DE10117622A1

DE10117622A1 - Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand

Info

Publication number: DE10117622A1
Application number: DE10117622A
Authority: DE
Inventors: Achim Zimmermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-07
Filing date: 2001-04-07
Publication date: 2001-10-11

Abstract

Kollektoren zur Nutzung der Sonnenenergie sollten der Sonne nachgefahren werden und zwar sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung. Dabei sind kleine präzise Bewegungen, aber häufig auch abhängig von der Windbelastung große Kräfte zu übertragen sind. Bekannt ist, daß hierfür hydraulische Antriebe anderen Antrieben bei weitem überlegen sind. DOLLAR A Es wurde gefunden, daß für die vertikale Nachführung ein Winkel von maximal 90 DEG zu realisieren ist, während für die horizontale Nachführung ein Winkel bis zu 360 DEG verwirklicht werden muß. Hierfür eignen sich am besten hydraulische Stellmotore, die von einer Hydraulikpumpe energetisch versorgt werden. DOLLAR A Für die vertikale Nachführung dient ein Stellmotor, der den Kollektor von der waagerechten Lage um 90 DEG bis in die senkrechte nachführen kann. Um die Kollektoranlage vor zu hohen Windkräften zu schützen, wird sie bei zu hohen Windstärken von dem Stellmotor in die waagerechte Stellung und erst nach dem Verlassen des Windes wieder in die der Sonne zugewandten Position verfahren. DOLLAR A Um die horizontale Nachführung zu ermöglichen, ist auf einer feststehenden Welle eine drehbar gelagerte Hohlwelle angebracht, die über die Zahnstange mittels eines zweiten Stellmotors bewegt wird. Die linear vom Stellmotor bewegte Zahnstange bewirkt so eine Nachführung um bis zu 360 DEG .

Description

Kollektoren zur Nutzung der Sonnenenergie werden im allgemeinen als Fotovoltaik-Kollektoren, bei denen die Strahlung in elektrische Energie umgewandelt wird, oder als Kollektoren für die Warmwassererzeugung, seltener für die Dampferzeugung, benutzt. In allen Fällen ist es sehr sinnvoll, die Kollektoren der Sonne nachzufahren und zwar sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung, da allgemein bekannt ist, daß nach dem cosΘ - Gesetz eine Abweichung in nur einer Richtung von 45° eine Verringerung der aufgenommen Leistung um 30% bedeutet. Allein dieser Tatbestand zwingt zu der Suche nach technischen Lösungen, um die Nachführung der Kollektoren zu ermöglichen, umsomehr da bei der Fotovoltaik die spezifischen Investitionen bezogen auf andere Energieerzeugungssysteme ausgesprochen hoch sind.

Die Probleme bei der Nachführung liegen darin begründet, daß der Sonnenstand sensorisch ermittelt werden muß, und daß auf der Basis dieser Ermittlung die mechanische Nachführung erfolgt, wobei nur kleine präzise Bewegungen, aber häufig, auch abhängig von der Windbelastung, große Kräfte zu übertragen sind. Bekannt ist, daß hierfür hydraulische Antriebe anderen Antrieben bei weitem überlegen sind.

Es wurde gefunden, daß für die Ermittlung des Sonnenstandes sich eine oder mehrere Fotozellen am besten eignen, wobei ein Regler die höchste Intensität ermittelt und danach den Kollektor nachführt. Es wurde gefunden, daß für die vertikale Nachführung ein Winkel von maximal 90° zu realisieren ist, während für die horizontale Nachführung ein Winkel von 260° für den 51. Breitengrad, in nördlicheren Breiten bis 360° am längsten Tag des Jahres auf der Nordhalbkugel der Erde am 21. Juni, verwirklicht werden muß. Hierfür eignen sich am besten hydraulische Stellmotore, die von einer Hydraulikpumpe energetisch versorgt werden.

Für die vertikale Nachführung dient ein Stellmotor (Position 2 in Abb. 1), der den Kollektor (Position 1) von der waagerechten Lage um 90° bis in die senkrechte nachführen kann. Um die Kollektoranlage vor zu hohen Windkräften zu schützen, ist noch ein Windmesser integriert, der vorrangig vor der Sonnenstandsmessung bei einer Windstärke von z. B. 6 diesen Stellmotor so beeinflußt, daß die Anlage in die waagerecht Stellung und erst nach dem Nachlassen des Windes wieder in die der Sonne zugewandten Position verfahren wird.

Um die horizontale Nachführung zu ermöglichen ist, auf der feststehenden Welle (Position 3) eine drehbare, gelagerte Hohlwelle (Position 4) angebracht, die festverbunden mit einem Ritzel (Position 5) über die Zahnstange 6 gedreht werden kann. Für die Bewegung sorgt ein zweiter Steilmotor (Position 7), der auf einer feststehenden Montageplatte 8 angelenkt ist. Die linear vom Stellmotor bewegte Zahnstange treibt das auf der zentralen Achse (Hohlwelle, Position 4) befestigte Zahnrad, so daß eine wie oben geforderte Nachführung um bis zu 360° möglich ist. Statt eines Zahnstangenantriebes ist auch ein Kurbelantrieb möglich, der über einen oder mehrere hydraulische Stellmotoren bewegt wird.

Claims

1. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Nachführung für die nur kleine präzise Bewegungen, aber häufig, auch abhängig von der Windbelastung, große Kräfte zu übertragen sind, hydraulische Antriebe verwendet werden.

2. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß für die horizontale Nachführung ein Winkel von 90° realisiert wird, während für die vertikale Nachführung ein Winkel um bis zu 360° verwirklicht werden kann.

3. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmotor den Kollektor von der waagerechten um 90° bis in die senkrechte Lage nachführen kann.

4. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoranlage vor zu hohen Windkräften dadurch geschützt wird, daß sie bei einer Windstärke von z. B. 6 von dem Stellmotor gemäß Anspruch 3 in die waagerechte Stellung und erst nach dem Nachlassen des Windes wieder in die der Sonne zugewandten Position verfahren wird.

5. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Stellmotor für die horizontale Nachführung sorgt. Eine linear vom Stellmotor bewegte Zahnstange treibt ein auf der zentralen Achse des Kollektors befestigtes Zahnrad, so daß eine Nachführung um bis zu 360° möglich ist.

6. Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet, daß für die horizontale Nachführung statt eines Zahnstangenantriebes ein Kurbelantrieb gewählt wird.