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Die Erfindung betrifft eine Solaranlage
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Eine
derartige Solaranlage ist aus der
US
4 345 582 bekennt.
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In der Solartechnik sind neben fest
installierten Solaranlagen Systeme bekannt, mittels denen Photovoltaikmodule,
auch kurz als Solarmodule bezeichnet, oder Solarkollektoren ein-
oder zweiachsig der Sonne nachgeführt werden.
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Solarmodule bestehen aus einer Vielzahl von
zu einem Modul zusammengesetzten Solarzellen und dienen zur direkten
Erzeugung von Elektroenergie aus Sonnenenergie.
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Solarkollektoren, am verbreitetsten
die Flachkollektoren, dienen als Vorrichtung zur Umwandlung von
Sonnenenergie in Wärme.
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Eine Solaranlage zur Elektroenergieerzeugung
besteht aus einem fest montierten Photovoltaikgenerator, einem Stringwechselrichter
und einer Netzeinspeisung. Wird der Solargenerator von der Sonne
beschienen, liefert er Strom. Dieser wird dann über den Wechselrichter in das
vorhandene Stromnetz eingespeist. Die Tagesleistung einer fest installierten
Anlage, setzt sich vormittags und nachmittags aus der Globalstrah lung
und über
die Mittagszeit aus der Direktstrahlung zusammen, wobei die Einstrahlungsleistung
sich mit dem Einfallswinkel der Sonne zum Solarmodul ständig verändert.
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Um einen Energiemehrertrag gegenüber einer
fest installierten Solaranlage zu erzielen, werden in der Praxis
meist zweiachsig nachgeführte
Solaranlagen genutzt. Eine solche Solaranlage ist in der
DE 297 07 201 U1 beschrieben.
Durch eine dem Sonnenstand nachgeführte zylindrische Drehvorrichtung werden
die Solarmodule im Wesentlichen um eine vertikal zur Erdoberfläche angeordnete
Drehachse dem Sonnenlauf nachgeführt.
Neben der vertikalen Verstellung ist bei zweiachsigen Solaranlagen
eine Nachführung
der Solarmodule bezüglich
einer horizontalen Achse möglich.
Damit sind die Solarmodule der Solaranlage immer im Winkel von 90° zur Sonne ausgerichtet.
Die Tagesleistung dieser Solaranlage setzt sich bei Sonnenaufgang
zirka 30 Minuten (Zeit für
den Rücklauf)
aus der Globalstrahlung und für den
Rest des Tages aus der Direkteinstrahlung der Sonne zusammen.
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Zur Durchführung der Drehbewegung muss für eine beschriebene
Solaranlage von beispielsweise 50 Solarmodulen à 85 Wp = 4.250 Wp nur ein
Tagesenergieverbrauch des Antriebes dieser Anlage von 3 bis 6 Wh
angesetzt werden.
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Nachweismessungen und Ertragsberechnungen
zeigen, dass sich der Ertrag einer nachgeführten zweiachsigen Solaranlage
um zirka 30 % erhöht.
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Die Nachteile der dem Sonnenstand
nachgeführten
Anlagen bestehen jedoch darin, dass sie relativ teuer sind, da sie über eine
Steuereinrichtung zur Nachführung
der Solarmodule sowie über
Motoren und Getriebe verfügen
müssen.
Der erhöhte
Energieertrag und der damit verbundene finanzielle Vorteil wird
jedoch durch die erhöhten
Mehrkosten der Anlage aufgehoben, so dass nachgeführte Solaranlage
auf dem wachsenden Solarmarkt bisher kaum Marktanteile erringen
konnten.
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Bei größeren zu installierenden Leistungen ist
eine Installation von mehreren Solareinheiten zu einer Solaranlage
notwendig, wobei jede der Solaranlagen mit dem notwendigen Equipment
für die Sonnenstand-Nachführung ausgerüstet ist.
Hohe Investitions- und
Wartungskosten sind die Folge.
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Aus der eingangs genannten
US 4345582 ist eine Solaranlage
mit mehreren Solareinheiten bekannt. Die Solareinheiten sind auf
drehbar gelagerten Tragkonstruktionen angeordnet, so dass diese
einem Sonnenlauf nachführbar
sind. Hierbei ist eine zentrale Antriebsstation vorgesehen, über die
alle Solareinheiten der Solaranlage gleichzeitig nachführbar sind.
Die Antriebseinheit ist hierbei mit allen Solareinheiten über ein
gemeinsames mechanisches Übertragungsmittel
verbunden. Hierdurch ergibt sich eine sehr aufwändige Konstruktion, die eine
flexible Erweiterung der Solaranlage nicht gestattet.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
eine kostengünstige,
technisch einfach zu realisierende, wartungsarme Nachführungseinrichtung
für eine
Solaranlage zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Solaranlage mit
den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Dadurch, dass die Tragkonstruktionen
von jeweils zwei der Solareinheiten mittels mindestens eines mechanischen Übertragungsmittels
zur Übertragung
einer Stellbewegung zwischen diesen beiden Solareinheiten gekoppelt
sind, entfallen vorteilhafterweise die mehrfach notwendigen Getriebe,
Motoren und Steuergeräte,
die bei einer ungekoppelten Einzelaufstellung für jede Solareinheit separat
benötigt werden.
Die spezifischen Investitionskosten sinken.
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Erfindungsgemäß erfolgen die Kopplung und Übertragung
der Stellbewegung mittels mindestens eines mechanischen Übertragungsmittels
durch an den Tragkonstruktionen der Solareinheiten angebrachte Tragegestelle.
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Eine Solaranlage, die beispielsweise
aus 50 Solareinheiten mit ihren zugehörigen Tragkonstruktionen mit
jeweils 8 m2 Solarmodulen und/oder Solarkollektoren,
also beispielsweise insgesamt 400 m2 Solarmodul-
oder Solarkollektorfläche,
bestehen kann, benötigt
durch die mögliche
Kopplung und Übertragung
der Stellbewegung durch das mechanische Übertragungsmittel nur einen
Motor, ein Getriebe und ein Steuergerät mit Steuereinheit.
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Ferner ist vorteilhaft, dass durch
die Reduzierung der notwendigen technischen Ausrüstung an den gekoppelten jeweiligen
Solareinheiten die Solareinheiten wesentlich einfacher ausführbar sind,
wodurch ebenfalls eine erhebliche Kostensenkung erreicht wird. Insgesamt
führen
die deutlich geringeren Investitionskosten dieser mechanisch gekoppelten nachgeführ ten Solaranlagen
beispielsweise bei Photovoltaik-Anlagen
zu geringeren Solar-Stromgestehungskosten.
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Die Rentabilität der Solaranlage wird dadurch
deutlich erhöht,
da zusätzlich
der spezifische Wartungsaufwand wesentlich reduziert wird.
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Ferner sind mit diesem System bereits
installierte Anlagen durch einfaches Ankoppeln weiterer Solareinheiten
beliebig erweiterbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in
einem Ausführungsbeispiel
anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Solaranlage, bestehend aus zwei Solareinheiten
in Westausrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung (Draufsicht) eines Übertragungsmittels von zwei
Solareinheiten in einer Ausgangsposition, beispielsweise Südausrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung (Draufsicht) des Übertragungsmittels von zwei
Solareinheiten nach Drehung von Südrichtung auf Ostrichtung;
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4 eine
schematische Darstellung (Draufsicht) eines Übertragungsmittels von zwei
Solareinheiten nach Drehung von Südrichtung auf Westrichtung;
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5 eine
schematische Darstellung (Draufsicht) von zwei horizontal zueinander
angeordneten Übertragungsmitteln
von zwei Solareinheiten und einem dazu vertikal angeordneten Übertragungsmittel einer
weiteren Solareinheit;
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6 eine
schematische Darstellung (Draufsicht) einer möglichen Aufstellungsform einer
Solaranlage;
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7 eine
schematische Darstellung eines Führungselementes;
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8 eine
schematische Darstellung eines Justier- und Lagerelementes und
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9 eine
schematische Darstellung einer Höhenanpassung
der Solaranlage.
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1 zeigt
eine gekoppelte Solaranlage, bestehend aus den Solareinheiten 1026 und 1027 .
Die Solaranlage ist in 1 nach
Westen ausgerichtet. Die Solareinheiten 1026 und 1027 sind in ihrem Aufbau identisch, so
dass die nachfolgende Beschreibung anhand der Solareinheit 1026 erfolgt. Die Solareinheit 1026 besteht aus einem Befestigungsmittel 12,
mittels dem die Solareinheit 1026 auf
einem festen Untergrund befestigt ist. Dabei ist das Befestigungsmittel 12 beispielsweise
in ein Betonfundament einbetoniert oder ist beispielsweise direkt
auf einer korrespondierenden Unterkonstruktion anbringbar. Auf dem Befestigungsmittel 12 ist
eine Tragkonstruktion 14 drehbeweglich gelagert. Die drehbeweglich
gelagerte Tragkonstruktion 14 ist mittels eines Gleitlagers 28 am
Befestigungsmittel 12 reibungsarm geführt, wobei das Gleitlager 28 gleichzeitig
zur vertikalen Ausrichtung der Tragkonstruktion 14 dient.
Ein auf der Kopfseite des Befestigungsmittels 12 aufgesetztes Justier-
und Lagerelement 30 trägt
die Tragkonstruktion 14 und ermöglicht deren Drehbewegung vertikal um
das Befestigungsmittel 12. Das Justier- und Lagerelement 30 dient
gleichzeitig zur Justierung und Lagerung der Tragkonstruktion 19.
Es ist in seiner Höhe
variabel gestaltbar.
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Die Tragkonstruktion 14 weist
weiterhin eine Verstelleinrichtung 26 auf, mittels der
Solarmodule und/oder Solarkollektoren 16 verstellbar sind. Über die
Verstelleinrichtung 26 ist eine Anpassung eines Neigungswinkels 34 der
Solarmodule und/oder Solarkollektoren 16 manuell oder automatisch
durch eine von einem Stellmittel ausgeführte Verstellung durchführbar. Bei
automatischer Verstellung ist gewährleistet, dass stets ein Sonneneinfallswinkel
von 90° auf
die Solarmodule und/oder Solarkollektoren 16 eingestellt
ist. Bei manueller Ausführung
der Verstelleinrichtung 26 erfolgt eine saisonale Einstellung des
günstigsten
Neigungswinkels der Solarmodule und/oder Solarkollektoren 16 nach
der Jahreszeit.
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Die Solareinheit 1026 weist
ferner ein Übertragungsmittel 32 auf,
welches im Wesentlichen rechtwinklig zu der Tragkonstruktion 14 angeordnet ist. 1 zeigt das Übertragungsmittel 32,
bestehend aus einem Tragegestell 22, welches aus Tragarmen 18 und
jedem Tragarm zugehörigen
Führungselementen 20 besteht,
und einem Verbindungselement 24. Das Tragegestell 22 weist
im aus führungsbeispiel
vier Tragarme 18A, 18B, 18C und 18D auf,
die jeweils um 90° versetzt
ausführbar
sind. Die beschriebene Anordnung von vier Tragarmen stellt lediglich
eine bevorzugte Ausführungsform
dar. Es sind zudem Ausführungsformen
mit Tragegestellen 22 denkbar, die keine Tragarme 18A–D aufweisen. So
können
beispielsweise alle denkbaren Elemente, mittels denen Verbindungselemente 24 tragbar
sind, als Ersatz für
die Tragegestelle 22 direkt der Tragkonstruktion 14 befestigt
sein.
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Jeder Tragarm 18A, 18B, 18C und 18D weist das
Führungselement 20 auf,
wobei das Führungselement 20 zur
Führung
des Verbindungselementes 24 Führungsnuten 36 aufweist.
Die Führungsnuten 36 sind
in 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Die Darstellung und Beschreibung erfolgt in 7. Das Verbindungselement 24 ist
insbesondere ein Seil, wobei zwei Solareinheiten 1026 , 1027 aus Gründen der gleichmäßigen Krafteinwirkung
auf die Tragkonstruktion 14 bevorzugt mit zwei Seilen 24A und 24B ausgeführt sind.
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Dabei sind weitere Ausführungsformen
von Verbindungselementen 24 denkbar. So ist ferner eine Ausführung mittels
Riemen, mittels Ketten oder mittels gliedriger Gestänge ausführbar.
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Jedes Verbindungselement 24 ist – wie erwähnt – an einem
vorbestimmten Führungselement 20 der
Tragarme 18A oder 18B oder 18C oder 18D befestigt.
Ein Tragarm 18 ist in 7 dargestellt. 7 zeigt die Führungsnuten 36 des
Verbindungselementes 24, die in den Führungselementen 20 angeordnet
sind. Jedes Verbindungselement 24 hat einen Anschlagpunkt
an der Solareinheit 1026 und der Solareinheit 1027 an dem zu den Tragarmen 18A oder 18B oder 18C oder 18D der
jeweiligen Solareinheit zugehörigen
Führungselement 20.
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Ein in 1 nicht
näher dargestelltes
Stellmittel 38 ermöglicht
eine beidseitige Drehung um eine vertikale Achse der Tragkonstruktion 14 bis
zu 360°.
Ferner ist eine manuelle Stellbewegung der Tragkonstruktion 14 ausführbar.
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Als Stellmittel 38 ist insbesondere
ein Motor anord- bar, auf dessen Darstellung in 1 verzichtet wurde, da er bezüglich der
Erfindung nicht relevant ist.
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2 zeigt
das Übertragungsmittel 32 der zwei
Solareinheiten 1026 und 1027 . Dabei ist in 2 eine mögliche Ausgangsposition dargestellt,
bei der die Solareinheiten 1026 und 1027 beziehungsweise die installierten
Solarmodule nach Süden ausgerichtet
sind. 2 zeigt die Anordnung
der Tragarme 18A, 18B, 18C und 18D der
Solareinheiten 1026 und 1027 sowie das Verbindungselement 24A und
das Verbindungselement 24B, insbesondere in einer Seilausführung.
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Es ist ersichtlich, dass das Verbindungselement 24B an
den Führungselementen 20 des
Tragarmes 18C der Solareinheit 1026 und 1027 angeschlagen ist.
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Analog zu den Ausführungen
zum Verbindungselement 24B zeigt 2 das Verbindungselement 24A,
welches einerseits an der Solareinheit 1026 am
Führungselement 20 des
Tragarmes 18A und andererseits an der Solareinheit 1027 am Führungselement 20 des
Tragarmes 18A angeschlagen ist.
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2 zeigt
ferner vervollständigend
das Befestigungsmittel 12 und die drehbeweglich gelagerte Trag
konstruktion 14, von der die Tragarme 18A–D, abgehend
für beide
Solareinheiten 1026 , 1027 , dargestellt sind.
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3 zeigt
ebenfalls die Solareinheiten 1026 und 1027 , die durch die Verbindungselemente 24A und 24B miteinander
gekoppelt sind. In 3 sind
jedoch die Übertragungsmittel 32 in
Drehrichtung 40 (Ostrichtung) verlagert.
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Aus 3 wird
im Unterschied zu 2 die Funk
tionsweise deutlich. Die jeweiligen Tragarme 18A, 18B, 18C und 18D der
Solareinheit 1026 sind um 90° in Drehrichtung 40 verlagert.
Analog dazu verlagern sich die Tragarme der Solareinheit 1027 des Übertragungsmittels 32 entsprechend.
Alle Zwischenstellungen sind möglich.
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Vervollständigend ist in 3 in der Solareinheit 1027 beispielhaft
ein Tragegestell 22, bestehend aus einem Tragarm 18A mit
dem zugehörigen Führungselement 20,
dargestellt. Das Befestigungsmittel 12 und die Tragkonstruktion 14 ergänzen 3.
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4 zeigt
entsprechend 3 eine
Stellbewegung in Drehrichtung 40 (Westrichtung) der Solareinheiten 1026 und 1027 anhand
der Übertragungsmittel 32.
Durch 4 wird deutlich,
dass analog zu 3 das
Verbindungselement 24A der Solareinheit 1026 um
90° verlagert
ist. Analog zur Solareinheit 1026 erfolgt
die 90°-Drehung
der Solareinheit 1027 in Drehrichtung 40 (Westrichtung)
und die Verlagerung des Verbindungselementes 24B.
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Die in 4 dargestellte
Drehrichtung 40 nach Westen entspricht der 1.
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Die Verbindungselemente 24A und 24B sind durch
die Führung
an den Führungselementen 20 der Tragarme 18A, 18B, 18C, 18D gesichert.
Vervollständigend
sind das Befestigungsmittel 12 und die Tragkonstruktion 14 dargestellt.
Der Tragarm 18B mit dem Führungselement 20 bildet
ein Tragegestell 22.
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5 zeigt
ferner in einer Draufsicht eine vertikale Erweiterung, ausgehend
von der Ausgangsposition der in 2 beschriebenen
Solareinheiten 1026 und 1027 . Die Darstellung erfolgt wiederum
anhand der Übertragungsmittel 32.
Der Solareinheit 1026 ist hier
eine weitere Solareinheit 1016 in
vertikaler Richtung hinzugefügt.
In dieser Art und Weise ist eine Erweiterung beziehungsweise Reduzierung
von Solareinheiten einer Solaranlage möglich.
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Es ist ersichtlich, dass entsprechend
den bisherigen Erläuterungen
die Solareinheiten 1026 und 1016 mittels den Verbindungselementen 24C und 24D verbunden
sind.
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5 verdeutlicht,
dass zwischen den Tragarmen 18A und 18B und den
zugehörigen
Führungselementen 20 der
Solareinheit 1026 bereits vier
Teilbereiche der Verbindungselemente 24A, 24B, 24C und 24D in
den Führungsnuten 36 der
jeweiligen Führungselemente 20 geführt sind.
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In 5 weist
die Solareinheit 1026 noch zwei
Freiheitsgrade auf. Unter der Voraussetzung der Anordnung von zwei
weiteren Solareinheiten an den Freiheitsgraden ist unter Berücksichtigung
der gleichartigen Anordnung von zwei Verbindungselementen 24 je
Solareinheit 10xx nach weiterer
konsequenter Überlegung
zwingend, dass zwischen den Tragarmen 18A/18B und 18B/18C sowie 18C/18D und 18A/18D der
Solareinheit 1026 jeweils vier
Teilbereiche der Verbindungselemente 24 von den zu den Tragarmen 18A–D zugehörigen Führungselementen 20 getragen
werden.
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Die Führung der Verbindungselemente 24 erfolgt
in den Führungsnuten 36 der
Führungselemente 20.
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Die Teilbereiche zwischen den Tragarmen 18A/18B und 18B/18C sowie 18C/18D und 18A/18D werden
bei Anordnung von fünf
Solareinheiten, wobei die Solareinheit 1026 in 5 zentral angeordnet ist,
von acht Verbindungselementen 24 gebildet.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer möglichen Aufstellungsform einer
Solaranlage, bestehend aus einer Anzahl von Solareinheiten 10xx . Hierbei ist aus Übersichtlichkeitsgründen die
Darstellung der Befestigungsmittel 12 mit der zugehörigen Tragkonstruktion 14 und
den Tragarmen 18 schematisch dargestellt. Dargestellt ist
ferner die Ankopplung eines Stellmittels 38 an eine bevorzugte
Solareinheit 1016 . Alle anderen
Anordnungen der Solareinheiten 10xx und
des Stellmittels 38 sind denkbar.
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Die Aufstellungsform der Solaranlage
in 6 besteht aus sechsunddreißig Solareinheiten, wobei
ein wesentlicher Vorteil dieser Aufstellung darin besteht, dass
ausgehend vom Stellmittel 38 in alle Richtungen maximal
fünf Übertragungsschritte
notwendig sind. Diese Aufstellungsform ist für eine gleichmäßige Kräfteverteilung
innerhalb einer Solaranlage besonders vorteilhaft.
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Zwei Beispiele verdeutlichen diese
Aussage. So sind die Solareinheiten 101
6 und 1046 über fünf Übertra gungsschritte über die
Solareinheiten 1026 , 10334 , 1040 und 1044 miteinander gekoppelt.
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Als zweites Beispiel ist mit fünf Übertragungsschritten
eine Kopplung zwischen Solareinheit 1016 und
Solareinheit 104
2 über die
Solareinheiten 102
6 , 1034 , 1040 und 1041 realisiert.
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7 zeigt
das bereits erwähnte
Führungselement 20,
welches an den Tragarmen 18 befestigt ist. Das Führungselement 20 weist
die Führungsnuten 36 auf.
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Aus der Beschreibung der 5 ist entnehmbar, dass eine
sternförmige
Anordnung und Ankopplung von fünf
Solareinheiten mittels acht Verbindungselementen 24 erreicht
ist. Damit sind zur Führung
von acht Verbindungselementen 24 acht Führungsnuten 36 notwendig.
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Die Ausführung der Führungsnuten 36 gewährleistet
gleichzeitig die Zentrierung der Verbindungselemente 24. 7 zeigt beispielhaft zwei
ausgeführte
Verbindungselemente 24 in den Führungsnuten 36.
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8 zeigt
eine mögliche
Bauform des bereits erwähnten
Justier- und Lagerelementes 30, welches als austauschbares
Element im Kopf des Befestigungsmittels 12 angeordnet ist.
Durch die variable Gestaltung, insbesondere der Bauhöhe des Justier- und
Lagerelementes 30, ist es möglich, die in 8 dargestellte Tragkonstruktion 14 in
ihrer Höhe
zu justieren. Die Maßnahme
der Austauschbarkeit der Justier- und Lagerelemente 30 dient
vor allen Dingen dem Ausgleich von Toleranzen aus der Montage der Befestigungsmittel 12 und
der Tragkonstruktionen 14.
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Eine reibungsfreie Übertragung
der Drehbewegungen und somit realisierte gleichzeitige Nachführung zwischen
den Solareinheiten 10xx ist insbesondere
unter der Voraussetzung einer exakten, nahezu toleranzfreien Ausrichtung
aller Solareinheiten 10xx gegeben.
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Die möglichst reibungsfreie Übertragung
ist im Ausführungsbeispiel
durch eine Buchse 44 realisiert. Die Buchse 44 ist,
um gleichzeitig die Justierung zu gewährleisten, in einer U-Form
ausgeführt, wodurch
seitliche Führungen
entstehen. Die Buchse ist insbesondere aus einem reibungsarmen Kunststoff
ausgeführt.
Andere Lösungen
und Materialien sind denkbar.
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9 zeigt
eine mögliche
Höhenanpassung der
Solaranlage an geneigte und ungleichmäßige Geländeoberflächen. Die Anpassung wird durch
unterschiedliche Längen
der Befestigungsmittel 12 oder durch Umlenkrollen 42 erreicht.
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Die erste Möglichkeit der Höhenanpassung mittels
Höhenanpassung
der Befestigungsmittel 12 ist in 9 zwischen den Solareinheiten 1026 , 1034 und 1040 dargestellt.
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Die zweite Möglichkeit der Höhenanpassung mit
mindestens einer Umlenkrolle 42 zur Umlenkung der Verbindungselemente 24 ist
unter Verwendung von zwei Umlenkrollen 42 zwischen den
Solareinheiten 1040 und 1044 dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel ist bezüglich der
angegebenen Drehrichtungen 40 keine explizite Beschreibung
der Nordrichtung enthalten. Durch vollständige Drehbarkeit der Solareinheiten 10xx um ihre vertikale Achse ist eine
Installation auf der Nordhalbkugel und Südhalbkugel möglich.
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- 10xx
- Solareinheit
- 12
- Befestigungsmittel
- 14
- Tragkonstruktion
- 16
- Solarkollektor/Solarmodule
- 18A–D
- Tragarme
- 20
- Führungselemente
- 22
- Tragegestell
- 24A–D
- Verbindungselement
- 26
- Verstelleinrichtung
- 28
- Gleitlager
- 30
- Justier-
und Lagerelement
- 32
- Übertragungsmittel
- 34
- Neigungswinkel
- 36
- Führungsnuten
- 38
- Stellmittel
- 40
- Drehrichtung
- 42
- Umlenkrolle
- 44
- Buchse