CZ18700U1 - Nosné a polohovací zařízení pro soustavu solárních panelů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká nosného a polohovacího zařízení pro soustavu solárních panelů, zejména fotovoltaických, které umožňuje pohyb rámu se solárními panely po trajektorii sledující pohyb

Slunce, a je k tomuto účelu vybaveno příslušným natáčecím a naklápěcím zařízením.

Dosavadní stav techniky

Solární panely se zpravidla umisťují ve větším počtu na nosný rám, aby byl zajištěn dostatečný tepelný nebo elektrický výkon zařízení, a nosný rám se pomocí natáčecího a naklápěcího zařízení pohybuje v průběhu dne tak, aby byly panely neustále v optimální poloze vůči Slunci, tzn. pokud možno kolmo na směr dopadu slunečních paprsků.

Jedna skupina známých řešení využívá pro sledování pohybu Slunce konstrukci vertikálního podstavce, nej častěji sloupu, který je upevnitelný k základně. Na podstavci je hlavice s natáčecím zařízením, která umožňuje otáčení nosného rámu s panely kolem vertikální osy podstavce. Nosný rám je k hlavici upevněn tak, aby jej bylo současně možné naklápět kolem horizontální osy proti

Slunci. Takové řešení je známo např. z českého užitného vzoru CZ 18 355, kde se naklápění provádí pomocí šroubové vzpěry, nebo z českého užitného vzoru CZ 15 559, kde natáčecí zařízení obsahuje soustavu ozubených kol s vloženým oběžným kolem, nebo z německé zveřejněné patentové přihlášky DE 10 2005 042 478. Dále z německé patentové přihlášky DE 44 19 244 je známý vertikální podstavec tvořený vnějším válcem, ve kterém se otáčí vnitřní válec. K nosnému rámu se solárními panely je upevněno táhlo tak, aby nebránilo otočnému pohybu vnitřního válce. Toto táhlo ovládá naklápění nosného rámu kolem horizontální osy. Také evropská patentová přihláška EP 1867 935 popisuje obdobné řešení, kde v horizontální ose nosného rámu jsou pružiny, a naklápění kolem horizontální osy vymezují tažná lanka na spodním okraji nosného rámu.

Jiná skupina známých řešení využívá pro pohyb nosného rámu také kombinaci pohybu s naklá25 pěním kolem tzv. „hodinové osy“, kterou rozumíme osu souměrnosti nosného rámu, která leží ve vertikální rovině zahrnující i vertikální osu podstavce. Hodinová osa je (s výjimkou umístění na rovníku v pravé poledne) stále skloněna směrem k zemskému povrchu. Naklápění nosného rámu kolem této osy sleduje hodinový pohyb Slunce na obloze, tj. pohyb od východu k západu. Řešení popsané ve zveřejněné patentové přihlášce WO 2008/000 867 zahrnuje otáčivý pohyb nosného rámu kolem vertikální osy podstavce, a zároveň kombinovaný pohyb vznikající složením naklápění kolem horizontální osy a naklápěním kolem hodinové osy. Naklápění zajišťuje šikmé výsuvné táhlo umístěné asymetricky na straně nosného rámu odvrácené od Slunce.

Francouzský patent FR 83 057 65 pak popisuje řešení, kde vertikální podstavec je zakončen šikmým ramenem, jehož úhel je pevný a odpovídá dané zeměpisné šířce umístění. Šikmé rameno nese hlavici naklápějící se kolem hodinové osy, která je rovnoběžná s osou Země, a na hlavici je uložen nosný rám se solárními panely s možností dalšího naklápěcího pohybu kolem horizontální osy. Naklápění kolem hodinové osy se provádí automaticky pomocí elektropohonu, naklápění kolem horizontální osy se přestavuje ručně šroubovým táhlem podle ročního období a postavení Slunce.

Z německé zveřejněné patentové přihlášky DE 101 44 601 je známé zařízení, u kterého se naklápění kolem horizontální osy řeší obloukovým vedením, po kterém pojíždí pohyblivý člen spojený s nosným rámem, a nosný rám se naklápí kolem hodinové osy. Výsledný pohyb je kombinací těchto dvou pohybů, podstavec je pevný, a je tvořený rámovou lichoběžníkovou konstrukcí, na jejíž horní traverze rotují dvoukřídlé solární panely o 360° za 24 hodin. Obloukové vedení zajiš45 tuje sezónní naklápění osy otáčení podle ročního období.

Jiná skupina známých řešení zahrnuje jednoduchá jednoosá zařízení. Např. v německém užitném vzoru DE 20 2005 001 195 je popsána nosná konstrukce se šikmým nosným rámem, která má uprostřed otočný středový čep, a na okrajích pojezdové zařízení pro otáčení po kruhové trajektorii. Z českého patentového spisu 283 818 je známo zařízení pro naklápění nosného rámu kolem

- 1 CZ 18700 Ul pevně umístěné hodinové osy. Kolem pevné osy se otáčí válcové pouzdro, poháněné reverzibilním elektromotorem se samosvomým převodem.

Z dalšího německého užitného vzoru DE 2004 001 642 je známo zařízení, které nese hodinovou osu nosného rámu na dvou stavitelných vzpěrách rozdílné výšky. Obdobné řešení je známo i z užitného vzoru CZ 16 891, jakož i ze zveřejněné německé patentové přihlášky DE 2006 022 982.

Nevýhoda dosud známých řešení nosných a polohovacích zařízení spočívá v tom, že pokud se jedná o jednoduchá, většinou jednoosá zařízení, tak zpravidla nelze u těchto zařízení dosáhnout optimálního nastavení solárních panelů kolmo proti Slunci v celém časovém a zeměpisném rozsahu, ani bezpečnostního nastavení (sklopení) solárních panelů při nadkritickém větru z různých ío směrů. Zařízení mají malou účinnost, a nejsou určena pro nesení většího počtu solárních panelů.

Pokud se sestavují do větších přízemních celků, jde o celky složité, zabírající půdorysně velkou plochu.

Pokud se jedná o složitější víceosá zařízení, ta umožňují vyhovující optimalizaci polohy a nastavení, ale jejich nevýhoda spočívá v tom, že jde o zařízení konstrukčně složitá, která obsahují velký počet pohybově namáhaných dílců, a z toho vyplývá jejich vyšší cena, vyšší poruchovost, vyšší nároky na montáž, obsluhu a údržbu.

Úkolem technického řešení je vytvořit zařízení, které by odstraňovalo výše uvedené nedostatky a umožňovalo jak optimální nastavení polohy vůči Slunci, tak vůči nadkritickému větru, a zároveň by šlo o zařízení s minimálním počtem pohyblivých částí, výrobně a montážně jednoduché.

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen nosným a polohovacím zařízením, které sestává známým způsobem z podstavce upevnitelného k základně a opatřeného prvním otočným prostředkem.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že mezi nosným rámem a prvním otočným prostředkem je uspořádán úhlový nástavec opatřený druhým otočným prostředkem s možností otočného pohybu kolem druhé osy otáčení. Tato druhá osa svírá s první osou úhel (a) ležící v rozmezí od

10° do 80°. K druhému otočnému prostředku je následně upevněn nosný rám tak, že normála plochy solárních panelů na nosném rámu svírá s druhou osou úhel (β) ležící v rozmezí od 10° do 80°. Přitom musí platit, že hodnoty úhlů (α, β) jsou vzájemně komplementární tak, aby jejich součet ležel v rozmezí od 20° do 90°. Toto uspořádání umožňuje naklápění a natáčení plochy solárních panelů do všech potřebných směrů při sledování trajektorie Slunce, s použitím minimálního počtu otočných (pohyblivých) prvků. Ve výhodném provedení technického řešení je první osa otáčení vertikální, a zajišťuje tak otáčení úhlového nástavce kolem podstavce ve stejné poloze. To je výhodné zejména z hlediska možnosti sklopení plochy solárních panelů proti větru v jakémkoli úhlu natočení, pokud síla větru přesáhne kritickou mez.

Dále je výhodné, když hodnota úhlu (a) leží v rozmezí od 15° do 35° a hodnota úhlu (β) leží v rozmezí od 40° do 60°, což jsou hodnoty optimální pro natáčení, a naklápění ve středoevropských zeměpisných šířkách, a zároveň umožňují sklopení panelů do bezpečné polohy. Z tohoto hlediska je dále výhodné, když nosný rám se solárními panely má v podstatě eliptický tvar, který umožňuje natočení plochy šikmo k zemi proti větru podélnou osou elipsy, a spodní hrana panelů se tak dostane velmi blízko k základně, takže proud vzduchu po ní sklouzává vzhůru.

V dalším výhodném provedení technického řešení je první otočný prostředek a/nebo druhý otočný prostředek tvořen přírubovým kruhovým otočným prstencem s elektropohonem. Toto zařízení je velmi spolehlivé, neobsahuje žádné vnější pohyblivé části, je chráněno proti prachu a poškození.

Nakonec je výhodné, když přírubový kruhový otočný prstenec je opatřen ozubeným kolem, která je v záběru se šnekem na hřídeli elektropohonu. Toto uspořádání umožňuje velmi přesné natáčení, a zároveň je samosvomě takže nemůže dojít k nežádoucí změně polohy např. v důsledku větru.

CZ 18700 Ul

Výhody nosného a polohovacího zařízení pro soustavu solárních panelů podle technického řešení spočívají zejména v tom, že obsahuje minimální počet pohyblivých otočných dílů, žádné otočné díly nejsou vystaveny povětrnostním vlivům, a jde o zařízení výrobně a především montážně velmi jednoduché, se spolehlivým provozem. Kinematický princip otáčení kolem dvou na sebe nekolmých os umožňuje nastavení optimální polohy solárních panelů proti Slunci v kteroukoli denní i r oční dobu, a zároveň umožňuje velmi účinné sklopení plochy proti větru z jakéhokoli směru do bezpečnostní polohy při silném nárazovém větru.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 boční pohled ío na zařízení v ranní pracovní poloze, s vyznačením bezpečnostní polohy nosného rámu při silném nárazovém větru, obr. 2 čelní pohled na zařízení s eliptickým nosným rámem v horizontální poloze, obr. 3 čelní pohled na zařízení s eliptickým nosným rámem ve vertikální poloze, obr. 4 vertikální řez zařízením.

Příklady provedení technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následují20 cích nároků na ochranu.

Na obr. 1 až obr. 4 je zobrazen příklad provedení nosného a polohovacího zařízení £, které je uspořádáno na podstavci 3, tvořeném vertikálním ocelovým sloupem upevněným svisle k základně 4, takže první osa 6 otáčení je totožná s vertikální osou podstavce 3. Zařízení i je v jiných nezobrazených příkladech provedení realizovatelné i s podstavcem 3 upevněným k základně 4 v jiné poloze než svislé, popř. s podstavcem 3 tvořeným rámem, trojnožkou apod. Homí část podstavce 3 nese první otočný prostředek 5 pro otáčení kolem první osy 6 otáčení. Ten může být uspořádán v horizontální rovině, jak je znázorněno na obr. 1 až obr. 4, nebo může být vůči horizontále nakloněn pod ostrým úhlem. První otočný prostředek 5 může být konstrukčně realizován různými odborníku známými způsoby, ale s výhodou je tvořen přírubovým kruhovým otočným prstencem s vnitřním ozubeným kolem 13 uloženým na ložisku, které je poháněno tangenciálně uspořádaným elektropohonem 12 se šnekem 14 zabírajícím s ozubeným kolem 13, jak je znázorněno na obr. 1 až obr. 4. Jedna příruba otočného prstence je spojena s podstavcem 3, a k druhé přírubě je upevněn úhlový nástavec 8, tvořený rovněž ocelovou trubkou, který je zakončen druhým otočným prostředkem 9. Ten může být také tvořen různými odborníku známými prostředky, ale s výhodou je tvořen stejným přírubovým otočným prstencem jako první otočný prostředek. Otočný prostředek 9 umožňuje otočný pohyb kolem druhé osy 10 otáčení, která svírá s první osou 6 otáčení ostrý úhel a, ležící v rozmezí od 10° do 80°. Na obr. 1 až obr. 4, kde je znázorněno zařízení £ v příkladu provedení se svislou první osou 6, svírá druhá osa 10 s první osou 6 úhel a = 19°. Jedna příruba druhého otočného prostředku 9 je spojena s úhlovým nástavcem 8, a ke druhé přírubě je upevněn nosný rám 7 eliptického tvaru nesoucí symetricky rozmístěnou soustavu fotovoltaických solárních panelů 2. Tvar nosného rámu 7 se soustavou panelů 2 může být v podstatě libovolný, ale eliptické provedení je nej výhodnější pro dosažení optimální bezpečnostní polohy £5 při silném nárazovém větru.

Pro správnou funkci zařízení £ a nastavení optimální polohy v celém rozsahu je důležité, aby nosný rám 7 byl ke druhému otočnému prostředku 9 upevněn tak, že normála ££ plochy solárních panelů 2 na nosném rámu 7 svírá s druhou osou £0 otáčení úhel β ležící v rozmezí od 10° do 80°. Toho je dosaženo upevněním nosného rámu 7 pomocí šikmé dosedací plochy £6, která není rovnoběžná s rovinou nosného rámu 7 resp. solárních panelů 2. Přitom musí platit že hodnoty úhlů a, β jsou navzájem komplementární tak, aby jejich součet vždy ležel v rozmezí od 20° do 90°. V příkladu provedení zobrazeném na obr. 1 až obr.4 je hodnota a=19°a{3 = 53°, takže

CZ 18700 Ul α + β = 72°. To je zároveň úhel, který svírá plocha solárních panelů 2 se základnou 4 v ranní pracovní poloze tj. při východu Slunce.

Elektropohony 12 pohánějící první otočný prostředek 5 a druhý otočný prostředek 9 jsou řízeny nezobrazenou elektronickou programovatelnou řídící jednotkou, a otáčení kolem první osy 6 a druhé osy 10 probíhá současně tak, že plocha solárních panelů 2 na nosném rámu 7 je neustále optimálně nakloněna kolmo na směr dopadu slunečních paprsků v kteroukoli denní i roční dobu, takže je dosaženo vysoké efektivity zařízení 1 s minimálním počtem otočných prvků. Zařízení 1 lze na základě signálu příslušných čidel při silném nárazovém (nadkritickém) větru automaticky sklopit do bezpečnostní polohy 15 se spodním okrajem nosného rámu 7 velmi nízko nad základ10 nou 4, v jakémkoli úhlovém rozsahu přesně proti směru větru, takže proud vzduchu může po ploše solárních panelů 2 obtékat celé zařízení I bez rizika jeho poškození.

Průmyslová využitelnost

Nosné a polohovací zařízení podle technického řešení lze využít pro nesení soustavy solárních panelů, zejména fotovoltaických které jsou umístěny na nosném rámu jenž se automaticky pohy15 buje po trajektorii sledující pohyb slunce.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Nosné a polohovací zařízení (1) pro soustavu solárních panelů (2), zejména fotovoltaických, s možností jejího pohybu po trajektorii sledující pohyb Slunce, sestávající z podstavce (3) upevnitelného k základně (4) a opatřeného prvním otočným prostředkem (5) s možností otočného

   20 pohybu kolem první osy (6) otáčení, a z nosného rámu (7) nesoucího solární panely (2) a spojeného s prvním otočným prostředkem (5), vyznačující se tím, že mezi nosným rámem (7) a prvním otočným prostředkem (5) je uspořádán úhlový nástavec (8) opatřený druhým otočným prostředkem (9) s možností otočného pohybu kolem druhé osy (10) otáčení svírající s první osou (6) úhel (a) ležící v rozmezí od 10° do 80°, a že k druhému otočnému prostředku (9) je

   25 upevněn nosný rám (7) tak, že normála (11) plochy solárních panelů (2) na nosném rámu (7) svírá s druhou osou (10) úhel (β) ležící v rozmezí od 10° do 80°, přičemž platí, že hodnoty úhlů (α, β) jsou vzájemně komplementární tak, aby jejich součet ležel v rozmezí od 20° do 90°.
2. 2. Nosné a polohovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první osa (6) je vertikální osa.

   30
3. 3. Nosné a polohovací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hodnota úhlu (a) leží v rozmezí od 15° do 35° a hodnota úhlu (β) leží v rozmezí od 40° do 60°.
4. 4. Nosné a polohovací zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se t í m , že nosný rám (7) se solárními panely (2) má v podstatě eliptický tvar.
5. 5. Nosné a polohovací zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž4, vyznačující

   35 s e t í m , že první otočný prostředek (5) a/nebo druhý otočný prostředek (9) je tvořen přírubovým kruhovým otočným prstencem s elektropohonem (12).
6. 6. Nosné a polohovací zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že přírubový kruhový otočný prstenec je opatřen ozubeným kolem (13), které je v záběru se šnekem (14) na hřídeli elektropohonu (12).