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Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Montierung wenigstens
eines Solarmoduls, mit einem etwa ebenen Halterahmen von viereckigem,
insbesondere rechteckigem oder quadratischen Umriß, dessen
Grundebene zur Erdachse, welche in gemäßigten Breitengraden gegenüber der örtlichen
Vertikalen um einen Winkel von weniger als 90° geneigt ist, annähernd parallel
ausgerichtet ist, und zur wenigstens einachsigen Nachführung desselben
nach dem Sonnenstand unter Verschwenken um eine zu der Erdachse
etwa parallele Schwenkachse, wobei der Halterahmen in wenigstens
einem Punkt an einer Aufständerung,
einem Sockel, Fundament od. dgl. dreh- oder schwenkbar gelagert
und an einem davon beabstandeten Bereich abgestützt oder gelagert ist.
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In
den folgenden Ausführungen
bezieht sich „südlich" und „nördlich" auf die nördliche
Erdhemisphäre;
bei einer Solaranlage auf der südlichen
Erdhemisphäre
wären diese
Begriffe zu vertauschen; „südlich" ist daher im folgenden
verallgemeinert als „äquatornah" oder „äquatorseitig" oder „dem Äquator zugewandt" aufzufassen und „nördlich" als „äquatorfern" oder „dem Äquator abgewandt" oder „polseitig". Die Begriffe „südlich" und „nördlich" sind jedoch anschaulicher
und sollen daher – mit
eben diesem verallgemeinerten Begriffsgehalt – verwendet werden.
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Die
Schrift WO 95/00806 A1 beschreibt eine Nachführung entsprechend dem Stundenwinkel
bzw. Tageslauf der Sonne. Eine Nachstellmöglichkeit entsprechend dem
monatlichen Sonnenhöchststand
ist nicht vorgesehen. Außerdem
ist hier die Drehachse nur einseitig gelagert mit dem Nachteil hoher
Hebelkräfte
am Lagerbock, bedingt durch die einseitige Belastung der auskragenden
Achse durch das Gewicht des Solarkollektors und an diesem angreifende Windkräfte.
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Zahlreiche
Montierungen verfügen über eine vertikale
und eine horizontale Drehachse, um welche die Modulflächen geneigt
und gedreht werden können.
Beispiele hierfür
sind die
DE 103 43
374 A1 oder die
FR
2 814 225 B1 . Mit einer solchen Anordnung kann man zwar
die Sonne das ganze Jahr über
verfolgen, doch muss das betreffende Gerät ständig um zwei Achsen nachgeführt werden,
so dass im Fall einer Automatisierung zwei Motoren erforderlich
sind.
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Die
US 4,245,153 A bietet
eine Justierung in zwei Achsen. Die dortige Vorrichtung ist für die äquatornahen
Gebiete im Süden
der U.S.A. konzipiert, wo ein beständiger Sonnenschein mit hoher
Regenarmut einhergeht. Für
die gemäßigten,
aber witterungsmäßig nicht
derart begünstigten
Breiten in Mitteleuropa ist diese Anlage jedoch nicht geeignet,
weil die Lagerungen überhaupt
nicht vor Wettereinflüssen, bspw.
Regen, geschützt
sind.
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Auch
die WO 87/00608 A1 zeigt eine Montierung für wenigstens ein Solarmodul,
welches um eine geneigte Achse schwenkbar ist. Auch hier sind jedoch
die Lagerungen der Witterung ausgesetzt und haben daher in unseren
Breitengraden keine hohe Lebenserwartung.
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Dasselbe
gilt für
die Anordnung gemäß der Schrift
US 2003/0070705 A1, welche überdies
keinen Halterahmen mit viereckigem Umriß betrifft, sondern dessen
Modultragfläche
einen sechseckigen Umriß hat.
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Aus
diesen Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, einen Halterahmen mit viereckigem Umriß zum Halten
von ebenfalls viereckigen Solarmodulen und zum Nachführen derselben
derart auszugestalten, dass er auch bei Verwendung in gemäßigten Breiten
eine ausreichende Lebenserwartung hat, so dass er wirtschaftlich
einsetzbar ist.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt dadurch, dass die im Bereich der Lagerung(en)
aneinander gleitenden und/oder abrollenden Flächen den Witterungseinflüssen so
weit als möglich
entzogen sind.
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Diese
Lagerflächen
werden dadurch vor Korrosion geschützt; außerdem wird ein dort verwendetes
Schmiermittel, bspw. Schmierfett, nicht vom Regen ausgewaschen,
sondern kann seine Aufgabe langfristig erfüllen. Dies ist einerseits für die grundsätzliche
Funktionsfähigkeit
der Lager wichtig; andererseits bleiben die Lager leichtgängig, so
dass die regelmäßige Verstellung
mit einem minimalen Energieaufwand verbunden ist und daher die aus
dem Sonnenlicht gewonnene, kostbare Energie nicht zu einem verhältnismäßig großen Teil
wieder für
die Nachführung
verbraucht wird.
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Dadurch
ist es unter energetischen Gesichtspunkten möglich und sinnvoll, die Flächennormale
fortlaufend auf die Sonne auszurichten, so dass die einfallende
Energie optimal genutzt wird. Hierbei sind kleine Winkelabweichungen
unschädlich,
da sie mit der Sinusfunktion korrelieren, die bei kleinen Winkeln
kleine Werte ergibt. Ferner ist die Intensität der Strahlung am Morgen und
am Abend gering, so dass man mit einem Schwenkbereich von 8.00 Uhr
bis 16.00 Uhr mit den dazukommenden abweichenden Einstrahlwinkeln
vorher und nachher auskommt, was einem Gesamtschwenkwinkel von gut
120 Grad entspricht.
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Um
dem Sonnenlauf exakt zu folgen, muss die Drehachse parallel zur
Erdachse liegen, und eine auf ihr montierte Absoberfläche wird
zum Frühlings- und
Herbstzeitpunkt, nämlich
wenn die Sonne auf ihrem Weg entlang der Ekliptik die Fläche der
Erdäquatorebene
durchschneidet, die maximale Einstrahlung erhalten. Entsprechend
der Neigung der Erdachse zur Erd-Jahresbahn-Ebene von +/– 23,5 Grad
müsste
die Absorberfläche
in den Monaten Oktober bis Februar an ihrer der Sonne abgewandten
Seite bis zu diesem Maximalwinkel von ihrer Drehachse angehoben
werden, während
sie in den Monaten April bis August ebenso zu- und abnehmend an
ihrer der Sonne zugewandten Seite bis zu diesem Winkel angehoben
bzw. zu diesem Winkel geschwenkt werden muss.
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Um
zu einer wirtschaftlichen Ausgestaltung zu kommen, ist außerdem zu
berücksichtigen,
dass die Energieausbeute im klimatischen Winter der jeweiligen Hemisphäre gering
ist, weil die Tage kurz sind, die Sonne tief steht und viel Energie
auf dem langen Weg durch die Atmosphäre ausgefiltert wird. Auch
sind Wolkendecken im Winter häufiger.
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Daher
kann im Interesse einer konstruktiven Vereinfachung evtl. auf eine
optimale Neigung zur Wintersonne verzichtet werden. Bei einer rein
dem Stundenwinkel folgenden einachsigen Variante kann sogar die
Drehachse flacher als die Erdachse gehalten werden, um besonders
von den langen Sommertagen zu profitieren. All diese damit in Kauf
genommenen Winkelabweichungen sind erheblich geringer als jene,
welche die Effizienz einer festen, nicht nachgeführten Aufstellung beeinträchtigen,
da die Differenz ja hier 60 Grad beträgt.
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Die
Stunden- oder Rektaszensionsachse ist etwa parallel zur Erdachse
ausgerichtet; bei einer einachsigen und damit vereinfachten Ausführung wird
zur Optimierung der Jahresausbeute eine Angleichung an den Sommersonnenstand
angestrebt, was einen zur Erdoberfläche flacheren Neigungswinkel
bedeutet.
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Entsprechend
den Vorbetrachtung zur Sinusfunktion kleiner Winkel wird die Nachführung nicht
kontinuierlich angestrebt, sondern in Intervallen, z.B. in Stundenschritten,
was jeweils 15 Grad entspricht, so dass nur sehr kurze Motorlaufzeiten nötig sind.
Nach Sonnenuntergang kann die Fläche während der
Nacht in die neutrale Mittagsstellung gebracht werden oder in eine
andere der Hauptwindrichtung entsprechend günstige Position, und am Morgen
kann sie der aufgehenden Sonne entgegengeschwenkt werden, um ihr
anschließend
durch den Tag zu folgen.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen, dass an einem Halterahmen ein etwa quadratisches Solarmodul
befestigt ist oder mehrere Solarmodule in einer Ebene nebeneinander,
derart, dass ihr äußerer Umriß einen
etwa quadratischen Verlauf hat. Dadurch ergibt sich eine ausgewogene
Gewichtsverteilung, so dass sich die Anordnung im Hinblick auf die
Nachführung
permanent in oder nahe einem indifferenten Gleichgewicht befindet.
Dadurch werden die Lager geschont, weil die dort herrschenden Kräfte minimiert sind.
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Wenn
ein Solarmodul mit einer rechtwinkligen, insbesondere nahezu quadratischen
Modulfläche
derart an der Halterung befestigt oder befestigbar ist, dass alle
Ränder
der Modulfläche
schräg
oder schief gegenüber
der Schwenkachse verlaufen, so läßt sich
durch versetzte Anordnung der Moduleinheiten benachbarter Reihen
eines Solarfeldes die gegenseitige Verschattung gering halten.
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Indem
wenigstens ein Solarmodul mit einer rechtwinkligen, insbesondere
nahezu quadratischen Modulfläche
derart an der Halterung befestigt oder befestigbar ist, dass die
kürzeste
Abstandslinie von einer Ecke einer Modulfläche zu der Schwenkachse die
Grundebene der Halterung bzw. des Solarmoduls etwa lotrecht durchsetzt,
so können
die Modulränder nicht
dem Boden zu nahe kommen oder ihn gar berühren, auch wenn – wie die
Erfindung weiter vorschlägt – die Höhe gegenüber dem
Erdboden minimal ist.
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Diesen
Erfindungsgedanken weiterhin verfolgend, sieht die Erfindung vor,
dass wenigstens ein Solarmodul mit einer rechtwinkligen, insbesondere nahezu
quadratischen Modultragefläche
derart an der Halterung befestigt oder befestigbar ist, dass jeweils
die Abstandslinien von zwei, einander diametral gegenüberliegenden
Ecken der Modultragefläche
zu der Schwenkachse die Grundebene der Halterung bzw. des Solarmoduls
jeweils etwa lotrecht durchsetzen. Dies bedeutet, die Schwenkachse
läuft solchenfalls
diagonal durch zwei einander gegenüberliegende Eckpunkte der Modultragefläche oder
zumindest parallel und in unmittelbarer Nähe zu einer solchen Diagonale.
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Weitere
Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass zwei an die Ecke mit
dem kürzesten
Abstand zu der Schwenkachse angrenzende Berandungslinien eines Solarmoduls
etwa symmetrisch zu einer Ebene verlaufen, die durch die Schwenkachse einerseits
sowie durch die Ecke mit dem kürzesten Abstand
zu dieser Schwenkachse definiert ist. Eine derart symmetrische Anordnung
erlaubt einen gleichmäßig optimalen
Schwenkwinkel am Morgen und am Abend, ohne dass dabei eine Berandungslinie
am Boden, Untergrund od. dgl. aufzusitzen droht.
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Besonders
bewährt
hat sich eine Lagerung der Schwenkachse, die als Kugelgelenk ausgebildet ist
mit einer Kugel einerseits und einer Kugelpfanne oder einem Kugelgehäuse andererseits.
Ein Kugelgelenk erlaubt eine zweidimensionale Verstellung; außerdem ist
ein Verklemmen wie bspw. bei nicht miteinander fluchtenden Schwenk-
und Lagerachsen eines Gleit- oder Kugellagers ausgeschlossen, weil ein
Kugelgelenk hier nachgiebig ist. Schließlich kann die Kugelpfanne
bzw. das Kugelgehäuse
derart eingebaut und verwendet werden, dass Niederschläge keinen
Zugang zu dem betreffenden Lager finden.
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Ein
statisches Gleichgewicht wird erzielt durch ein Lager- oder Gelenkelement
zur Abstützung des
Halterungsrahmens oder einer Modultragfläche in oder möglichst
nahe dem Flächenschwerpunkt, insbesondere
eine Kugel, die in einer Kugelpfanne ruht und ein Verschwenken des
Halterungsrahmens oder der Modultragfläche um zwei zueinander lotrechte
Achsen erlaubt. Ein Kugelkopf erlaubt auch eine schnelle Befestigung
oder einen schnellen Austausch und vermeidet eventuelle axiale Verkantungen.
Darüber
hinaus trägt
der Kugelkopf oder ersatzweise eine Halteklaue die Kollekorfläche annähernd im
Schwerpunkt, so dass ein bspw. kreisbogenförmiges Verstellhorn zur Verstellung
der Deklination am unteren, d.h. der Sonne zugeneigten Drehwellenende
und die Motorspindel im Wesentlichen nur noch anteilige Windlasten
und dergleichen Enflüsse
aufnehmen müssen.
Schließlich
wird ein Gelenk/Lager unterhalb des betreffenden Flächenschwerpunktes normalerweise
von einem Solarmodul überdeckt
und dadurch den Witterungseinflüssen
entzogen.
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Andererseits
ist es – insbesondere
auch im Hinblick auf die Materialkosten – auch möglich, dass wenigstens eine
Lagerung der Schwenkachse als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet ist mit
einer einsteckbaren Achse und einem verschraub- oder steckbaren Gehäuse oder Lagerring.
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Das
Spiel wenigstens eines Kugelgelenks und/oder Gleitlagers sollte
einstellbar sein. Die Erfindung berücksichtigt damit besonders
die Ungenauigkeiten, die bei einer Aufstellung in der freien Landschaft
auftreten. Es können
Materialtoleranzen, Montageungenauigkeiten, Setzungen und/oder witterungsbedingte
Defomierungen auftreten, die aufzufangen sind und nicht zu einer
Schwergängigkeit
führen
dürfen.
Diesem wird Rechnung getragen durch Lager, deren Spiel in den Kapseln
einstellbar ist bzw. durch in Pfannen oder Kapseln gelagerte Kugelköpfe, deren
Passung ebenfalls durch einfaches Verdrehen der Verschraubung regulierbar
ist. Gleichzeitig führt
diese Lösung
zu einer schnellen Montage und Demontage.
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Eine
besonders effektive Maßnahme
zum Schutz der Lagerungen vor Witterungseinflüssen besteht darin, dass ein
witterungsempfindliches Element wenigstens (jeweils) eines Lagers
in das höherliegende,
besser witterungsgeschützte
Bauteil verlagert ist. Dadurch wird erreicht, dass die witterungssensiblen
Lagerteile wie Gleitlagerringe, Wälzkörperbereiche eines Kugel- oder
Wälzlagers,
Kugelköpfe und
-pfannen und ihre Schmierdepots jeweils vor der Witterung optimal
geschützt
sind, so dass die Langlebigkeit erhöht und die Wartungsfreundlichkeit
verbessert wird.
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Diesem
Erfindungsgedanken entsprechend ist jeweils dasjenige Element wenigstens
(jeweils) eines Lagers in das höherliegende,
besser witterungsgeschützte
Bauteil verlagert, welches das andere (Kugel, Drehachse) umgreift
(Kugelpfanne, -gehäuse,
Gleitlager) umgreift. Dadurch finden Niederschläge keinen Zugang von oben in
das Innere eines Lagers, sondern werden von dem Gehäuse, Kapsel
od. dgl. um die sensiblen Lagerberührungsflächen herumgeleitet.
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Der
jeweils ortsfeste Teil eines Lagers sollte an wenigstens (je) einer
Stütze
angeordnet sein, die am oder im Boden verankerbar ist. Auf einer
etwa horizontalen oder nur mäßig geneigten
Fläche
ist es einem Solarmodul möglich,
weit nach Osten bzw. Westen verschwenkt zu werden entsprechend dem
Sonnenstand am Morgen oder am Abend, ohne dabei mit der betreffenden
Fläche
in Konflikt zu geraten.
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Zur
Aufständerung
auf dem Erdboden eignen sich besonders sogenannte Schraubfundamente oder
Bodendübel,
die im Erdreich ohne Aushub bzw. ohne Betonierung eines Fundaments
verankerbar sind und die Befestigung wenigstens je einer Stütze erlauben.
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Erfindungsgemäße Gestelle
eignen sich für eine
Verankerung im Boden mittels handelsüblicher Bodenschraubanker oder
Bodendübel,
die eine justierbare und rückbaubare
Verbindung mit dem Boden ergeben. Dabei verwendet die Erfindung
eine Gründung
mit sogenannten Schraubfundamenten, die je nach Untergrund in unterschiedlichen
Längen
in den Boden eingedreht werden, und die mit einer Art Köcher die
Stützen
aufnehmen und eine Höhenjustierung,
die im Gelände
unabdingbar ist, erlauben. Diese Schraubfundamente bilden keine
Bodenaltlasten, denn sei können
durch Herausschrauben rückgebaut und
wiederverwendet werden.
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Besondere
Vorteile ergeben sich dadurch, dass wenigstens eine Stütze zur
Aufständerung
auf dem Erdboden teleskopartig ein- bzw. verstellbar ist. Damit
kann die Neigung der Schwenkachse gegenüber der Horizontalen bzw. Vertikalen
eingestellt werden, bspw. auf einen entsprechend des betreffenden Breitengrades
optimierten Mittelwert.
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Eine
Verstellmöglichkeit
des Halterungsrahmens und/oder einer daran oder an den Lagerungen befestigten
Modultragefläche
gegenüber
der Schwenkachse erlaubt eine jahreszeitliche Anpassung der Neigung
an unterschiedliche Sonnenhöchststände. Solange
die Schwenkachse daher nicht parallel zu der Grundebene des Halterungsrahmens
ist, was nur an dem eingestellten Mittelwert, bspw. am Frühlings-
und Herbstpunkt, der Fall ist, so schneidet sie diese Grundebene
in einem vorzugsweise spitzen Winkel, da die Auslenkungen gegenüber dem
Mittelwert vergleichsweise gering sind. Natürlich könnte stattdessen auch die Neigung
der Schwenkachse verstellt werden, was evtl. den Vorteil hat, dass
die Modultragefläche
unabhängig
von der stündlichen
Nachführung
sich stets in oder nahe einem statischen Gleichgewicht befindet.
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Ferner
sollte der Halterungsrahmen und/oder eine daran oder an den Lagerungen
befestigte Modultragfläche
in verschiedenenen jahreszeitlichen Neigungswinkeln gegenüber der
Schwenkachse arretierbar sein, damit ein eingestellter Neigungswinkel
der Modultragefläche
bis zur nächsten
Verstellung etwa konstant bleibt. Dasselbe gilt für eine Ausführungsform,
bei der die Neigung der Schwenkachse verstellt wird; auch solchenfalls
sollte die Verstelleinrichtung mit einer Arretierungsmöglichkeit
versehen sein.
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Eine
bevorzugte Verstell- und Arretierungsmechanik für den Neigungswinkel der Schwenkachse
gegenüber
der Halterung bzw. Modultragefläche oder
gegenüber
der Horizontalen bzw. Vertikalen erfolgt vorzugsweise im Bereich
einer Lagerung, bspw. durch eine bogenförmige Führung, insbesondere durch ein
Langloch, woran bzw. worin ein Fortsatz des demgegenüber verstellbaren
Teils geführt
ist. Es kann sich hierbei sowohl um das tieferliegende Lager als
auch um das höherliegende
Lager handeln.
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Eine
konkrete Ausgestaltung sieht vor, dass eine Schwenkachse oder -welle
an ihrem tiefergelegenen, sonnenseitigen Ende über ein radial auskragendes,
verstell- und/oder arretierbares, bogen- oder hornförmiges Führungsteil,
bspw. ein Langlochteil, und/oder über eine Arretiermechanik,
insbesondere eine Verstellmechanik mit Rastpunkten, kraftschlüssig mit
einem Bereich, insbesondere einer Ecke, des Halterungsrahmens oder
der Modultragefläche
verbunden ist, so dass dieser Bereich bzw. diese Ecke und damit
die Grundebene des Halterungsrahmens oder der Modultragefläche gegenüber der
zur Erdachse etwa parallelen Schwenkachse verstellbar ist. Natürlich könnte stattdessen
auch an dem Ende eines derartigen bogen- oder hornförmigen Führungsteils
ein Teil des betreffenden Lagers angeordnet sein, so dass in letzterem
Fall nicht nur der Halterungsrahmen verstellt wird, sondern die
Schwenkachse selbst in gleichem Maße, während der Halterungsrahmen
starr mit der Schwenkachse verbunden ist, was aber vom jahreszeitlich
unterschiedlichen Sonnenlauf abweicht.
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Der
Halterungsrahmen und/oder die Modultragefläche kann mittels eines Mitnehmers,
der in oder möglichst
nahe dem Flächenschwerpunkt
angeordnet ist, dreh- und/oder kraftschlüssig mit einer in wenigstens
einem Rohr, Lagerbock od. dgl. gelagerten Welle verbunden sein,
insbesondere über
eine Halteklaue und/oder ein Gelenk. Über einen solchen Mitnehmer
kann die Drehstellung der Schwenkachse auf die Halterung bzw. auf
den Modultragerahmen übertragen
werden, so dass eine stündliche
Nachführung
durch (motorischen) Drehantrieb der Schwenkachse bewirkt werden
kann.
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Die
Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch einen Antrieb, insbesondere
einen Motorzylinder, zur täglichen
Nachführbewegung
und/oder für die
jahreszeitliche Anpassung an den Sonnenstand. Dadurch wird dieser
Vorgang automatisiert, da eine manuelle Nachführung über den Tag hinweg infolge des
damit verbundenen Zeitaufwandes nicht möglich ist.
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Die
Gestelle entsprechend der vorliegenden Erfindung basieren auf einem
Baukasten. bestehend aus einer übersichtlichen
Anzahl am Markt verfügbarer
Fertigteile oder Halbzeuge: Bspw. bestehen langgestreckte Rahmenteile,
Stützrohre,
Lagerungsrohre und/oder Achsen aus Wasserleitungsrohren; Verbindungsteile,
Kappen und/oder Einstellbuchsen werden aus Wasserleitungsschraubfittings
und/oder Steckverbindern hergestellt; als Trapezprofile, sofern solche
erforderlich sind, werden Straßenleitplanken verwendet,
etc. Ferner entspricht es der Lehre der Erfindung, dass wenigstens
ein Bestandteil eines Kugelgelenks, bspw. ein Kugelkopf oder -bolzen
einerseits, und/oder eine Kugelpfanne oder ein Kugelgehäuse andererseits,
vorzugsweise aus (Teilen) einer PKW-Anhängerkupplung besteht. Damit
wird möglichst
bei allen Bauteilen auf Serienteile, wie Bodendübel, Wasserleitungsrohre und
andere Profile, Leitplanken, Normlagerteile und -wellen, Anhängerkugelköpfe, und
Verbinder ähnlich
Wasserleitungsfittings zurückgegriffen.
Diese am Markt erhältlichen Großserienteile
werden nach Bedarf modifiziert. Diese immer wiederkehrenden Teile
können
zu Baugruppen aneinandergefügt
werden, so das eine zweckmäßige Anzahl
von nachgeführten
Modultragflächen
im Verbund aufgestellt, gegenseitig verspannt oder abgestürzt, und
gemeinsam nachgeführt werden
kann. So entsteht ein Baukastensystem.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1 einen
Vertikalschnitt in Nord-Süd-Richtung
durch eine erfindungsgemäße Montierung
im Bereich einer südlichen
Aufhängung;
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2 einen
Vertikalschnitt in Nord-Süd-Richtung
durch die Montierung aus 1 im Bereich einer nördlichen
Aufhängung;
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3 einen
Vertikalschnitt in Nord-Süd-Richtung
durch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung im Bereich einer südlichen
Aufhängung;
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4 einen
Vertikalschnitt in Nord-Süd-Richtung
durch die Montierung aus 3 im Bereich einer nördlichen
Aufhängung;
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5 einen
Schnitt durch die 1 enltang der Linie V-V;
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6 eine
isometrische Ansicht auf eine Reihe von Montierungen nach 1,
deren Gestelle miteinander verbunden sind, mit je einem aufgesetzten
Solarmodul, welche jeweils in einer Ausrichtung gemäß unterschiedlichen
Stunden eines Tages zu sehen sind;
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7 eine
der 5 entsprechende Anordnung, ebenfalls in isometrischer
Darstellung, wobei die Solarmodule abgenommen sind, wobei die Schwenkhebel
aller Montierungen miteinander gekoppelt sind, so dass sie durch
einen einzigen Antrieb dem Sonnenstand im Verlauf eines Tages nachgeführt werden
können,
in einer Ausrichtung entsprechend dem täglichen Höchststand der Sonne;
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8 einen
Ausschnitt aus 7 in einer vergrößerten Darstellung;
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9 eine
wiederum abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung in einer Vorderansicht bei einem steilen Neigungswinkel
entsprechend dem Sonnenstand im Winter;
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10 eine
Seitenansicht auf die 9, jedoch bei einem flachen
Neigungswinkel entsprechend dem Sonnenstand im Sommer;
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11 ein
Lagerungsteil der Ausführungsform
aus den 9 und 10 in
eier größeren Darstellung;
sowie
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12 eine
isometrische Ansicht auf die Anordnung aus 10 in
einer nachmittäglichen
Ausrichtung.
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Die 1, 2, 5 zeigen
eine erfindungsgemäße Montierung 1 aus
Metall oder Kunststoff, die auf Bodendübeln oder auf einem anderen Fundament
oder Stativ 2, 3 fixiert bzw. fixierbar ist.
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An
dem südlichen
Ende der Montierung 1 befindet sich ein Kugelgelenk 4 und
an ihrem nördlichen Ende
ein Kugelgelenk 5, bestehend jeweils aus einem Kugelkopf
oder -bolzen 6, 7 und einer Kugelpfanne oder einem
Kugelgehäuse 8, 9.
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Jede
Lagerung 4, 5 besitzt einen ortsfesten Teil, der
an dem betreffenden Stativ 2, 3 bzw. Fundament
od. dgl. fixiert ist, sowie einen demgegenüber verschwenkbaren Teil, woran
die verschwenkbare Halterung 10 fixiert ist.
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Da
die Schwenkachse 11, d.h., die Verbindungslinie zwischen
den Mittelpunkten der Kugeln 6, 7, etwa parallel
zur Erdrotationsachse ausgerichtet ist, befindet sich die südliche Lagerung 4 auf
einem niedrigeren Niveau als die nördliche Lagerung 5.
Außerdem
ist am südlichen
Lagerungsteil 4 der ortsfeste Lagerungsteil niedriger als
der verschwenkbare; am nördlichen
Lagerungsteil 4 ist allerdings der verschwenkbare Lagerungsteil
niedriger als der ortsfeste. An beiden Lagerungen 4, 5 bildet
jedoch die Kugelpfanne bzw. das Kugelgehäuse 8, 9 das
jeweils höhergelegene
bzw. nördlichere
Lagerungsteil.
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Ferner
ist jeweils eine auf der Kugelpfanne oder dem Kugelgehäuse 8, 9 aufschraubbare
oder aufsteckbare Kappe 12, 13 vorgesehen, die
den Kugelkopf 6, 7 umgreift und gegen die Kugelpfanne 8, 9 drückt und
dadurch mit justierbarem Spiel sichert. Die Lagerung kann durch
einen Gummibalg oder dergleichen zusätzlich gegen Witterungseinflüsse geschützt sein.
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Bei
der Ausführungsform
nach den 3 und 4 ist anstelle
der Kugelgelenke 4, 5 je eine Drehlagerung vorgesehen
mit je einem Lagerbolzen und je einem Drehlager, insbesondere Wälzlager
mit einstellbarem Spiel (Verkantung).
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Ein
Rohr 14 erstreckt sich konzentrisch zu der Schwenkachse 11 und
ist mit den beiden Lagerungen 4, 5 verbunden.
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An
der südlichen
Lagerung 4 ist die Kugelpfanne 8 in das Rohr 14 eingesteckt
und entweder reibschlüssig
fixiert, bspw. mittels Klebstoff und/oder mit einem Querbolzen 15.
Dort dient das Rohr 14, dessen Innendurchmesser etwa dem
Außendurchmesser
der Kugel 6 entspricht, als Kugelgehäuse, an dessen südlicher
Stirnseite die mit einer zentralen Ausnehmung versehene Abschlußkappe 12 aufgeschraubt
ist. Der Kugelbolzen 6 ist mit seinem Schaft 16 an
einem oben auf das Stativ 2 aufgesteckten Kopf bzw. Adapter 17 fixiert.
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2 zeigt
die obere bzw. nördliche
Lagerung 5 für
das Rohr 14. Hier ist der Schaft 18 des Kugelbolzens 7 an
einer weiteren Kappe 19 fixiert, die an der nördlichen
Stirnseite des Rohrs 14 fixiert ist, bspw. aufgeschraubt
oder aufgesteckt.
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Wie 5 zeigt,
ist an dem Rohr 14 über Schrauben 20 ein
zu dem Rohr 14 koaxiales Trapezprofil 21 angeschraubt
sowie dazu lotrecht verlaufende Vierkantprofile 22. Die
eigentlichen Solarmodule 23 liegen jeweils zwischen den
rippenartigen Vierkantprofilen 22 auf dem Trapezprofil 21 auf
und werden durch Unterlegscheiben oder -profile 24, ggf.
mit Gummipolster 25, an den gekonterten Schrauben 20 fixiert.
An beiden Enden der Vierkantprofile 22 ist nach dem gleichen
Prinzip je ein U-Profil 26 angeschraubt 20, welches
parallel zu dem Trapezprofil 21 verläuft und das Solarmodul 23 an
dessen Außenkante
umgreift und zusätzlich
fixiert.
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Dabei
sind die Schrauben 20 zwischen allen Solarmodulen 23 angeordnet,
was über
die Länge des
Trapezprofils 21 zu einer mehrfachen Verbindung zwischen
dem Rohr 14 und dem Trapezblech 21 führt, so
dass die Halterung 10 sehr verwindungssteif ist mit einem
innigen Verbund zwischen dem Rohr 14, dem Trapezprofil 21,
den Vierkantprofilen 22 und den U-Profilen 26.
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Alternativ
ist es möglich,
an dem Rohr 14 auch eine herkömmlich Tragfläche anzubringen.
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Eine
mit dem Rohr 14 verbundene Hülse 27 mit einem vorzugsweise
nach unten gerichteten Ausleger 28 bildet einen Hebel, über den
bspw. mittels eines Gestänges
die Halterung 10 dem wechselnden Sonnenstand vorzugsweise
stündlich
nachgeführt werden
kann. Zur Nachführung
sind auch Seilzüge, Ketten,
Direktantriebe oder dgl. geeignet.
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Bei
der Ausführungsform
einer Montierung 31 gemäß den 3 und 4 sind
die Kugelgelenke 4, 5 ersetzt durch Drehlagerungen 32, 33 mit
je einem Gleit- oder Wälzlager 34, 35,
welche je eine Achse 36, 37 umgreifen und seinerseits
von einer Hülse
oder Kappe 38, 39 umgriffen werden.
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Dabei
erstreckt sich die Achse 36, 37 jeweils überwiegend
südlich
des betreffenden Gleit- oder Wälzlagers.
Während
der südliche
Achsstummel 36 an dem südlichen
Stativ 2 bzw. einem auf dessen Oberseite fixierten Adapterstück 17 fixiert
ist, so durchgreift der nördliche
Achsstummel 37 eine ringförmige Kappe 19, die
am nördlichen
Stirnende des Rohrs 14 aufgeschraubt ist, und ist an dieser
Kappe 19 festgeklebt oder festgeschweißt. Die Hülsen oder Kappen 38, 39 sind
mit dem jeweils nördlich
sich anschließenden
Teil verbunden, also mit dem nördlichen
Stativ 3 oder einem darauf angeordneten Adapter 40 einerseits
bzw. am Südende
des Rohrs 14 andererseits. Durch diese Maßnahmen
sind auch hier die Lagerungen 32, 22 gut vor der
Witterung geschützt.
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Als
Adapter 17 und 40 können Wasserleitungsfittings
und/oder Steckfittings verwendet werden.
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In
den Stützen
oder Stativen 2, 3 können wie auch in dem Rohr 14 und
den Querverbidern bzw. Vierkantprofilen 22 Kabel oder Leitungen
verlaufen. Falls statisch erforderlich, können alle Stützen 2, 3 untereinander
mit Diagonalstreben oder Diagonalspannseilen gesichert sein, wobei
diese zweckmäßigerweise
ebenfalls an den oberseitigen Adapterstücken 17, 40 befestigt
werden, so dass die Adapter knotenartig vielfache Funktionen erfüllen.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 3 und 4 ist
der Ausleger 41 doppelarmig ausgebildet und kann daher
auch über
reine Zugglieder wie Seile bedient werden.
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6 zeigt
eine Anordnung mit neun Montierungen 1 in einem Verbund,
bei der zur Demonstration jedes einzelne Solarmodul 23 einem
bestimmten Sonnenstand zu jeweils unterschiedlichen Zeiten eines
Tages zugeneigt ist. Die in der Zeichnung angegebenen Uhrzeiten
beziehen sich auf die Stellung zur Sonne auf der nördlichen
Hemisphäre.
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7 zeigt
den Verbund von acht Halterungen 10 zu einer Funktionseinheit.
Das Karree zwischen den Schraubfundamenten 2, 3 deutet
die Erdoberfläche
an. Die Mittelstellung entspricht dem astronomischen Mittag des
jeweiligen Aufstellungsortes. In 7 sind diese
Halterungen 10 über
ein Gestänge 42 miteinander
gekoppelt, so dass sie gemeinsam nachgeführt werden können. Der
Schub- oder Drehantrieb befindet sich dabei zweckmäßigerweise
etwa in der Mitte der Gruppe.
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8 zeigt
die zwei ersten Tragflächen
einer mehrfachen Anlage in einer isometrischen Ansicht. Zwischen
je einer der Sonne zugewandten bzw. südlichen Stütze 2 und einer der
Sonne abgewandten bzw. nördlichen
Stütze 3 erstreckt
sich je ein Rohr 14, welches von dem Mittelteil eines Trapezprofils 21 umgriffen
wird. Alle vertikalen Stützen 2, 3 sind
in sog. Schraubfundamenten 43, d.h., je einem Bodenspieß mit oberseitigem
Schraubanschluß,
verankert. Die Verbindungslinie zwischen den Schraubfundamenten 43 deutet
die Erdoberfläche
an. Die südlichen
Adapterstücke 17 sind
vorne gut ersichtlich. Zur Verdeutlichung sind die nördlichen
Adapterstücke 40 nach
Art einer Sprengdarstellung nach oben versetzt.
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In
den 9 bis 12 ist eine andere Ausführungsform
der Erfindung wiedergegeben, wobei an der exakt parallel zur Erdachse
ausgerichteten Rektaszensionsachse (Stundenachse) festgehalten wird.
Die Deklination wird nur jahreszeitlich in Intervallen, während der
Sommermonate durch z.B. monatliche Verstellung, angeglichen.
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Es
handelt sich hierbei um eine beispielhafte Anwendung der beschriebenen
werttergeschützten Lagerung
in Form einer alleinstehenden vierbeinigen Montierung 51 mit äquatornahen,
d.h., auf der nördlichen
Hemisphäre
südlichen Vorderstützen 52,
die der Sonne zugewandt sind, und mit rückwärtigen, der Sonne bzw. dem Äquator abgewandten
Stützen 53, jeweils
befestigt auf Schraubankern 54 in Form von Bodenspießen.
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Diese
Montierung 51 verfügt über eine
Strebe, Achse, Rohr od. dgl. 55, an deren höchsten Punkt ein
Kugelbolzen 56 als Verlängerung
herausragt. Auf diesem Kugelbolzen 56 ist mittels einer
Kugelpfanne 57 die Halterung oder Modultragfläche 58 möglichst nahe
ihrem Schwerpunkt lagert.
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Die
Strebe oder Achse 55 ist idealerweise parallel zur Erdachse,
weist also zum Polarstern und hat damit eine Neigung abhängig von
der geographischen Breite des Aufstellungsortes.
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Die
erfindungsgemäße Besonderheit
dieser Anordnung 51 besteht darin, dass die Tragfläche oder
der Tragrahmen 58 annähernd
oder völlig
quadratisch ausgeformt ist. Die Halterung 58 besteht aus einem
Umfangsrahmen, dessen Seitenmitten und/oder Ecken über Streben
mit einem Mittelpunkt des Umfangsrahmens verbunden sind.
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Überdies
ist die Halterung 58 nicht wie im Stand der Technik in
Mittagsstellung mit waagerechter Unterkante angeordnet, sondern
diagonal zur Strebe oder Achse 55 eingehängt, so
dass sie mit einer Ecke 59 zum Boden zeigt. Der besondere
Vorteil dieser Anordnung kommt beim Nachführen zum Tragen, indem die
seitlichen Kanten 60 oder Ecken 61 der Halterung 58 weder
am Morgen noch am Abend dem Boden zu nahe kommen, selbst wenn die Schraubanker 54 vollständig in
das Erdreich versenkt sind und die Stützen 52, 53 sehr
kurz gewählt
sind.
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Die
untere Ecke 59 ist mit einem bogen- oder hornförmigen Justierteil 62 versehen,
das es erlaubt, die Ecke 59 gegenüber der Richtung der Strebe
oder Achse 55 um bis zu 23,5 Grad anzuheben und in dieser
Position und/oder in einer oder mehreren Zwischenpostitionen zu
arretieren, so dass zumindest in den Sommermonaten, wo ja die größte Energieausbeute
erzielt wird, weil die Sonne zum jeweiligen (nördlichen oder südlichen)
Wendekreis wandert und daher hoch am Himmel steht, eine genaue,
nämlich astronomisch
korrekte Ausrichtung auf die Sonnenbahn ermöglicht wird.
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Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
auf diese jahreszeitliche Justierung zu verzichten und die diagonal
aufgestellte Tragfläche
einachsig nur um die Achse 55 vom Morgen bis zum Abend
nachzuführen. Eine
Nachführung
kann durch einen axial ausfahrenden, gesteuerten Zylinder 63 bewirkt
werden. Die Halterung oder der Tragrahmen 58 kann aus einem Profilrahmen
bestehen, bevorzugt aus Rohrprofilen, auf dem die Solarmodule 23 befestigt
sind, und er kann bei Flächen
bis zu ca. 10 m2 von zwei Personen mit einem
Handgriff einfach auf den Kugelkopf 56 aufgesattelt werden.
Durch die Kappe 64 wird die Verbindung zum Untergestell 52, 53 gesichert,
so dass die Halterung 58 durch den Wind nicht abgehoben
wird. Wird nun das Justierhorn 62 an der Halterung 58 an
der Achse 55 arretiert und der Verstellzylinder 63 zwischen
Untergestell 52, 53 und Halterung 58 eingehängt, so
ist die Anordnung nachführbereit.
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Zweckmässig ist
es, auf dem annähernd quadratischen
Tragrahmen 58 Solarmodule 23 zu verwenden, deren
Längen-Breiten-Verhältnis ganzzahlig
ist. So lassen sich leicht quadratische Anordnungen finden. Dabei
können
die Module 23 auch über
den Tragrahmen 58 hinausragen, wenn kein Kantenschutz gefordert
wird.
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Je
nach statischer oder dynamischer Beanspruchung kann das Untergestell 52, 53 mit
Diagonalausteifungen verstärkt
werden, die bevorzugt über Fittings
angeschlossen werden.