DE102006036149A1

DE102006036149A1 - Nachführbare Anlage für Solarmodule

Info

Publication number: DE102006036149A1
Application number: DE102006036149A
Authority: DE
Inventors: Erwin Hölle; Klemens Jakob
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nachführbare Anlage für Solarmodule, mit einem Mast, einem Modulhalter und einem den Modulhalter mit dem Mast verbindenden Drehlager mit vertikaler Drehachse, über das der Drehwinkel (Azimut) des Modulhalters veränderbar ist, wobei das Drehlager wenigstens einen Drehkörper mit horizontaler Drehachse aufweist, auf dem Drehkörper ein mit dem Modulhalter verbundener Mitnehmer gelagert ist und der Drehkörper mit Abstand zur vertikalen Drehachse liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine nachführbare Anlage für Solarmodule, mit einem Mast, einem Modulhalter und einem den Modulhalter mit dem Mast verbindenden Drehlager mit vertikaler Drehachse, über das der Drehwinkel (Azimut) des Modulhalters veränderbar ist.
Eine derartige Anlage ist zum Beispiel aus der US 2002/0179138 A1 bekannt. Bei dieser Anlage sind mehrere Reflektoren in einem Halterahmen gelagert, wobei der Halterahmen auf einer Lafette fixiert ist. Diese Lafette kann über einen Elektromotor gedreht werden. Auf diese Weise können die Reflektoren dem (Azimut-)Verlauf der Sonne nachgeführt werden. Dies ist erforderlich, um den Wirkungsgrad, beziehungsweise die Ausbeute der Anlage, in einem optimalen Bereich zu halten. Der Drehmechanismus ist zwar einfach im Aufbau, jedoch allen Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt, da er relativ groß dimensioniert ist. Außerdem benötigt diese Vorrichtung zusätzlichen Bauraum, wodurch die Höhe der Anlage vergrößert wird.
Eine ähnliche Vorrichtung zum Verstellen des Drehwinkels (Azimut) ist aus der DE 23 051 24 U1 bekannt. Weitere Verstellvorrichtungen ergeben sich aus der DE 101 92 244 B4 und aus der DE 295 01 207 U1 , der DE 203 08 393 U1 und der DE 101 32 901 A1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nachführbare Anlage für Solarmodule der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Vorrichtung zur Nachführung des Modulhalters relativ klein dimensioniert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Drehlager wenigstens einen Drehkörper mit horizontaler Drehachse aufweist, auf dem Drehkörper ein mit dem Modulhalter verbundener Mitnehmer gelagert ist, und der Drehkörper mit Abstand zur vertikalen Achse liegt.
Die erfindungsgemäße nachführbare Anlage für Solarmodule, das heißt für Solarzellen, Reflektoren, Absorber oder dergleichen, besitzt den wesentlichen Vorteil, dass die Verdrehung des Modulhalters über einen Drehkörper erfolgt, der sich um eine horizontale Achse dreht, und diese Drehbewegung auf einen Mitnehmer übertragen wird, dessen Achse vertikal steht. Dabei liegt der Drehkörper mit Abstand zur vertikalen Achse, wobei der Drehkörper sich innerhalb des Mastes befindet. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Drehkörper keinen zusätzlichen Bauraum benötigt und dass die Drehübertragung von Drehkörper auf den Mitnehmer ebenfalls im Mast erfolgt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass diese Bauteile geschützt angeordnet werden können, nämlich innerhalb des Mastes, so dass sie vor Witterungs- und Umgebungseinflüssen geschützt sind. Die Lebensdauer und die Wartungsintervalle werden hierdurch wesentlich verlängert.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Drehkörper von einem biegeelastischen Element zumindest teilweise umschlungen. Dieses biegeelastische Element, welches als Kette, Bandmaterial, Seil oder dergleichen ausgebildet ist, ist zwar biegeelastisch, jedoch in der Länge unelastisch. Hierdurch können auf einfache Weise Längskräfte auf den Drehkörper übertragen werden, wobei die Eingriffsfläche weder punktförmig noch linienförmig, sondern flächig ist, da das biegeelastische Element über eine große Wegstrecke am Drehkörper angreift. Hierdurch wird die Flächenpressung auf ein Minimum reduziert, wodurch auch der Verschleiß minimal ist, woraus sich größere Wartungsintervalle ergeben.
Dabei ist ein Ende des biegeelastischen Elements mit einem Zugmittel gekoppelt. Dieses Zugmittel, was zum Beispiel von einer Zugspindel, einem Zahnstangenantrieb, einem Linearmotor oder einem Ritzel gebildet wird, übt auf das biegeelastische Element lediglich eine Zugkraft aus, die direkt auf den Drehkörper übertragen wird und diesen in Drehung versetzt. Der Linearmotor kann ein hydraulischer oder pneumatischer Antriebsein.
Das andere Ende des biegeelastischen Elements ist entweder am Drehkörper oder an einem weiteren Zugmittel gekoppelt. Durch geeignete Übersetzungsverhältnisse können sehr kleine Drehwinkelverstellungen erreicht und sehr große Kräfte übertragen bzw. abgestützt werden.
Mit Vorzug ist das Ende des biegeelastischen Elements über Federmittel mit dem Zugmittel oder dem Drehkörper verbunden. Hierdurch wird ein eventuelles Spiel ausgeglichen und es werden Längenänderungen in den einzelnen Bauteilen, die temperaturbedingt oder lastbedingt sind, eliminiert.
Dabei können in bevorzugter Weise die Federmittel eine oder mehrere Tellerfedern, Wendelfedern oder dergleichen sein. Tellerfedern besitzen den Vorteil, dass sie über sehr kurze Wegstrecken hohe Kräfte speichern können, wohingegen eine Wendelfeder den Vorteil besitzt, dass mit ihr zum Beispiel eines der Zugmittel ersetzt werden kann.
Bei einer Weiterbildung weist die Zugspindel eine mit dem biegeelastischen Element verbundene Gewindestange auf, wobei die Gewindestange von einer Mutter umgriffen ist, die von einem elektromechanischen Antrieb angetrieben wird. Diese Ausgestaltung besitzt den wesentlichen Vorteil, dass der Eingriff von Mutter und Gewindestange über eine relativ lange Wegstrecke verläuft und daher flächig ist. Die auftretenden Kräfte verteilen sich also über die gesamte Eingriffsfläche. Punkt- oder Linienpressungen, die zum Beispiel bei Zahnradeingriffen, bei denen lediglich zwei Zahnflanken aneinander gepresst werden, auftreten, werden hierdurch vermieden. Die erfindungsgemäße Anlage besitzt daher auch aus diesem Grunde eine höhere Lebenserwartung. Ferner können sehr große Übersetzungen realisiert werden, so dass Motoren mit geringen Antriebskräften verwendet werden können. Schließlich kann die Übersetzung so gewählt werden, dass das Zugmittel selbsthemmend ist.
Bei der Verwendung von zwei Zugspindeln kämmen die beiden Muttern über jeweils einen Außenzahnkranz miteinander, so dass die Zugspindeln gegenläufig synchron laufen. Es muss also lediglich eine der Zugspindeln, zum Beispiel mittels eines Elektromotors, angetrieben werden.
Mit Vorzug sind der Drehkörper und der Mitnehmer über eine Verzahnung, insbesondere Kegelverzahnung oder ein biegeelastisches Element, miteinander verbunden. Mittels der Verzahnung oder des elastischen Elements, wird die Drehbewegung des Drehkörpers auf den Mitnehmer und somit auf den Modulhalter übertragen. Die Verwendung eines biegeelastischen Elements besitzt den wesentlichen Vorteil, dass dieses ein preiswertes Bauteil darstellt und eventuelles Spiel relativ einfach ausgeglichen werden kann. Auch hier erfolgt die Kraftübertragung jeweils über eine große Anlagefläche, da das biegeelastische Element sowohl den Drehkörper als auch den Mitnehmer über eine relativ weite Wegstrecke umschlingt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Mitnehmer eine Scheibe oder ein Ring. Die Scheibe, beziehungsweise der Ring, kann auf einfache Weise vom biegeelastischen Element umschlungen werden, ohne dass hierfür aufwändige Bearbeitungsprozesse vonnöten sind.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das biegeelastische Element und/oder das Zugmittel verdrehsicher gelagert ist beziehungsweise sind. Hierbei wird zum Beispiel bei einer Zugspindel die Gewindestange zumindest an einem Ende verdrehsicher gelagert, indem das Ende zum Beispiel unrund ausgestaltet, insbesondere mit einem Vierkant versehen ist, und dieser Vierkant in einem diesen aufnehmenden Vierkantrohr längsverschieblich geführt ist. Das Vierkantrohr stützt somit die Verdrehkräfte ab.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage;
2 eine perspektivische Ansicht des Mastes der Anlage;
3 den Mast gemäß 2 teilweise aufgeschnitten;
4 eine perspektivische Ansicht des Drehantriebs; und
5 den Drehantrieb gemäß 5 teilweise aufgeschnitten.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer insgesamt mit 10 bezeichneten Anlage für Solarmodule 12, die dem Verlauf der Sonne nachgeführt werden kann und von denen lediglich eines andeutungsweise dargestellt ist. Dieses Solarmodul 12 ist an einem insgesamt mit 14 bezeichneten Modulhalter befestigt, welcher das Solarmodul 12 beziehungsweise die Solarmodule 12 optimal zum augenblicklichen Stand (Azimut) der Sonne ausrichtet. Hierfür ist der Modulhalter 14 mit einem Drehlager 16 verbunden, über welches der Drehwinkel (Azimut) des Modulhalters 14 verändert werden kann. Das Drehlager 16 befindet sich in einem Mast 18, der rohrförmig und hohl ausgeführt ist und mit seinem Fuß 20 sicher auf einem Fundament verankert ist.
Die 2 zeigt diesen Mast 18, der oberhalb seines Fußes 20 ein Mastrohr 22 besitzt, auf welchem ein U-förmiger Träger 24 für den Modulhalter 14 gelagert ist. Die 3 zeigt den Mast 18 ohne Mastrohr 22, so dass erkennbar ist, dass sich der Träger 24 nach unten in einem Rohr 26 fortsetzt, welches am unteren Ende mit einem Mitnehmer 28 abschließt.
Die 4 zeigt den Antrieb 30 für die Azimut-Verstellung. Dabei ist erkennbar, dass der Mitnehmer 28 auf zwei Drehkörpern 32 gelagert ist und über diese angetrieben wird, über welche er mittels eines biegeelastischen Elements 34, nämlich eines Seilzugs 36, welches deutlich in 5 dargestellt ist, drehgekoppelt ist. Der Seilzug 36 umschlingt jeweils teilweise eine Scheibe 38 der beiden Drehkörper 32 sowie einen scheibenförmigen Fortsatz 40 des Mitnehmers 28.
Die Enden des Seilzugs 36 sind bei 42 an den beiden Scheiben 38 befestigt. Die Drehkörper 32 sind an waagerechten Achsen 44 drehbar gelagert und besitzen jeweils eine weitere Scheibe 46, über die jeweils ein weiteres biegeelastisches Element 48 und 50 geschlungen ist. Das jeweils obere Ende des ebenfalls als Seilzug 52 ausgebildeten biegeelastischen Elements 48 und 50 ist, wie bei 54 angedeutet, mittels Klemmelementen, z.B. Klemmschrauben an den Scheiben 46 befestigt. Am jeweils unteren Ende greift eine Gewindestange 56 eines Spindelantriebs 58 an. Wie lediglich bei einer Gewindestange 56 andeutungsweise dargestellt, ist am unteren Ende der Gewindestange 56 ein Vierkantblock 60 befestigt, welcher in einem Vierkantrohr 62 geführt ist. Hierdurch wird eine Verdrehsicherung für die Gewindestange 56 geschaffen.
Der Antrieb, d.h. der Vorschub einer jeden Gewindestange 56 erfolgt jeweils über eine Mutter 64, die über zwei Zahnräder 66 miteinander verbunden sind. Außerdem weist die eine Mutter 64 ein Antriebsrad 68 auf, an welchem das Ritzel eines Antriebsmotors 70 angreift. Die Mutter 64, das Zahnrad 66 und beim einen Spindelantrieb 58 das Antriebsrad 68, sind auf eine Hülse 72 aufgeschoben und verdrehsicher befestigt. Das Übersetzungsverhältnis ist so gewählt, dass im Antrieb 30 Selbsthemmung entsteht.
In 5 ist noch erkennbar, dass die unteren Enden der Seilzüge 52 über Federmittel 74, nämlich über Tellerfedern 76, mit den Gewindestangen 56 verbunden sind. Hierdurch werden die Seilzüge 52 und 36 permanent auf Zug belastet und es wird jegliches Spiel aus dem gesamten Antrieb 30 eliminiert.
Wie aus den 2 und 3 erkennbar, ist der gesamte Antrieb 30 im Mast 18 untergebracht und er bedarf somit keines zusätzlichen Bauraums und ist vor Witterungs- und Umwelteinflüssen geschützt angeordnet.

Claims

Nachführbare Anlage (10) für Solarmodule (12), mit einem Mast (18), einem Modulhalter (14) und einem den Modulhalter (14) mit dem Mast (18) verbindenden Drehlager (16) mit vertikaler Drehachse, über das der Drehwinkel (Azimut) des Modulhalters (14) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (16) wenigstens einen Drehkörper (32) mit horizontaler Drehachse (44) aufweist, auf dem Drehkörper (32) ein mit dem Modulhalter (14) verbundener Mitnehmer (28) gelagert ist und der Drehkörper (32) mit Abstand zur vertikalen Drehachse liegt.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (32) von einem biegeelastischen Element (48, 50) zumindest teilweise umschlungen ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des biegeelastischen Elements (48, 50) mit einem Zugmittel gekoppelt ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des biegeelastischen Elements (48, 50) am Drehkörper (32) oder an einem weiteren Zugmittel gekoppelt ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des biegeelastischen Elements über Federmittel (74) mit dem Zugmittel oder dem Drehkörper (32) verbunden ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (74) eine oder mehrere Tellerfedern (76), Wendelfedern oder dergleichen aufweisen.
Nachführbare Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel eine Zugspindel (58), ein Zahnstangenantrieb, ein Linearmotor oder ein Ritzel ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspindel (58) eine mit dem biegeelastischen Element (48, 50) verbundene Gewindestange (56) aufweist, die Gewindestange (56) von einer Mutter (64) umgriffen ist, die von einem elektromotorischen Antrieb (70) angetrieben wird.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Zugspindeln (58) die beiden Muttern (64) über jeweils einen Außenzahnkranz (66) miteinander kämmen, so dass die Zugspindeln (58) gegenläufig synchron laufen.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (32) und der Mitnehmer (28) über eine Verzahnung, insbesondere Kegelverzahnung, oder ein biegeelastisches Element (34) miteinander verbunden sind.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (28) eine Scheibe oder ein Ring ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (28) eine vertikale Drehachse aufweist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das biegeelastische Element (34) eine Kette oder ein Seilzug (36) ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das biegeelastische Element (48, 50) und/oder das Zugmittel verdrehsicher gelagert ist beziehungsweise sind.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (16) und/oder die Zugmittel vollständig in den Mast (18) integriert ist beziehungsweise sind.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (16) und/oder die Zugmittel selbsthemmend ist bzw. sind.