DE10144601B4

DE10144601B4 - Zweiachsig nachführbare Solaranlage mit einer parallel zur Erdachse ausrichtbaren Achse.

Info

Publication number: DE10144601B4
Application number: DE10144601A
Authority: DE
Inventors: Herbert Berger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10144601A1

Abstract

Zweiachsig nachführbare Solaranlage mit mindestens einem Solarmodul
– mit einer ersten Achse, die parallel zur Erdachse ausrichtbar ist, zur Tagesrotation des Solarmoduls von 360° in 24 Stunden und
– mit einer mechanisch untersetzten Ableitung, die eine Auslenkung des Moduls gegenüber der ersten Achse entsprechend dem jahreszeitlichen Sonnenstand bewirkt,
– sodass das Solarmodul abseits der Tag- und Nachtgleiche eine kegelartige Nachführbewegung ausführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweiachsig nachführbare Solaranlage. Aus der DE 27 40 431 A1 ist eine zweiachsig nachführbare Solaranlage bekannt. Bei dieser ist ein Solarkollektor auf einem aus einem ebenen Rahmen bestehenden Träger um eine festgelegte, schräg zur Vertikalen verlaufenden Achse verschwenkbar angeordnet und mittels einer Antriebsvorrichtung zur Ausrichtung auf die Sonne bewegbar. Die Steuerung der Antriebsrotation erfolgt entweder uhrzeitabhängig oder durch eine Steuereinrichtung, die Signale eines Steuersignalgebers berücksichtigt. Abends oder nachts wird der Solarkollektor automatisch in seine Morgenstellung zurück gestellt. Mittels einer Rastschiene kann der Solarkollektor um einen Winkel aus der Ebene des Rahmens verschwenkt werden, wodurch sich die Winkelstellung der Fläche des Solarkollektors zur Horizontalen in seiner Nord-Süd-Ausrichtung an die jahreszeitlich unterschiedliche Höhe der Sonnenbahn nachstellen läßt. Die Nachstellung erfolgt manuell.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Solaranlage anzugeben, die gegenüber dieser bekannten zweiachsigen nachführbaren Solaranlage eine effektivere Nachführung erzielt und hinsichtlich des geografischen Aufstellungsortes flexibler ist.

Diese Aufgabe wird durch die Solaranlage nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dabei bringt der Bezug der Rotationsachse der Tagesrotation auf die Erdachse mit jahreszeitlicher Auslenkung (maximal ±23,5°) eine Reihe von Vereinfachungen.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Solaranlage mit Blickrichung Nord.
2, 2a, 2b zeigen mit Blickrichtung Westen zu 3 verschiedenen Tageszeiten die Ansicht einer Installation auf 56° nördlicher Breite, in der ersten Maiwoche entsprechend teilausgelenkt.
3 stellt die kreiskegelartige Tagesrotation für die erste Maiwoche am Nordpol dar. Für das Auge bleibt dort die Sonne 24 Sunden lang gleich hoch über dem Horizont, wegen der minimalen täglichen Veränderung in der Höhe der zenitalen Sonnenspur zwischen den Wendekreisen. Die Blickrichtung um 18 Uhr in 3 ist um 90° versetzt. Die kleinen Dreiecke bzw. Kreise auf den Modulen zeigen in Richtung Sonne.
4 zeigt mit Blickrichtung Westen zu 3 verschiedenen Tageszeiten die Ansicht einer Installation am Äquator, in der ersten Maiwoche entsprechend teilausgelenkt.
5 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Motor-, Untersetzer- und Steuereinheit.
6 zeigt eine Draufsicht einer Motor-, Untersetzer- und Steuereinheit in der ersten Maiwoche mittags.
7 zeigt jeweils für 12 Uhr die Stellung der Pleuel-Steuerauslenkung im Jahresverlauf. Für diese Darstellungszwecke sind die Pleuel proportional verkürzt.
7a: 20. März, Tag- und Nachtgleiche. Am Äquator steht die Sonne im Zenit: daher keine Auslenkung.
7b: Erste Maiwoche.
7c: 21. Juni, Sonnenhöchststand für die Nordhalbkugel, Auslenkung der Module +23,5°.
7d: Erste Augustwoche.
7e: 22. September, Tag- und Nachtgleiche.
7f: Erste Novemberwoche.
7g: 21. Dezember, Sonnentiefststand, Auslenkung der Module –23,5°.
8 zeigt die Tagesrotation in 6-Stunden Abständen in der ersten Februarwoche.
8a: 12 Uhr
8b: 18 Uhr
8c: 24 Uhr
8d: 06 Uhr.
Ein doppelflügig angeordneter, mit einer Welle (B2 in 1 und 2) verbundener Solar-Modul-Träger (B in 1 und 2) bewegt sich, dem Sonnenlauf folgend, mittig mittels eines Taumellagers (B1 in 1 und 2) am oberen Querholm in einem trapezförmigen, stabilen, aufrecht feststehenden Rahmen (A in 1 und 2), der mit seiner umschriebenen Fläche nach N-S ausgerichtet ist.
Zur Tag- und Nachtgleiche rotiert der Modul-Träger (B in 1 und 2) um seine Symmetrie-Hochachse (B2 in 1 und 2) 360° in 24 Stunden, die zu diesem Zeitpunkt einer Neigung α (90° minus geogr. Breite der Installation) in der vertikalen Ebene entspricht. Diese Rotation bewirkt ein Schrittmotor (etwa 1° alle 4 Minuten oder 2° alle 8', das Rohr drehend bei feststehendem Ritzel (Dal in 2 und 5)).
Eine vom System wieder aufgeladene Pufferbatterie mit einer einfachen elektronischen Schaltung liefert die notwendigen, vergleichsweise geringen Strommengen, um bei zu geringer Eigenproduktion der Photovoltaik-Solaranlage und nachts die Bewegung des Systems fortzuführen, sodass die Ausrichtung der Module bei Sonnenaufgang oder ausreichender Sonnenstrahlung etwa stimmt.
Diese Rotation der Symmetrie-Hochachse (B2 in 1) wird durch die von der 365,25 zu 1 untersetzten Tagesrotation initierten Jahresnachführung modifiziert, sodass, je näher zum Zeitpunkt des Sonnenhöchst- bzw. Tiefststandes, eine doppelkegelige Rotation (±23,5° max. im Scheitel) entsteht. Die parallel zur Erdachse liegende Achse Motormitte (Da1 in 2) zu Taumellager (B1 in 2) bildet generell die Achse der Tagesrotation des Modul-Trägers samt Untersetzer (D1 in 2, 5 und 6) und Pleuelsteueranlage (D2-D4 in 2, 5 und 6) und den Installations-Einstellwinkel α zur Vertikalen durch das Taumellager (B1 in 2).
Mit der so erzeugten Untersetzung, eine Umdrehung pro Jahr des "Jahresrades" (D2 in 5 und 6), wird mechanisch über eine gelenkige, ketten- oder zahnriemenunterstützte Pleueleinrichtung (D2a, D3, D4 in 5 kund 6) die notwendige Linearbewegung zur Nachführung des Solar-Modul-Trägers (B in 1 und 2) an die ±23,5°, von der Tag- und Nachtgleiche aus gesehen, jahreszeitliche Änderung des Sonnenstandes erreicht.
Um die Installation an eine beliebige geografische Breite anzupassen, wird alles zusammen (außer dem aufrecht feststehenden, mit seiner umschriebenen Fläche nach N-S ausgerichteten trapezförmigen Rahmen (A in 1)) mittels des robusten Viertelkreisbogens (C in 2), an dessen Ende der Rohrmotor (D in 2), der Untersetzer (D1 in 2) und die Pleuelsteuerung (D2a, D3, D4 in 2 und 5) liegen, um den oberen Querholm des Rahmens (A in 1) im Sinne einer vertikalen Ebene so geneigt und dann befestigt (C1 in 2), daß der Winkel 90° minus geografischer Breite dem Winkel α entspricht. Die zu installierende geografische Breite ist auf dem Viertelkreisbogen (C in 2) markiert.
Auf der Südhalbkugel rotiert der Rohrmotor (D in 2 und 5) in Gegenrichtung, sitzt mit der Untersetzer- und Steuereinheit am nördlichen Ende des Viertelkreisbogens (C in 2) und die Justierscheibe (D2c in 5 und 6) und Zeitmarkierung Da2 liegen spiegelverkehrt.
Eine einfache Justierung des Systems auf Datum und Uhrzeit erreicht man einerseits durch Drücken des gefederten Untersetzers (D1 in 5 und 6), was den Kraftweg entkoppelt und die Einstellung mittels der Justierscheibe (D2c in 5 und 6) und Drehen des "Jahresrades" (D2 in 5 und 6) erlaubt, andererseits durch Drehen des Rohres am Motor (D) mit der darauf aufgebrachten Zeitmarkierung (Da2 in 5 und 6) in Referenz zum Zeiger unter dem Ritzel (Da1).

Claims

Zweiachsig nachführbare Solaranlage mit mindestens einem Solarmodul – mit einer ersten Achse, die parallel zur Erdachse ausrichtbar ist, zur Tagesrotation des Solarmoduls von 360° in 24 Stunden und – mit einer mechanisch untersetzten Ableitung, die eine Auslenkung des Moduls gegenüber der ersten Achse entsprechend dem jahreszeitlichen Sonnenstand bewirkt, – sodass das Solarmodul abseits der Tag- und Nachtgleiche eine kegelartige Nachführbewegung ausführt.
Zweiachsig nachführbare Solaranlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch untersetzte Ableitung durch ein im Wesentlichen 365,25:1-Untersetzungsgetriebe gebildet wird, welches die lineare Jahresauslenkung bewirkt.
Zweiachsig nachführbare Solaranlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Jahresauslenkung durch ein gelenkiges Pleuelsystem bewirkt wird.