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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Nachführvorrichtung
und insbesondere eine Solarnachführvorrichtung.
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2. Beschreibung der zugehörigen Technik
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Die
Sonne stellt eine nahezu unbegrenzte und verschmutzungsfreie Versorgung
mit Solarenergie bereit, und zusammen mit der steigenden Besorgnis
betreffend Verschmutzung und Energieverknappung wurde die Solarenergie
zum Fokus unter sämtlichen
Energiequellen. Ein Solarkollektor kann Solarenergie direkt in elektrische
Energie umwandeln, weil er mit einer photovoltaischen Zelle (PV-Zelle)
ausgestattet ist. Ein Hauptanliegen von heute ist jedoch, wie die
Effizienz der photoelektrischen Umwandlung eines Solarkollektors
gesteigert werden soll.
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Allgemein
gesagt wird im Vergleich zu einem Solarkollektor, der einer festen
Richtung gegenübersteht,
die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung eines Solarkollektors,
der der Sonne immer gegenübersteht,
außerordentlich
um 25%–40%
gesteigert. Jedoch bewegt sich die Sonne auf Grund der axialen Rotation
der Erde jeden Tag von Ost nach West, und auf Grund der Neigung
von 23,5° zwischen
der Rotationsachse der Erde und der Umlaufbahn davon um die Sonne
ist die jährliche
Bewegung der Sonne meridional. Mit anderen Worten muss eine Solarnachführvorrichtung
mit mehr als einer Achse angepasst werden, damit ein Solarkollektor
der Sonne effektiver gegenüberstehen
und eine höhere
Effizienz der photoelektrischen Umwandlung erzielen kann.
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Ein
Steuermotor oder eine äquivalente
Steuereinheit wird herkömmlich
in eine bestehende Solarnachführvorrichtung
zum Steuern der Bewegung eines Solarkollektors eingebaut. Damit
ein Solarkollektor der Sonne korrekt gegenüberstehen kann, werden Photosensoren
gewöhnlich
in einer herkömmlichen
Solarnachführvorrichtung
zur Erfassung der maximalen solaren Strahlungsintensität der Sonne zu
jeder Zeit angeordnet, so dass die Bewegung des Solarkollektors
in Echtzeit angepasst werden kann, um den Solarkollektor auf die
Sonne auszurichten.
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Da
jedoch eine herkömmliche
Solarnachführvorrichtung
gewöhnlich
mit mehreren Photosensoren ausgestattet ist, ist der Bedienungsmechanismus
davon sehr kompliziert und die Herstellungskosten davon sind sehr
hoch.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Solarnachführvorrichtung,
die einen einfachen Nachführmechanismus
und geringe Herstellungskosten besitzt.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auch auf eine Solarnachführvorrichtung,
die auch einen einfachen Nachführmechanismus
und geringe Herstellungskosten besitzt.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Solarnachführverfahren,
das einem Solarkollektor gestattet, der Sonne konstant und effektiv
gegenüber
zu stehen, und steigert dementsprechend die Effizienz der photoelektrischen
Umwandlung des Solarkollektors.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Solarnachführvorrichtung bereit, die einen
Solarkollektor, eine Ausrichtungssteuervorrichtung und eine Neigungsmessvorrichtung
beinhaltet. Der Solarkollektor eignet sich zur Umwandlung von Solarenergie
in elektrische Energie. Die Ausrichtungssteuervorrichtung steuert
eine Ausrichtung des Solarkollektors gemäß der Position und Zeit des
Solarkollektors. Die Neigungsmessvorrichtung ist auf dem Solarkollektor zum
Erfassen einer Neigungsrichtung des Solarkollektors angeordnet.
Die Neigungsmessvorrichtung eignet sich zum Ausgeben eines Rückmeldesignals an
die Ausrichtungssteuervorrichtung, um die Ausrichtung des Solarkollektors
anzupassen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Solarnachführvorrichtung
bereit, die ein Gehäuse, eine
Vielzahl von Solarkollektoren, eine Ausrichtungssteuervorrichtung
und eine Vielzahl von Neigungsmessvorrichtungen beinhaltet. Die
Solarkollektoren sind in dem Gehäuse
angeordnet und eignen sich zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie.
Die Ausrichtungssteuervorrichtung steuert jeweils eine erste Ausrichtung
jedes Solarkollektors gemäß der Position
und Zeit des Solarkollektors. Die Neigungsmessvorrichtungen sind
jeweils auf den Solarkollektoren zur jeweiligen Erfassung einer
ersten Neigungsrichtung jedes Solarkollektors angeordnet. Die Neigungsmessvorrichtungen
eigenen sich zur jeweiligen Ausgabe eines ersten Rückmeldesignals
an die Ausrichtungssteuervorrichtung, um jeweils die erste Ausrichtung
jedes Solarkollektors anzupassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Neigungsmessvorrichtung
einen ersten Aufnahmebereich, der entlang einer ersten Richtung
verlängert
ist, und ein erstes Bewegungselement, das in dem ersten Aufnahmebereich
angeordnet ist. Ein erstes Messelement ist in dem ersten Aufnahmebereich
angeordnet. Das erste Messelement misst eine erste Bewegungsposition des
ersten Bewegungselements, um einen ersten Neigungswinkel des Solarkollektors
entlang der ersten Richtung zu erfassen. Das erste Bewegungselement
bewegt sich entlang der ersten Richtung.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von ersten Messelementen
in dem ersten Aufnahmebereich angeordnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Neigungsmessvorrichtung
ferner einen zweiten Aufnahmebereich, der entlang einer zweiten
Richtung verlängert
ist, und ein zweites Bewegungselement, das in dem zweiten Aufnahmebereich
angeordnet ist. Eine Vielzahl von zweiten Messelementen ist in dem
zweiten Aufnahmebereich angeordnet. Die zweiten Messelemente messen
eine zweite Bewegungsposition des zweiten Bewegungselements, um
einen zweiten Neigungswinkel des Solarkollektors entlang der zweiten
Richtung zu erfassen. Das zweite Bewegungselement bewegt sich entlang
der zweiten Richtung.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gibt die Neigungsmessvorrichtung das
Rückmeldesignal
oder das erste Rückmeldesignal
an die Ausrichtungssteuervorrichtung gemäß dem ersten Neigungswinkel
und/oder dem zweiten Neigungswinkel aus, um die Ausrichtung des
Solarkollektors anzupassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die erste Richtung eine Richtung
von Ost nach West oder eine Richtung von West nach Ost.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die zweite Richtung eine Richtung
von Süd
nach Nord oder eine Richtung von Nord nach Süd.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausrichtungssteuervorrichtung
eine Echtzeituhr (RTC), eine Mikrosteuereinheit (MCU), eine Datenspeichereinheit,
eine Motorsteuereinheit und eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Einheit.
Die RTC eignet sich zum Erzeugen eines Zeitsignals, wo sich der
Solarkollektor befindet. Die MCU erzeugt ein Steuersequenzsignal
gemäß einem
Positionssignal und dem Zeitsignal des Solarkollektors. Die Datenspeichereinheit
speichert das Positionssignal, das Zeitsignal und das Steuersequenzsignal.
Die Motorsteuereinheit eignet sich zum Empfangen des Steuersequenzsignals,
um die Ausrichtung des Solarkollektors zu steuern. Die I/O-Einheit
eignet sich zum Senden des Rückmeldesignals oder
des ersten Rückmeldesignals
der Neigungsmessvorrichtung an die Ausrichtungssteuervorrichtung,
um die Ausrichtung des Solarkollektors anzupassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Positionssignal ein Längengradsignal,
ein Breitengradsignal und ein Höhensignal
oder eine Kombination davon.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausrichtungssteuervorrichtung
ferner eine Datensendevorrichtung. Die Datensendevorrichtung eignet
sich zum Laden des Positionssignals in der Ausrichtungssteuervorrichtung.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist Datensendevorrichtung eine Seriellanschlussvorrichtung
oder eine Parallelanschlussvorrichtung.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausrichtungssteuervorrichtung
ferner einen Signalempfänger
zur Korrektur oder Feineinstellung des Zeitsignals aus der RTC.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuert die Ausrichtungssteuervorrichtung
ferner eine zweite Ausrichtung des Gehäuses gemäß der Position und Zeit des
Solarkollektors.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine der Neigungsmessvorrichtungen
ferner auf dem Gehäuse
angeordnet, um eine zweite Neigungsrichtung des Gehäuses zu
erfassen, wobei die Neigungsmessvorrichtung zum Ausgeben eines zweiten
Rückmeldesignals
an die Ausrichtungssteuervorrichtung geeignet ist, um die zweite Ausrichtung des
Gehäuses
anzupassen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein Solarnachführverfahren
bereit, das sich zum Steuern einer Ausrichtung eines Solarkollektors
eignet. Das Solarnachführverfahren
beinhaltet folgende Schritte. Zunächst werden ein Positionssignal
und ein Zeitsignal des Solarkollektors bezogen. Dann wird ein Steuersequenzsignal
gemäß dem Zeitsignal
und dem Positionssignal erzeugt. Als Nächstes wird die Ausrichtung
des Solarkollektors gemäß dem Steuersequenzsignal
gesteuert. Danach wird eine Neigungsrichtung des Solarkollektors
erfasst. Danach wird ein Rückmeldesignal
gemäß der Neigungsrichtung
ausgegeben, um die Ausrichtung des Solarkollektors anzupassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Erfassung
der Neigungsrichtung des Solarkollektors das Erfassen eines ersten
Neigungswinkels des Solarkollektors entlang einer ersten Richtung,
wobei die erste Richtung eine Richtung von Ost nach West oder eine Richtung
von West nach Ost ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Erfassung
der Neigungsrichtung des Solarkollektors ferner das Erfassen eines
zweiten Neigungswinkels des Solarkollektors entlang einer zweiten
Richtung, wobei die zweite Richtung eine Richtung von Süd nach Nord
oder eine Richtung von Nord nach Süd ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Solarnachführverfahren
ferner das Ausgeben des Rückmeldesignals gemäß dem ersten
Neigungswinkel und/oder dem zweiten Neigungswinkel, um die Ausrichtung
des Solarkollektors anzupassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren zum Beziehen
des Positionssignals das Bereitstellen einer Datensendevorrichtung,
wobei die Datensendevorrichtung sich zum Senden des Positionssignals
eignet. Das Positionssignal beinhaltet ein Längengradsignal, ein Breitengradsignal
und ein Höhensignal
oder eine Kombination davon.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verfahren zum Beziehen
des Zeitsignals das Bereitstellen einer RTC, wobei die RTC sich
zum Erzeugen des Zeitsignals, wo sich der Solarkollektor befindet,
eignet.
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In
einer durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Solarnachführvorrichtung
steuert eine Ausrichtungssteuervorrichtung die Ausrichtung eines Solarkollektors
gemäß der Position
und Zeit des Solarkollektors. Daneben wird eine Neigungsrichtung des
Solarkollektors von einer Neigungsmessvorrichtung erfasst, die auf
dem Solarkollektor angeordnet ist, um zu bestimmen, ob der Solarkollektor
der Sonne korrekt gegenübersteht,
und um die Ausrichtung des Solarkollektors entsprechend anzupassen.
Kurz gesagt bietet die Solarnachführvorrichtung in der vorliegenden
Erfindung einen einfachen Nachführmechanismus,
geringe Herstellungskosten und hohe Effizienz der photoelektrischen
Umwandlung.
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Damit
die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung verständlich
werden, sind mehrere von Figuren begleitete Ausführungsformen nachstehend im
Detail beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Spezifikation aufgenommen
und stellen einen Teil davon dar. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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1A ist
ein Diagramm einer Solarnachführvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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1B ist
ein Systemblockdiagramm der Solarnachführvorrichtung, die in 1A gezeigt
ist.
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1C ist
ein Diagramm einer Neigungsmessvorrichtung, die in 1A gezeichnet
ist.
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1D ist
ein Diagramm einer weiteren Neigungsmessvorrichtung, die in 1A gezeichnet
ist.
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2 ist
ein Diagramm einer Solarnachführvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Solarnachführverfahrens gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird im Detail Bezug auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung genommen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen
dargestellt sind. Wo immer es möglich ist,
werden die gleichen Bezugsziffern in den Zeichnungen und der Beschreibung
verwendet, um die gleichen oder ähnliche
Teile zu bezeichnen.
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1A ist
ein Diagramm einer Solarnachführvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 1A beinhaltet
in der vorliegenden Ausführungsform
die Solarnachführvorrichtung 100 einen
Solarkollektor 110, eine Ausrichtungssteuervorrichtung 120 und eine
Neigungsmessvorrichtung 130. Der Solarkollektor 110 eignet
sich zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie. Die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 steuert
eine Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 gemäß der Position
und Zeit des Solarkollektors 110, wobei die Ausrichtung 112 als
der Normalvektor einer lichtempfangenden Fläche 110a des Solarkollektors 110,
die der Sonne 101 gegenübersteht,
definiert ist. Die Neigungsmessvorrichtung 130 ist auf
dem Solarkollektor 110 zum Erfassen einer Neigungsrichtung
(nicht gezeigt) des Solarkollektors 110 angeordnet, wobei
die Neigungsrichtung als der gegenwärtige Normalvektor der lichtempfangenden
Fläche 110a des
Solarkollektors 110 definiert ist. Die Neigungsmessvorrichtung 130 eignet
sich zur Ausgabe eines Rückmeldesignals 132 an
die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 gemäß der Neigungsrichtung,
um die Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 anzupassen.
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Es
sollte hierin beachtet werden, dass, obwohl die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 den
Solarkollektor 110 direkt steuert, um den Solarkollektor 110 der
Sonne 101 gemäß der gegenwärtigen Position
und Zeit des Solarkollektors 110 gegenüber zu stellen, der Solarkollektor 110 der
Sonne 101 auf Grund eines Fehlers, der durch mechanische
Vorgänge
oder Umwelteinflüsse
verursacht wurde, nicht direkt gegenüberstehen könnte. In diesem Fall erfasst
die Neigungsmessvorrichtung 130 die gegenwärtige Neigungsrichtung
des Solarkollektors 110 und gibt das Rückmeldesignal 132 zur
Anpassung der Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 entsprechend
aus, um auf die Sonne 101 zu zeigen, nämlich den Solarkollektor 110 direkt
in Richtung auf die Sonne 101 auszurichten.
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Die
Verbindungen und Arbeitsabläufe
verschiedener Elemente in der Solarnachführvorrichtung 100 werden
nachstehend im Detail beschrieben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
besitzt der Solarkollektor 110 eine Vielzahl von Solarzellen 140,
wie in 1A gezeigt. Um genauer zu sein, können die
Solarzellen 140 als ein Array angeordnet werden; die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf die in 1A dargestellte
Anordnung eingeschränkt und
die Solarzellen 140 können
auch in anderen Mustern gemäß dem tatsächlichen
Erfordernis angeordnet werden. Außerdem kann der Solarkollektor 110 als
ein photovoltaisches (PV) Siliziummodul, ein Dünnschicht-PV-Modul, ein organisches
PV-Modul, ein Farbstoffsensibilisiertes PV-Modul oder ein III-V-PV-Modul
gemäß dem Herstellungsverfahren und
Material der Solarzellen 140 implementiert werden. In der
vorliegenden Ausführungsform
ist der Solarkollektor 110 als ein Silicium-PV-Modul implementiert;
die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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1B ist
ein Systemblockdiagramm der Solarnachführvorrichtung, die in 1A gezeigt
ist. Bezug nehmend auf 1A als auch 1B beinhaltet
in der vorliegenden Ausführungsform
die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 eine Echtzeituhr (RTC) 121,
eine Mikrosteuereinheit (MCU) 123, eine Datenspeichereinheit 125,
eine Motorsteuereinheit 127 und eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Einheit 129. Die
RTC 121 eignet sich zur Erzeugung eines Zeitsignals (das
Zeitsignal kann an die MCU 123 oder die Datenspeichereinheit 125 gesendet
werden) für
den Solarkollektor 110. Die MCU 123 erzeugt ein
Steuersequenzsignal gemäß einem
Positionssignal (das Positionssignal kann von der MCU 123 oder
einem externen Positionsgenerator (nicht gezeigt) erzeugt und an
die MCU 123 gesendet werden) und dem Zeitsignal des Solarkollektors 110,
wobei das Positionssignal ein Längengradsignal,
ein Breitengradsignal und ein Höhensignal
des Solarkollektors oder eine Kombination der vorstehenden Signale
beinhaltet.
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Außerdem speichert
die Datenspeichereinheit 125 das Positionssignal, das Zeitsignal
und das Steuersequenzsignal. In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sendet die MCU 123 das Steuersequenzsignal an
die Motorsteuereinheit 127. Die Motorsteuereinheit 127 eignet
sich zum Empfangen des Steuersequenzsignals, um die Ausrichtung 112 des
Solarkollektors 110 zu steuern. Die I/O-Einheit 129 eignet
sich zum Senden des Rückmeldesignals 132 der
Neigungsmessvorrichtung 130 an die Ausrichtungssteuervorrichtung 120,
um die Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 anzupassen.
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Wie
vorstehend beschrieben bestimmt in der vorliegenden Ausführungsform
die Solarnachführvorrichtung 100 die
gegenwärtige
Position der Sonne 101 gemäß ihrer eigenen Position und
Zeit und richtet dementsprechend den Solarkollektor 110 direkt
in Richtung auf die Sonne 101 aus. Danach bestimmt die
Solarnachführvorrichtung 100,
ob die Ausrichtung 112 gemäß dem Rückmeldesignal 132 der
Neigungsmessvorrichtung 130 richtig ist, und passt die
Ausrichtung 112 entsprechend an, um zu gestatten, dass der
Solarkollektor 110 der Sonne 101 korrekt gegenübersteht.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 ferner
eine Datensendevorrichtung 124. Die Datensendevorrichtung 124 eignet
sich zum Laden des Positionssignals in die Ausrichtungssteuervorrichtung 120.
Nebenbei kann die Datensendevorrichtung 124 eine Seriellanschlussvorrichtung
oder eine Parallelanschlussvorrichtung sein; die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Datensendevorrichtung 124 auch eine
Seriellanschlussvorrichtung mit drahtloser Datensendung sein, wie
eine Bluetooth-Plug-and-Play-Vorrichtung oder eine Infrarot-Plug-and-Play-Vorrichtung; die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 ferner
einen Signalempfänger 122 beinhalten.
Der Signalempfänger 122 korrigiert
das Zeitsignal der RTC 121 oder stellt es fein ein. Um
genauer zu sein, kann der Signalempfänger 122 ein FM-Empfänger, ein
GPS-Empfänger
(Global Positioning System) oder ein anderer geeigneter Empfänger zum
Empfangen eines externen FM-Signals oder eines GPS-Signals sein
und das Zeitsignal der RTC 121 entsprechend anpassen oder
korrigieren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Mit
anderen Worten kann der Signalempfänger 122 ferner eine
weitere geeignete Empfängerart
zum Empfangen einer weiteren Signalart sein und das Zeitsignal entsprechend
anpassen oder korrigieren.
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In
der vorliegenden Ausführungsform,
um zu gestatten, dass die Solarnachführvorrichtung 100 die Sonne
genauer verfolgt, damit die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung
des Solarkollektors verbessert und vermieden wird, dass die Solarnachführvorrichtung 100 durch
Umwelteinflüsse
(beispielsweise Wind oder Erschütterungen)
beeinflusst wird und dementsprechend einen Fehler bei der Ausrichtung 112 des
Solarkollektors 110 erzeugt, ist eine Neigungsmessvorrichtung 130 auf
dem Solarkollektor 110 zum Erfassen einer Neigungsrichtung
des Solarkollektors 110 zu jeder Zeit und zum Ausgeben
des Rückmeldesignals 132 an
die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 gemäß der Neigungsrichtung
angeordnet, um zu bestimmen, ob die Ausrichtung 112 des
Solarkollektors, die durch die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 gesteuert
wird, korrekt ist, und um die Ausrichtung 112 dementsprechend
anzupassen.
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1C ist
ein Diagramm einer Neigungsmessvorrichtung, die in 1A angewendet
wird, und 1D ist ein Diagramm einer weiteren
Art von Neigungsmessvorrichtung, die in 1A angewendet
wird. Bezug nehmend auf 1C beinhaltet
zunächst
in der vorliegenden Ausführungsform
die Neigungsmessvorrichtung 130 einen ersten Aufnahmebereich 136,
der entlang einer ersten Richtung 130a verlängert ist,
und ein erstes Bewegungselement 136a, das in dem ersten
Aufnahmebereich 136 angeordnet ist. Das erste Bewegungselement 136a bewegt
sich entlang der ersten Richtung 130a. Eine Vielzahl von
ersten Messelementen 136b ist in dem ersten Aufnahmebereich 136 angeordnet.
Die ersten Messelemente 136b messen eine erste Bewegungsposition
des ersten Bewegungselements 136a. In der vorliegenden
Ausführungsform
besitzt der ersten Aufnahmebereich 136 eine bogenförmige Ausgestaltung
und die ersten Messelemente 136b sind in dem ersten Aufnahmebereich 136 gleichmäßig angeordnet,
wie in 1C gezeigt ist. Die vorstehende
Neigungsmessvorrichtung ist jedoch nur als ein Beispiel beschrieben
und es sollte von Fachleuten verstanden werden, dass andere Arten
von Neigungsmessvorrichtungen (beispielsweise ein G-Sensor) auch
in der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
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Um
genauer zu sein, wenn der Solarkollektor 110 sich entlang
der ersten Richtung 130a neigt, bewegt sich das erste Bewegungselement 136a in
dem ersten Aufnahmebereich 136 auf Grund der Schwerkraft.
In diesem Fall messen die ersten Messelemente 136b eine
erste Bewegungsposition des ersten Bewegungselements 136a und
beziehen dann einen ersten Neigungswinkel des Solarkollektors 110 entlang
der ersten Richtung 130a. In der vorliegenden Ausführungsform
kann die erste Richtung 130a eine Richtung von Ost nach
West oder eine Richtung von West nach Ost sein.
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Außerdem beinhaltet
die Neigungsmessvorrichtung 130 ferner einen zweiten Aufnahmebereich 138,
der entlang einer zweiten Richtung 130b verlängert ist,
und ein zweites Bewegungselement 138a, das in dem zweiten
Aufnahmebereich 138 angeordnet ist. Das zweite Bewegungselement 138a bewegt sich
entlang der zweiten Richtung 130b. Eine Vielzahl von zweiten
Messelementen 138b ist in dem zweiten Aufnahmebereich 138 angeordnet.
Die zweiten Messelemente 138b messen eine zweite Bewegungsposition
des zweiten Bewegungselements 138a. In der vorliegenden
Ausführungsform
besitzt der zweite Aufnahmebereich 138 eine bogenförmige Ausgestaltung
und die zweiten Messelemente 138b sind in dem zweiten Aufnahmebereich 138 gleichmäßig angeordnet,
wie in 1C gezeigt ist.
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Um
genauer zu sein, wenn der Solarkollektor 110 sich entlang
der zweiten Richtung 130b neigt, bewegt sich das zweite
Bewegungselement 138a in dem zweiten Aufnahmebereich 138 auf
Grund der Schwerkraft, und die zweiten Messelemente 138b eigenen
sich zum Messen einer zweiten Bewegungsposition des zweiten Bewegungselements 138a und dementsprechend
zum Beziehen eines zweiten Neigungswinkels des Solarkollektors 110 entlang
der zweiten Richtung 130b. In der vorliegenden Ausführungsform
kann die zweite Richtung 130b eine Richtung von Süd nach Nord
oder eine Richtung von Nord nach Süd sein.
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Wie
vorstehend beschrieben, bezieht die Neigungsmessvorrichtung 130 die
Neigungsrichtung des Solarkollektors 110 gemäß dem ersten
Neigungswinkel und/oder dem zweiten Neigungswinkel und gibt das
Rückmeldesignal 132 an
die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 aus, so dass die
Ausrichtungssteuervorrichtung 120 bestimmen kann, ob die Ausrichtung 112 des
Solarkollektors 110 korrekt auf die Sonne 101 ausgerichtet
ist, und kann dann die Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 dementsprechend
korrigieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der erste Aufnahmebereich 136 der
Neigungsmessvorrichtung 130' eine
lineare Ausgestaltung besitzen, wie in 1D gezeigt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform
kann die Neigungsmessvorrichtung 130' erfassen, ob sich der Solarkollektor 110 entlang
der ersten Richtung 130a nur mittags bewegt. Die Ausrichtungssteuervorrichtung 120 steuert
nämlich
die Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 mittags
korrekt, wenn das erste Bewegungselement 136a an einer
zentralen Position 137 des ersten Aufnahmebereichs 136 verbleibt. Umgekehrt
muss die Ausrichtung 112 des Solarkollektors 110 angepasst
werden, um zu gestatten, dass das erste Bewegungselement 136a an
der zentralen Position des ersten Aufnahmebereichs 136 verbleibt.
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Wie
vorstehend mit verschiedenen Arten von Neigungsmessvorrichtungen 130 und 130' beschrieben,
kann die Solarnachführvorrichtung 100 die
Ausrichtung des Solarkollektors konstant oder nur mittags korrigieren.
Somit besitzt die Solarnachführvorrichtung 100 einen
einfachen Nachführmechanismus.
Da die Solarnachführvorrichtung 100 den
Solarkollektor korrekt ausrichten kann, ohne irgendeinen Photosensor
zu verwenden, können
außerdem
die Herstellungskosten der Solarnachführvorrichtung außerordentlich
verringert werden.
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2 ist
ein Diagramm einer Solarnachführvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 2 beinhaltet
die Solarnachführvorrichtung 200 ein
Gehäuse 210,
eine Vielzahl von Solarkollektoren 220, eine Ausrichtungssteuervorrichtung 230 und eine
Vielzahl von Neigungsmessvorrichtungen 240. Die Solarkollektoren 220 sind
in dem Gehäuse 210 angeordnet
und eigenen sich zur Umwandlung von optischer Energie in elektrische
Energie. Die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 steuert
jeweils eine erste Ausrichtung 222 jedes Solarkollektors 220 gemäß der Position
und Zeit des Solarkollektors 220, wobei die erste Ausrichtung 222 als
der Normalvektor einer lichtempfangenden Fläche 220a der Solarkollektoren 220 definiert
ist, die der Sonne 201 gegenübersteht. Jede Neigungsmessvorrichtung 240 ist
an jedem Solarkollektor 220 zum Messen einer ersten Neigungsrichtung
des Solarkollektors 220 angeordnet, wobei die erste Neigungsrichtung
als der Normalvektor der lichtempfangenden Fläche 220a des Solarkollektors definiert
ist. Jede Neigungsmessvorrichtung 240 eignet sich zum Ausgeben
eines ersten Rückmeldesignals 242 an
die Ausrichtungssteuervorrichtung 230, um jeweils die erste
Ausrichtung 222 jedes Solarkollektors 220 zu korrigieren.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
besitzt die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 einen ähnlichen
Steuermechanismus wie die vorstehend beschriebene Ausrichtungssteuervorrichtung 120 und der
Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 ferner
eine zweite Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 gemäß der Position
und Zeit der Solarkollektoren 220 steuert, wobei die zweite
Ausrichtung 212 als der Normalvektor einer lichtempfangenden
Fläche 210a des
Gehäuses 210 definiert
ist. Außerdem
ist eine der Neigungsmessvorrichtungen 240 auf dem Gehäuse 210 zum
Erfassen einer zweiten Neigungsrichtung des Gehäuses 210 angeordnet.
Die zweite Neigungsrichtung ist die gleiche wie die zweite Ausrichtung 212, wenn
die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 die Solarkollektoren 220 in
Richtung auf die Sonne 201 korrekt ausrichtet. Außerdem sind
die Neigungsmessvorrichtungen 240 zum Ausgeben eines zweiten Rückmeldesignals 244 an
die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 geeignet, um die
zweite Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 zu korrigieren.
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Neben
der jeweiligen Steuerung der ersten Ausrichtung 222 jedes
Solarkollektors 220 kann die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 ferner
die zweite Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 steuern,
um das Gehäuse 210 in
Richtung auf die Sonne 201 auszurichten. Um genauer zu
sein, kann die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 anders
eingebaut werden, um zu gestatten, dass die Solarkollektoren 220 der
Sonne 201 konstant gegenüberstehen. Beispielsweise ist die
erste Ausrichtung 222 der Solarkollektoren 220 festgelegt,
so dass die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 nur die zweite
Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 steuert;
die zweite Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 ist festgelegt,
so dass die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 nur die erste
Ausrichtung 222 jedes Solarkollektors 220 steuert;
oder eine Kombination der vorstehenden zwei Situationen kann eingebaut
werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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Da
eine Vielzahl von Solarkollektoren 220 in dem Gehäuse 210 angeordnet
ist, kann in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 die
zweite Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 steuern,
um nur meridional zu sein, und die erste Ausrichtung 222 jedes
Solarkollektors 220, um transmeridional zu sein. Mit anderen
Worten steuert die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 nur
das Gehäuse 210,
um sich in Übereinstimmung
mit verschiedenen Positionen der Sonne während unterschiedlicher Jahreszeiten
meridional zu bewegen, und zur gleichen Zeit steuert die Ausrichtungssteuervorrichtung 230 jeden
Solarkollektor 220, um sich in Übereinstimmung mit der Tagesbewegung
der Sonne transmeridional zu bewegen.
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Gleichermaßen, um
zu verhindern, dass die Solarnachführvorrichtung 200 durch
Umwelteinflüsse beeinflusst
wird und dementsprechend einen Fehler bei der Ausrichtung des Solarkollektors
erzeugt, sind die Neigungsmessvorrichtungen 240 auf den
Solarkollektoren 220 und dem Gehäuse 210 zum Korrigieren
der ersten Ausrichtung 222 der Solarkollektoren 220 und
der zweiten Ausrichtung 212 des Gehäuses 210 zu jeder
Zeit angeordnet. Jedoch kann in einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nur eine Neigungsmessvorrichtung 240 auf
einem der Solarkollektoren angeordnet sein.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Neigungsmessvorrichtungen 240 die
Neigungsmessvorrichtungen 130 und 130' oder eine Kombination
davon sein können.
Wie die Neigungsmessvorrichtungen 240 die erste Ausrichtung 222 der
Solarkollektoren 220 und die zweite Ausrichtung 212 des
Gehäuses 210 korrigieren,
wurde vorstehend beschrieben und wird daher hier nicht beschrieben.
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Solarnachführverfahrens gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 3 eignet
sich das Solarnachführverfahren
in der vorliegenden Ausführungsform
zum Steuern der Ausrichtung der Solarkollektoren 110 und 220,
um der Sonne gegenüber
zu stehen. Zunächst
werden in den Schritten S310 und S320 ein Positionssignal und ein
Zeitsignal für
einen Solarkollektor bezogen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann das Positionssignal durch eine Datensendevorrichtung erzeugt
werden, die sich zum Senden des Positionssignals eignet, wobei das
Positionssignal ein Längengradsignal,
ein Breitengradsignal und ein Höhensignal
oder eine Kombination davon beinhaltet. Außerdem kann die Datensendevorrichtung
eine Seriellanschlussvorrichtung oder eine Parallelanschlussvorrichtung
sein. Außerdem
kann das Zeitsignal des Solarkollektors von einer RTC erzeugt werden.
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Danach
wird in Schritt S330 ein Steuersequenzsignal gemäß dem Zeitsignal und dem Positionssignal
erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Steuersequenzsignal
von einer MCU erzeugt werden. Die MCU berechnet die Laufbahn der
Sonne gemäß dem Zeitsignal
und dem Positionssignal des Solarkollektors und erzeugt dann das Steuersequenzsignal,
um den Solarkollektor in Richtung auf die Sonne auszurichten.
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Als
Nächstes
wird in Schritt S340 die Ausrichtung des Solarkollektors gemäß dem Steuersequenzsignal
gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Solarkollektor
durch die Verwendung einer Motorsteuereinheit gesteuert werden,
wobei die Motorsteuereinheit sich zum Empfangen des Steuersequenzsignals
eignet, um die Ausrichtung des Solarkollektors zu jeder Zeit anzupassen.
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Danach
wird in Schritt S350 eine Neigungsrichtung des Solarkollektors erfasst.
In der vorliegenden Ausführungsform
kann die Neigungsrichtung des Solarkollektors unter Verwendung einer
Neigungsmessvorrichtung, die auf dem Solarkollektor angeordnet ist,
erfasst werden. Die Neigungsmessvorrichtung erfasst einen ersten
Neigungswinkel des Solarkollektors entlang einer ersten Richtung,
wobei vorstehend beschrieben wurde, wie die Neigungsmessvorrichtung
die Neigung des Solarkollektors erfasst, und wird daher hier nicht
beschrieben. Außerdem
ist die erste Richtung eine Richtung von Ost nach West oder eine
Richtung von West nach Ost.
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Daneben
kann die Neigungsmessvorrichtung ferner einen zweiten Neigungswinkel
des Solarkollektors entlang einer zweiten Richtung erfassen, wobei
die zweite Richtung eine Richtung von Süd nach Nord oder eine Richtung
von Nord nach Süd sein
kann.
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Schließlich wird
in den Schritten S360–S370 ein
Rückmeldesignal
gemäß der Neigungsrichtung ausgegeben
(die Neigungsrichtung kann der erste Neigungswinkel und/oder der
zweite Neigungswinkel sein), um die Ausrichtung des Solarkollektors
anzupassen. Um genauer zu sein, kann das Verfahren zum Anpassen
der Ausrichtung des Solarkollektors die folgenden Schritte beinhalten.
Zunächst
wird der erste Neigungswinkel des Solarkollektors unter Verwendung
der Neigungsmessvorrichtung erfasst. Danach wird ein Rückmeldesignal
an die Ausrichtungssteuervorrichtung gesendet, um zu bestimmen,
ob der erste Neigungswinkel des Solarkollektors korrekt ist. Falls
der erste Neigungswinkel des Solarkollektors nicht korrekt ist,
passt die Ausrichtungssteuervorrichtung den ersten Neigungswinkel
des Solarkollektors konstant an, bis der erste Neigungswinkel des Solarkollektors
der gleiche ist wie der erste Neigungswinkel, der von der Ausrichtungssteuervorrichtung
berechnet wurde. Falls der erste Neigungswinkel des Solarkollektors
korrekt ist, erfasst die Neigungsmessvorrichtung ferner den zweiten
Neigungswinkel des Solarkollektors und sendet ein weiteres Rückmeldesignal
an die Ausrichtungssteuervorrichtung, um zu bestimmen, ob der zweite
Neigungswinkel des Solarkollektors korrekt ist. Falls der zweite Neigungswinkel
des Solarkollektors nicht korrekt ist, passt gleichermaßen die
Ausrichtungssteuervorrichtung den zweiten Neigungswinkel des Solarkollektors konstant
an, bis der zweite Neigungswinkel des Solarkollektors der gleiche
ist wie der zweite Neigungswinkel, der von der Ausrichtungssteuervorrichtung berechnet
wurde. Jetzt ist die Korrekturfunktion der Neigungsmessvorrichtung
beendet.
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Im Überblick
wird in der Solarnachführvorrichtung,
die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, die gegenwärtige Position
der Sonne gemäß der gegenwärtigen Position
und Zeit des Solarkollektors berechnet und die Ausrichtung des Solarkollektors
wird unter Verwendung einer Ausrichtungssteuervorrichtung direkt
in Richtung auf die Sonne ausgerichtet. Um zu verhindern, dass die
Solarnachführvorrichtung
durch Umwelteinflüsse
beeinträchtigt
wird und dementsprechend ihre Genauigkeit verliert, ist ferner eine
Neigungsmessvorrichtung auf dem Solarkollektor als ein Rückmeldemechanismus angeordnet
und die Neigungsmessvorrichtung erfasst konstant, ob der Solarkollektor
korrekt in Richtung auf die Sonne ausgerichtet ist. Da die Neigungsmessvorrichtung
die Neigungsrichtung des Solarkollektors basierend auf einer einfachen
Schwerkrafttheorie erfasst, ohne irgendeinen Photosensor zu verwenden,
bietet außerdem
die Solarnachführvorrichtung
in der vorliegenden Erfindung einen einfachen Nachführmechanismus,
geringe Herstellungskosten und eine hohe Effizienz der photoelektrischen Umwandlung.
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Es
wird den Fachleuten ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden
können,
ohne von dem Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen.
Angesichts des Vorstehenden ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
Modifikationen und Variationen dieser Erfindung unter der Voraussetzung
abdeckt, dass sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und
ihrer Äquivalente
fallen.