uitstrekkende voor- en achterligger die met elkaar verbonden zijn via minstens twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende zij liggers, en is elke zij ligger verbonden met een verplaatsbaar profiel. De voor- en achterliggers worden bij voorkeur gebruikt wanneer de panelen landscape staan opgesteld.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van het samenstel overeenkomstig deze uitvinding omvat elke kolom een bevestigingselement voor de aandrijfas, waarbij genoemd bevestigingselement een opening omvat die een doorgang vormt voor de aandrijfas.

In een meer bijzondere uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding omvatten de aandrijfmiddelen een motor voor het aandrijven van de aandrijfas. De motor is bij voorkeur een standaard elektrische motor met reductiekast, met een bij voorkeur kettingaandrijving. Doordat de motor in een voorkeursuitvoering voorzien is van een snelheidsreducerend systeem, kan de positie (oriëntatie) van de draagstructuur (en dus ook van de panelen) zeer nauwkeurig ingesteld worden. het samenstel kan dus perfect de zon volgen door zijn helling aan te passen aan de stand van de zon.

Volgens een meest bijzondere uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding is de bevestigingstructuur via een koppelelement verbonden met de draagstructuur. Bij voorkeur omvat het koppelelement één of meerdere sleufvormige openingen geschikt voor het opnemen van een bevestigingsmiddel. Het bevestigingsmiddel is bij voorkeur een bout. Het koppelelement is bij voorkeur ééndelig uitgevoerd en wordt in het bijzonder uit een kokervormig profiel vervaardigd.

Het koppelstuk kan door de aanwezigheid van de sleufvormige openingen hoger of lager op de bevestigingstructuur bevestigd worden. Op deze manier kunnen eventuele oneffenheden in het terrein waarop het samenstel geplaatst wordt, opgevangen worden.

In een voordelige uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding zijn de bevestiging- en draagstructuur vervaardigd uit koudgewalste profielen. De profielen zijn bij voorkeur voorzien van een beschermlaag. De beschermlaag is in het bijzonder een zinklaag of een aluzinklaag. In een alternatieve uitvoering zijn de verticale kolommen schroefpalen.

Bij een specifieke uitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding omvat het genoemde samenstel stuurmiddelen die voorzien zijn om de draagstructuur te oriënteren in functie van de stand van de zon. Het samenstel omvat verder een hellingssensor geschikt voor het bepalen van de stand (helling) van de draagstructuur.

De stuurmiddelen omvatten bij voorkeur een PLC sturing die de motor zal aansturen op basis van enerzijds de stand van de zon en anderzijds de stand van de panelen (draagstructuur).

Een ander onderwerp van deze uitvinding betreft een zonne-installatie omvattende minstens twee na elkaar geplaatste rijen zonnepanelen, waarbij per rij een zonnevolger samenstel zoals hierboven omschreven voorzien is. De rijen hebben bij voorkeur een afzonderlijk aandrijving zodat bij mankement of onderhoud slechts één rij niet werkt maar alle andere rijen van de installatie wel werken. In uitzonderlijke gevallen kunnen meerdere rijen door één en dezelfde motor aangedreven worden.

Om de eigenschappen van deze uitvinding verder te verduidelijken en om bijkomende voordelen en bijzonderheden ervan aan te duiden volgt nu een meer gedetailleerde beschrijving van het zonnevolger samenstel overeenkomstig deze uitvinding. Het weze duidelijk dat niets in de hierna volgende beschrijving kan geïnterpreteerd worden als een beperking van de in de conclusies opgeëiste bescherming voor deze uitvinding.

In deze beschrijving wordt door middel van referentiecijfers verwezen naar de hierbij gevoegde tekeningen waarbij : figuur 1: een perspectiefvoorstelling is van een zonnevolger samenstel volgens deze uitvinding; figuur 2: een aantal posities (standen) toont waarin de draagstructuur geplaatst kan worden; figuur 3: een detailv oor stelling is van de verplaatsingsmiddelen en aandrijfas; figuur 4: een detailv oor stelling is van het in figuur 3 omkaderd gebied A; figuur 5: een detailvoorstelling is van het koppelelement dat de verbinding vormt tussen de bevestigingsstructuur en draagstructuur; figuur 6: een perspectiefvoorstelling is van een samenstel in opbouw omvattende een aaneenschakeling van draagstructuren voor die door middel van één motor en een aandrijfas kantelbaar (roteerbaar) zijn.

Het zonnevolger samenstel (1) volgens deze uitvinding en zoals afgebeeld in de bij gevoegde figuren is uitgerust voor het ondersteunen en oriënteren van één of meerdere zonnepanelen (2) rond één enkele rotatie-as, en omvat minstens: een fixeerbare bevestigingsstructuur, bij voorkeur in de grond, met minstens twee verticaal opgestelde kolommen (3); een draagstructuur (4) geschikt voor het opnemen van één of meerdere zonnepanelen (2), waarbij deze draagstructuur (4) roteerbaar bevestigd is aan de bevestigingsstructuur zodat deze roteerbaar is ten opzichte van de rotatie-as; verplaatsingsmiddelen geschikt voor het roteren van de draagstructuur (4); aandrijfmiddelen geschikt voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; omvattende een zich horizontaal uitstrekkende roteerbare aandrijfas (6),

Om de draagstructuur (4) op een eenvoudige en makkelijk monteerbare manier te roteren, omvatten de verplaatsingsmiddelen zoals o.a. blijkt uit figuren 3 en 4, een met de draagstructuur (4) verbonden tandheugel (5) waarin een op de aandrijfas (6) bevestigd tandwiel (7) ingrijpt. Door rotatie van het tandwiel (7) zal de tandheugel (5) verplaatst worden, waardoor ook de met de tandheugel (5) verbonden draagstructuur (4) zal roteren en zo de op de draagstructuur (4) bevestigde zonnepanelen in een goede positie t.o.v. de zon te positioneren. Figuur 2 toont enkele mogelijke posities.

De rechtstaande kolommen (3) worden bij voorkeur vertikaal in de grond geramd of geschroefd. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt voor de rechtstaande kolommen gevormd uit standaard Sigma profielen of koud- of warmgewalste profielen. De rechtstaande kolommen kunnen ook schroefprofielen zijn. Indien noodzakelijk kunnen de ijzeren profielen (kolommen) ook vastgezet worden op een betonplaat of met beton omgoten worden. De verticale kolommen worden in de praktijk op een afstand van ongeveer 5,5 meter in de rij geplaatst. De grondsoort en of wind of andere klimatologische omstandigheden zal het aantal kolommen (3) bepalen die nodig zijn. Vanzelfsprekend kan een dergelijk samenstel eveneens op andere ondergronden of structuren, zoals bijvoorbeeld een dak, geplaatst worden.

De afstand tussen verschillende rijen wordt bepaald door de omgevingsfactoren, de breedteligging en de breedte van iedere samenstel van de installatie. Zo moet een samenstel (1) van 5 meter breed verder uiteenstaan dan een samenstel van 2 meter breed, en dit om de schaduwingvorming van het ene samenstel (1) op de andere te voorkomen.

Op de rechtstaande kolommen (3) worden bevestigingselementen (11) voor de aandrijfas (6) geplaatst. Deze bevestigingselementen (11), bijvoorbeeld in de vorm van lagers (bijv. vervaardigd uit kunststof of metaal) of met brons afgewerkte glijplaten, zijn voorzien van een opening die een doorgang vormt voor de aandrijfas (6). Over de as (6) worden op geregelde afstanden een behuizing geplaatst waarin een tandwiel (7) is voorzien. De as (6) kan naargelang de krachten die overgebracht moeten worden, al of niet dikker of sterker uitgevoerd worden.

In de gehele samenstel (1) wordt niets gelast. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van koudgewalste profielen die met een zinklaag (of aluzink) beschermt worden.

Op de kop van de kolom (3) komt een verbinding (koppelelement (12)). Bij voorkeur wordt die verbinding zo uitgewerkt dat eventuele oneffenheden in het terrein weggewerkt kunnen worden. Bijvoorbeeld wanneer de kolommen (3) niet recht of te hoog te laag zitten, die vrijheidsgraden worden door de constructie volledig opgevangen. Het koppelelement (12) kan door gebruik te maken van sleufopeningen (13) hoger of lager geplaatst worden. De bevestiging van het koppelelement (12) aan de verticale kolom (3) zal gebeuren door middel van enkele bouten (14), bij voorkeur twee. Alsook heeft het vrijheidsgraden om links en of- rechts te bewegen. Het koppelelement (12) is gemaakt uit een standaard kokervormig profiel en heeft verschillende functies. Het verbindt de zijligger (10) met de verticale kolom (3), het houdt de kogellager en as (6) op zijn plaats, het kan oneffenheden in het terrein perfect opvangen.

Een lager verbindt het koppelelement (12) met de zijligger (10). De gebruikte lager kan een deel van de oneffenheden opvangen als hij een bolgewricht heeft. De lager wordt door middel van bouten aan de zijligger (10) bevestigd. De as van de kogellager zit gekneld in het koppelelement (12) en vastgezet met één of twee bouten. De as bestaat bij voorkeur uit roestvast staal.

De zijliggers (10) zijn bij voorkeur vervaardigd uit een standaard sigma profiel. Het scharniert op de lager die bovenop de rechtstaande kolom (3) is voorzien. De zijligger worden dwars tegen een zich horizontaal uitstrekkende voorligger (8 en achterligger (9) bevestigd zodat een frame gevormd wordt dat de draagstructuur (4) zal vormen. In het geval de panelen in portret georiënteerd zijn is de horizontale voor- en achterligger optioneel. De zijligger (10) wordt met een tandlat (5) met scharnierpunt (bij voorkeur uit een koudgewalst profiel) verbonden aan de horizontale aandrijfas (6) via een tandwiel (7) voorzien in een behuizing. Het tandwiel van de tandwielbehuizing wordt vastgezet op de aandrijfas (6) door middel van enkele boutjes (inbus). Drijft de motor de as (6) aan, dan draaien de tandwielen (7) op de horizontale aandrijfas (6) en trekken of duwen ze de tandlat (5) naar omhoog of omlaag waardoor de draagstructuur kan kantelen. De motor kan dus links als rechts draaien waardoor de panelen oost of west kantelen wanneer de kolommen (3) in noord - zuid lijn staan opgesteld.

Bovenop het frame uit sigmaprofielen kunnen profielen bevestigd worden waaraan de panelen (2) bevestigd worden. De panelen (2) kunnen via een klem systeem met bouten vastgezet worden. Bij voorkeur worden de panelen in een speciaal profiel geschoven. Hierdoor verminderd de installatietijd aanzienlijk. Een borgmoer zorgt ervoor dat de panelen (2) er niet uitschuiven.

De panelen (2) kunnen zowel in landscape als portret, boven elkaar geïnstalleerd worden. Hierdoor kan men gemakkelijk de schaduwimpact van de ene panelen op de andere minimaliseren.

Claims

CONCLUSIES

1. Zonnevolger samenstel (1) voor het ondersteunen en oriënteren van één of meerdere zonnepanelen (2) rond één enkele rotatie-as, omvattende: - een fixeerbare bevestigingsstructuur met minstens twee verticale kolommen (3); - een draagstructuur (4) geschikt voor het opnemen van één of meerdere zonnepanelen (2), waarbij deze draagstructuur (4) roteerbaar ten opzichte van de genoemde rotatie-as bevestigd is met de bevestigingsstructuur, - verplaatsingsmiddelen geschikt voor het roteren van de draagstructuur (4); - aandrijfmiddelen geschikt voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; omvattende een zich horizontaal uitstrekkende roteerbare aandrijfas (6), met het kenmerk dat verplaatsingmiddelen minstens één met de draagstructuur (4) verbonden verplaatsbaar profiel (5) omvatten dat minstens gedeeltelijk voorzien is van een vertanding, de verplaatsingsmiddelen verder een op de aandrijfas (6) bevestigd tandwiel (7) omvatten dat ingrijpt in de genoemde vertanding zodat het profiel (5) verplaatsbaar is door rotatie van het tandwiel (7), en dat de draagstructuur (4) roteerbaar is door een verplaatsing van het genoemde profiel (5).
2. Zonnevolger samenstel (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de genoemde aandrijfas (6) roteerbaar is in wijzerzin en in tegenwijzerzin.
3. Zonnevolger samenstel (1) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het genoemde verplaatsbaar profiel (5) een tandheugel is.
4. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het genoemde profiel (5) een lineair verplaatsbaar profiel is.
5. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de draagstructuur (4) een zich horizontaal uitstrekkende voor (8)-en achterligger (9) omvat die met elkaar verbonden zijn via minstens twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende zijliggers (10), en dat elke zijligger (10) verbonden is met een verplaatsbaar profiel (5).
6. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat elke kolom (3) een bevestigingselement (11) voor de aandrijfas (6) omvat, waarbij genoemd bevestigingselement (11) een opening omvat die een doorgang vormt voor de aandrijfas (6).
7. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de aandrijfmiddelen een motor omvatten voor het aandrijven van de aandrijfas (6).
8. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de bevestigingstructuur via een koppelelement (12) verbonden is met de draagstructuur (4).
9. Zonnevolger samenstel (1) volgens conclusie 8, met het kenmerk dat het koppelelement (12) één of meerdere sleufvormige openingen (13) omvat geschikt voor het opnemen van een bevestigingsmiddel (14).
10. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de bevestiging- en draagstructuur (4) vervaardigd zijn uit koudgewalste profielen.
11. Zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het genoemde samenstel (1) stuurmiddelen omvat die voorzien zijn om de draagstructuur (4) te oriënteren in functie van de stand van de zon.
12. Zonne-installatie omvattende minstens twee na elkaar geplaatste rijen zonnepanelen, met het kenmerk dat per rij een zonnevolger samenstel (1) volgens één van de voorgaande conclusies voorzien is.