CN1589384A - 太阳能设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能设备,该设备具有至少两个太阳能单元(10XX),其中各太阳能单元(10XX)具有一固定组件(12)和一可转动的安装在该固定组件(12)上的承载构件(14),并可固定在太阳能模板和/或太阳能收集器(16)上,且可以通过基本上垂直于地面的旋转轴跟踪太阳的运动。根据本发明,至少一个太阳能单元(10XX)的承载构件(14),借助至少一个用于传动一定位运动(Stellbewegung)的机械传动组件(32),与至少一个其它的太阳能单元(10XX)的承载构件(14)相连接。
Description
本发明涉及一种太阳能设备,该设备具有权利要求1前序部分所述的特征。
在太阳能技术中,除了固定安装的太阳能设备外,还有多种公知的系统,其可借助光伏模板,也可简称为太阳能模板或太阳能收集器单轴或双轴地跟踪太阳的运动。
太阳能模板是由大量的太阳能电池组合成的模板构成的,该太阳能电池将太阳能直接生成电能。
太阳能收集器,最广泛使用的是平板收集器,其作为一个将太阳能转换为热能的设备。
一产生电能的太阳能设备是由一固定安装的光伏发电器、一串联逆变器(Stringwechselrichter)和一网络供电器(Netzeinspeisung)组成,当太阳能发电器被太阳光照射时,该发电器将提供电流。然后该电流通过逆变器后,被输送到已有的电网中。一固定安装的设备的全天功率是由上午和下午所有的照射及中午的直接照射组成。这时,光照功率随太阳光与太阳能模板的入射角的变化而变化。通过长时间的测量得出,对于一个固定安装的太阳能模块,其能量产额相当于发电机功率的5倍。该因数5适用于在夏季月份进行15小时日照的情况。
为了得到比固定安装的太阳能设备更多的能量产额,在实际应用中,多半采用双轴跟踪的太阳能设备。在DE-GBM 297 07 201中描述了这样的太阳能设备。通过一跟踪太阳位置的圆柱形转动设备使太阳能模板基本上围绕一垂直于地面设置的转轴跟踪太阳的运动。除了垂直调整外,在双轴太阳能设备中,太阳能模板还可附加通过一水平轴进行跟踪。由此,太阳能设备上的太阳能模板同太阳光始终保持90°。所述太阳能设备的日功率是由太阳刚升起大约30分钟(该时间也用于太阳落下)的所有照射及这天其余时间太阳光的直接照射组成。实践证明,其能量产额相当于发电机功率的12倍。同样,该因数只适用于在夏季月份进行15小时日照的情况。对于例如由50至(à)85个Wp=4,250Wp的太阳能模板构成的上述太阳能设备,为了实现转动所必需的日运行能量消耗为3至6Wh。
测量证据和能量产额计算显示出,一双轴跟踪太阳能设备的能量产额大约提高了30%。
该跟踪太阳位置的设备仍然存在不足,因为其必须使用用于太阳能模板跟踪的控制装置及马达和传动机构,所以该设备比较昂贵。而能量产额的增高及由此相联系的好的经济效益被该设备投入的高的额外费用所抵消,这样,该跟踪太阳能设备在日益增长的太阳能设备市场中,至今几乎未占有市场份额。
在设置功率增大的情况下,在一太阳能设备中安装更多的太阳能单元是必要的,其中太阳能设备的各太阳能单元装有用于跟踪太阳位置的必要设备。结果造成很高的投资和保养费用。
本发明的目的是提供一种用于太阳能设备的跟踪装置,其有利成本,技术实现简单,且管理费用少。
该目的是通过具有权利要求1中所描述的特征的太阳能设备而实现的。
多个太阳能单元通过该跟踪装置可机械连接到一太阳能设备上,使得通过一定位装置只引导一个太阳能单元的定位运动,来带动所有相连接的太阳能单元跟随运动,这是非常有益的,其可以省去在各单独的太阳能单元不相互连接的进行个别调节时所需要的多个必要的传动机构、马达和控制装置。这降低了必要的投资成本。
根据本发明,借助至少一个机械传动组件,通过安装在太阳能单元承载构件上的支撑框架,实现该定位运动的连接和传动。
一太阳能设备,例如可由50个太阳能单元组成,每个太阳能单元的承载构件都分别装有8m2的太阳能模板和/或太阳能收集器,也就是由例如总和为400m2的太阳能模板和/或太阳能收集器面积所组成,该太阳能设备通过机械传动组件进行定位运动的连接和传动只需要一个马达、一个传动机构和一个带有控制单元的控制装置。
此外,有益的是,通过减少各连接的太阳能单元上所必要的技术设备,该太阳能单元实质上可更简单的实施,因此,明显地降低了成本。总体而言,明显地减少了所述机械连接进行跟踪的太阳能设备的投资成本,例如在光伏设备中降低了太阳能电流的成本。
由于必要的保养费用实质上被减少了,所以显著提高了该太阳能设备的效益。
另外,已经安装了的具有该系统的太阳能设备,可通过简单的连接随意地扩充其它的太阳能单元。
本发明的有益技术方案,由从属权利要求所描述的特征得出。
下面结合附图所描述的具体实施例,对本发明做进一步的解释。
图1是一个太阳能设备的示意图,该太阳能设备由两个朝西的太阳能单元组成;
图2是两个太阳能单元的一传动组件在一个起始位置,例如朝南的方向的示意图(俯视图);
图3是两个太阳能单元的该传动组件由南向东转动后的示意图(俯视图);
图4是两个太阳能单元的一传动组件由南向西转动后的示意图(俯视图);
图5是两个太阳能单元的两个彼此水平设置的传动组件和另一太阳能单元的垂直设置的一传动组件的示意图(俯视图);
图6是太阳能设备的一可行实施方式的示意图(俯视图);
图7是一引导元件的示意图;
图8是一调节和支撑元件的示意图;以及
图9是太阳能设备的高度调整示意图。
图1示出了由太阳能单元1026和1027组成的太阳能设备。在图1中的太阳能设备是朝西的。太阳能单元1026和1027的结构完全一样,因此在下面只对太阳能单元1026来进行描述。太阳能单元1026具有一固定组件12,通过该固定组件12将太阳能单元1026固定在一坚固的地基上。例如,该固定组件12可用混凝土浇固在一混凝土地基上,或例如可以直接安装在相应的基础结构上。在该固定组件12的上面安装有一可以转动的承载构件14。借助在固定组件12上的一滑动轴承28,转动安装的承载构件14可以在摩擦很小的状态下运行,同时该滑动轴承28还保证了承载构件14的垂直定向,在固定组件12的顶面上安装的一调节和支撑元件30支撑该承载结构14,并尽可能保证该承载结构14垂直地围绕固定组件12转动。该调节和支撑元件30同时用于调节和支撑该承载构件14。该调节和支撑元件的高度是变化可调的。
承载构件14还具有一调节装置26,其可用来调节太阳能模板和/或太阳能收集器16。通过调节装置26,手动或通过一定位装置的调节自动进行太阳能模板和/或太阳能收集器16的倾角34的调节。在自动调节中,保证了在太阳能模板和/或太阳能收集器16上的太阳光入射角被固定调整为90°。在手动调节调节装置26时,可按一年的季节,将太阳能模板和/或太阳能收集器16调整到该季节的最佳倾角。太阳能单元1026还具有一传动组件32,该传动组件32基本上垂直于承载构件14设置。图1中示出了该传动组件32,其由一支撑框架22构成,该支撑框架22是由支撑臂18和属于各支撑臂的引导元件20及一连接元件24组成。特别的是,该支撑框架22具有4个支撑臂18A、18B、18C和18D,可行的是,该4个支撑臂相互错开90°。上述4个支撑臂的设置,只是描述了一种优选实施方式。可以想到其它不具有支撑臂18A-D的支撑框架22的实施方式。例如,所有可想到的能使连接元件24被支撑的元件,都可以作为支撑框架22的备件,直接固定在承载构件14上。
各支撑臂18A、18B、18C和18D都包括有引导元件20,而引导元件20具有用于引导连接元件24的引导槽36。为了清楚起见,该引导槽36未在图1中示出。在图7中有该引导槽36的描述和说明。特别的是,该连接元件24是一绳索,在具有两个太阳能单元1026、1027时,为了在承载构件14上均匀地施加作用力,优选具有两个绳索24A和24B。
此外,还可以想到连接元件24其它的实施方式。此外,也可借助传动带,借助链条或者分节的传动杆来实施。
各连接元件24,如已提到的那样,被固定在支撑臂18A或18B或18C或18D的一预定的引导元件20上。在图7中示出了一支撑臂18。图7示出了设于引导元件20中的连接元件24的引导槽36。各连接元件24在太阳能单元1026和太阳能单元1027上的属于各太阳能单元的支撑臂18A或18B或18C或18D的引导元件20上具有一个止动点。
在图1中未示出的调节组件38能够围绕承载构件14的垂直轴双向转动360°。此外,还可进行承载构件14的手动定位运动。
作为调节组件38,尤其可以设置一个马达,因为所述调节组件与本发明不大相关,因此在图1中被省略。
图2示出了两个太阳能单元1026和1027的传动组件32。在图2中,还尽量地示出了其起始朝向,例如,在图2中太阳能单元1026和1027或安装的太阳能模板都朝南。图2特别以连线的方式示出了太阳能单元1026和1027的支撑臂18A、18B、18C和18D及连接元件24A和连接元件24B的布置。
明显可见,连接元件24A被定位在太阳能单元1026和1027的支撑臂18C的引导元件20上。
类似于在图2中示出的连接元件24A的实施方式,连接元件24B一方面被定位在太阳能单元1026上的支撑臂18A的引导元件20上,而另一方面被定位在太阳能单元1027上的支撑臂18A的引导元件20上。
图2进一步全面地示出了固定组件12和转动设置的承载构件14,其中还示出了没有太阳能单元1026、1027时,承载构件14的支撑臂18A-D。
图3同样示出了太阳能单元1026和1027,它们通过连接元件24A和24B相互连接在一起。但在图3中,传动组件32被移位至转动方向40上(向东)。
图3与图2的作用方式明显不同。太阳能单元1026的各支撑臂18A、18B、18C和18D在转动方向40上移位90°。类似地,传动组件32的太阳能单元1027的支撑臂也相应的移位。所有中间的位置也是可行的。
例如,在图3中的太阳能单元1027中完整地描述出支撑框架22,其由一带有其所属的引导元件20的支撑臂18A组成。固定组件12和承载构件14进一步充实了图3。
与图3相对应,图4示出了太阳能单元1026和1027借助传动组件32在转动方向40(向西)的定位运动。通过图4可清楚的看到,类似于图3,太阳能单元1026的连接元件24A移位了90°。类似于太阳能单元1026,太阳能单元1027跟着在转动方向40(向西)转了90°,并且连接元件24B也发生了移位。
在图4中示出的转动方向40朝向西,与图1相一致。
连接元件24A和24B,通过支撑臂18A、18B、18C和18D的引导元件20的引导而被固定。其全面地示出了固定组件12和承载构件14。作为一个例子,带有引导元件20的支撑臂18B构成了一支撑框架22。
图5采用俯视图进一步示出,从图2中描述的太阳能单元1026和1027的初始位置起,本发明在垂直方向上的进一步扩展。其描述也是借助传动组件32来进行的。在这里,太阳能单元1026在垂直方向上添加了另一太阳能单元1016。以这种方法和方式,一太阳能设备可以增加或减少太阳能单元。
显然,到目前为止的相应描述中的太阳能单元1026和1016是借助连接元件24C和24D连接在一起的。
图5清楚地表明,在太阳能单元1026的支撑臂18A和18B及所属的引导元件20之间,已经有连接元件24A、24B、24C和24D的4个部分区段,被引导进入各自的引导元件20的引导槽36内。
在图5中,太阳能单元1026还有两个自由度。在该两个自由度上再设置另外两个太阳能单元的前提下,考虑到各太阳能单元10xx都同样设有两个连接元件24,接着就同样可以想到,在太阳能单元1026的18A/18B和18B/18C以及18C/18D和18A/18D之间,分别由各自的属于支撑臂18A-D的引导元件20支撑连接元件24的4个部分区段。
在引导元件20的引导槽36中,进行对连接元件24的引导。
在图5中,以太阳能单元1026为中心设置的由5个太阳能单元构成的体系中,在支撑臂18A/18B和18B/18C以及18C/18D和18A/18D之间的部分区段由8个连接元件24形成。
图6示意性示出了一太阳能设备的可行实施方式,该太阳能设备由多个太阳能单元10xx组成。为了一目了然,在此示意性示出了固定组件12及其所属的承载构件14和支撑臂18。此外,还示出了调节组件38优先设于一太阳能单元1016上。所有其它的太阳能单元10xx和调节组件38的设置是可想而知的。
在图6的太阳能设备的实施方式中,该太阳能设备是由36个太阳能单元组成,该方案的基本优点在于,从调节组件38开始,在所有的方向上,所必需的最大传动步数为5。因此,该实施方式特别有利于,在一太阳能设备内部的均匀的力分布。
两个例子清楚地进行了说明。这样,太阳能单元1016和1046是通过太阳能单元1026、1034、1040和1044以5个传动步数彼此进行连接的。
第二个例子是太阳能单元1016和太阳能单元1042之间通过太阳能单元1026、1034、1040和1041以5个传动步数来实现连接的。
图7示出了上面已经提到的固定在支撑臂18上的引导元件20。该引导元件20具有引导槽36。
从图5的描述中得知,借助8个连接元件24可实现由5个太阳能单元组成的星形设置和连接。因此要引导8个连接元件24需要有8个引导槽36。
引导槽36的引导同时也保证了连接元件24朝向中心。作为例子,图7示出了在引导槽36中两个被引导的连接元件24。
图8示出了上面已提到过的调节和支撑元件30的可行构造,该元件设于固定组件12的头部,是可替换的元件。通过该调节和支撑元件30可变化的形状,特别是其构造高度,能够用来调节在图8中所示出的承载构件14的高度。该调节和支撑元件30可替换性的实施方案,首先有利于补偿固定组件12和承载构件14在安装过程中引起的误差。
特别是在所有太阳能单元10xx被准确和几乎没有误差地排布的前提下,可以实现太阳能单元10xx间转动的无摩擦的传动及由此实现同时跟踪。
在该实施例中,最可能的无摩擦传动是通过轴套44实现的,为了同时保证调节,采用U-形轴套可形成侧面引导。该轴套特别是采用摩擦很小的塑料制成。当然也可考虑其它的方案和材料。
图9示出了在倾斜和不平的场地表面上,太阳能设备可行的高度调节。该调节是通过固定组件12的不同长度或者通过导向轮42来实现。
在图9中示出了太阳能单元1026、1034和1040间,借助固定组件12的高度调节,实现高度调节的第一可行方式。
高度调节的第二可行实施方式是,在太阳能单元1040和1044间使用两个导向轮42的情况下,采用至少一个导向轮42将连接元件24转向。
在所述实施例中未包含关于给出的转动方向40的向北方向的详尽描述。但通过太阳能单元10xx围绕垂直轴全方位的旋转,太阳能设备便可安装在北半球和南半球。
附图标记一览表
10xx 太阳能单元
12 固定组件
14 承载构件
16 太阳能收集器/太阳能模板
18A-D 支撑臂
20 引导元件
22 支撑框架
24A-D 连接元件
26 调节装置
28 滑动轴承
30 调节和支撑元件
32 传动组件
34 倾角
36 引导槽
38 调节组件
40 转动方向
42 导向轮
44 轴套
Claims (17)
1.一种太阳能设备,其具有至少两个太阳能单元(10xx),其中各太阳能单元(10xx)包括有一固定组件(12)及一可转动的安装在该固定组件上的承载构件(14),并可固定在太阳能模板和/或太阳能收集器(16)上,且能够通过其基本上垂直于地面设置的转轴跟踪太阳的运动,其特征在于,至少一个太阳能单元(10xx)的承载构件(14),借助至少一个用于传动一定位运动的机械传动组件(32)与至少一个其它的太阳能单元(10xx)的承载构件(14)相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能设备,其特征在于,该承载构件(14)借助一滑动轴承(28)和一由轴套(44)引导的调节和支撑元件(30),转动地设于该固定组件(12)上。
3.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该承载构件(14)具有一用于该太阳能模板和/或太阳能收集器(16)的调节装置(26)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该调节装置(26)可以通过手动或通过一调节组件进行调节,来调节该太阳能模板和/或太阳能收集器(16)的倾角(34),使得在该太阳能模板和/或太阳能收集器(16)上的太阳光入射角可被调节到90°。
5.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该传动组件(32)基本上垂直于该承载构件(14)设置。
6.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该传动组件(32)具有至少一个支撑框架(22),该支撑框架(22)由至少一个支撑臂(18)和至少一个引导元件(20)构成并具有至少一个连接元件(24)。
7.根据权利要求6所述的太阳能设备,其特征在于,该支撑框架(22)具有4个分别移位成90°的支撑臂(18A,18B,18C,18D)。
8.根据权利要求6所述的太阳能设备,其特征在于,该引导元件(20)位于各支撑臂(18A,18B,18C,18D)的端部,并具有用于引导该连接元件(24)的引导槽(36)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该连接元件(24)是一绳索。
10.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该连接元件(24)是一传动带。
11.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该连接元件(24)是一链条。
12.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该连接元件(24)是一分节的传动杆。
13.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该连接元件(24)可定位在该支撑臂(18A-D)的各引导元件(20)的两侧。
14.根据权利要求6至13所述的太阳能设备,其特征在于,各太阳能单元(10xx)可通过两个连接元件(24)连接。
15.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该定位运动可以手动和/或通过一调节组件(38)来完成,并且对准太阳的位置可以通过该承载构件(14)向两侧的转动来调节。
16.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,该调节组件(38)是一马达,尤其是一电动马达。
17.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能设备,其特征在于,高度调节可以通过改变该固定组件(12)的长度或者通过至少一个导向轮(42)来实现。
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