DE102009039044A1

DE102009039044A1 - Photovoltaikanlage mit Nachführsteuerung

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Publication number: DE102009039044A1
Application number: DE102009039044A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Walcher; Michael Kaiser; Norbert Wolf
Original assignee: Walcher Meßtechnik GmbH; WALCHER MESTECHNIK GmbH
Current assignee: Walcher Meßtechnik GmbH; WALCHER MESTECHNIK GmbH
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2010-04-29

Abstract

Es wird eine Photovoltaikanlage mit mindestens einer Solarzelleneinheit beschrieben, wobei die Solarzelleneinheit in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehenden Achsen dem Sonnenstand nachführbar ist und für jede der zwei Achsen einen programmgesteuerten Antrieb aufweist. Die Antriebe der Solarzelleneinheit (2) weisen jeweils eine computergestützte Steuerung (141m, 141s) auf, die wenigstens aus Sollwertdaten Steuersignale generiert und Messdaten sammelt und/oder verarbeitet. Einer der Antriebe der Solarzelleneinheit (2) ist als ein Master-Antrieb (14m) und der andere als ein Slave-Antrieb (14s) ausgebildet, wobei der Master-Antrieb (14m) Sollwertdaten für den Slave-Antrieb (14s) bereit (14s) sammelt. Der Masterantrieb (14m) ist so ausgebildet, dass er den Betrieb des Slave-Antriebs (14s) koordiniert und mindestens Sollwertdaten und Messdaten für den Slave-Antrieb (14s) bereitstellt. In einem Gehäuse (12) sind sowohl elektrische und mechanische Komponenten als auch elektronische Komponenten angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben der Photovoltaikanlage.
Photovoltaikanlagen bestehen aus einer Vielzahl von Solarzelleneinheiten, die elektrisch miteinander verbunden sind und Sonnenenergie in elektrische Energie wandeln.
Es sind ortsfeste Photovoltaikanlagen bekannt, deren Solarzelleneinheiten nach einem mittleren Sonnenstand ausgerichtet montiert sind, beispielsweise auf nach Süden gerichteten Dächern von Gebäuden. Derartige Photovoltaikanlagen weisen den Nachteil auf, dass sie die eingestrahlte Sonnenenergie nicht optimal ausnutzen, weil die Sonne sowohl tageszeitlich als auch jahreszeitlich eine unterschiedliche Position einnimmt und daher nur für begrenzte Zeit unter einem optimalen Winkel einstrahlt.
Es sind weiter ortsfeste Photovoltaikanlagen bekannt, deren Solarzelleneinheiten so ausgebildet sind, dass sie die Solarzellen dem Sonnenstand nachführen. Die Nachführung kann beispielsweise durch eine Regelung erfolgen, die die Signale von Photosensoren oder den elektrischen Ertrag der Solarzellen auswertet und sodann die Solarzellen in eine optimale Lage verstellt.
Es sind weiter ortsfeste Photovoltaikanlagen bekannt, die eine Steuerung vorsehen, die auf Sollwerten beruht, die für den Standort der Photovoltaikanlage berechnet sind und den tageszeitlichen und jahreszeitlichen Sonnenstand berücksichtigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders einfache und ausfallsichere Photovoltaikanlage mit dem Sonnenstand nachgeführten Solarzellen sowie ein Verfahren zum Betrieb der Photovoltaikanlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer Photovoltaikanlage mit mindestens einer Solarzelleneinheit gelöst, wobei die Solarzelleneinheit in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehenden Achsen dem Sonnenstand nachführbar ist und für jede der zwei Achsen einen programmgesteuerten Antrieb aufweist, wobei vorgesehen ist, dass die Antriebe der mindestens einen Solarzelleneinheit jeweils eine computergestützte Steuerung aufweisen, die wenigstens aus Sollwertdaten Steuersignale generiert und Messdaten sammelt und/oder verarbeitet, und
dass einer der Antriebe der Solarzelleneinheit als ein Master-Antrieb und der andere als ein Slave-Antrieb ausgebildet ist, wobei der Masterantrieb so ausgebildet ist, dass er den Betrieb des Slave-Antriebs koordiniert und mindestens Sollwertdaten und Messdaten für den Slave-Antrieb bereitstellt, und dass in einem Gehäuse sowohl elektrische und mechanische Komponenten als auch elektronische Komponenten des Antriebs und/oder der Antriebe angeordnet sind.
Die Aufgabe wird weiter mit einem Verfahren zur Steuerung einer Photovoltaikanlage mit mindestens einer Solarzelleneinheit gelöst, wobei die Solarzelleneinheit in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehenden Achsen dem Sonnenstand nachgeführt wird und für jede der zwei Achsen von einen programmgesteuerten Antrieb angetrieben wird, wobei vorgesehen ist, dass die Antriebe der mindestens einen Solarzelleneinheit jeweils von einer computergestützten Steuerung gesteuert werden, die wenigstens aus Sollwertdaten Steuersignale generiert und Messdaten sammelt und/oder verarbeitet, dass einer der Antriebe der Solarzelleneinheit als ein Master-Antrieb und der andere als ein Slave-Antrieb betrieben wird, wobei der Master-Antrieb den Betrieb der Antriebe koordiniert und mindestens Sollwertdaten und Messdaten für den Slave-Antrieb bereitstellt, und dass in einem Backup-Datenspeicher oder einem Backup-Datenspeicherbereich sowohl des Master-Antriebs als auch des Slave-Antriebs alle für den Betrieb notwendigen Daten des Master-Antriebs und des Slave-Antriebs abgelegt werden.
Vorteile, die sich durch die integrierte Bauweise in Verbindung mit einem Ausfall eines der Antriebe ergeben, liegen darin begründet, dass es möglich ist, wie weiter unten beschrieben, die Backup-Daten in den ausgewechselten Antrieb zu übertragen, um einen voll funktionsfähigen Master- oder Slave-Antrieb zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei bevorzugten Ausführungen identische Antriebe aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie allein nach Sollwertvorgaben die Solarzelleneinheiten dem Sonnenstand nachführen. Da jedes der Module zwei identische Antriebe aufweist, sind Kostenvorteile sowohl in der Produktion als auch im Service gegeben. Die Antriebe zeichnen sich vorrichtungsmäßig dadurch aus, dass in einem Gehäuse sowohl elektrische und mechanische Komponenten als auch elektronische Komponenten angeordnet sind, so dass der Antrieb eine kompakte Baugruppe bildet.
Die vorgeschlagene Photovoltaikanlage und das vorgeschlagene Steuerungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass durch die integrierte Bauweise der Antriebe der Montageaufwand verringert ist und aufgrund der einfachen Auswechselbarkeit eines ausgefallenen Antriebs die Verfügbarkeit der Photovoltaikanlage ohne zusätzliche Maßnahmen und/oder Bauelemente erhöht ist. Durch das vorgeschlagene Master-Slave-Prinzip ist eine hohe Redundanz erreicht. Unter dem Master-Slave-Prinzip ist hier verstanden, dass einer der Antriebe den Betrieb des anderen Antriebs koordiniert und dass keine weitere Steuereinheit, insbesondere keine externe Steuereinheit, zum Koordinieren benötigt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb und der Slave-Antrieb einen Backup-Datenspeicher oder einen Backup-Datenspeicherbereich aufweisen, in dem alle für den Betrieb notwendigen Daten abgelegt sind. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, den Backup-Datenspeicher als nichtflüchtigen Datenspeicher auszulegen, so dass keine Stützbatterie oder dergleichen benötigt sind, um die Backup-Daten zu konservieren.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass jeder der Antriebe als Master-Antrieb betreibbar ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Steuerung einen Buskoppler aufweist.
Die Master-Steuerung und die Slave-Steuerung können über eine Datenbusleitung miteinander verbunden sein.
Bei dem Buskoppler handelt es sich um eine Baugruppe, die den Datenverkehr über die Datenbusleitung ermöglicht. Solche Baugruppen sind beispielsweise als Netzwerkkarten für Computer bekannt. Bei der Datenbusleitung kann es sich um einen Datenbus vom Typ RS485 handeln.
Es kann vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb und der Slave-Antrieb über die Datenbusleitung Daten austauschen.
In einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens zur Steuerung der Photovoltaikanlage kann vorgesehen sein, dass alle für den Betrieb notwendigen Daten in Istzeit abgelegt werden. Der Begriff „Istzeit” schließt hier ein, dass der Datenabfrage ein Abfragetakt zugrunde liegt. Der Abfragetakt kann beispielsweise eine Minute betragen, so dass in einer Stunde 60 Wiederherstellungspunkte für die Daten der Photovoltaikanlage zur Verfügung stehen.
Es kann vorgesehen sein, dass ältere Einträge nach einer festgelegten Aufbewahrungszeit gelöscht werden, so dass kein Überlauf des Backup-Datenspeichers eintritt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass ein ausgefallener Master-Antrieb durch einen Ersatz-Antrieb ersetzt wird, und dass die letzten vor dem Ausfall gesicherten Backup-Daten aus dem Backup-Datenspeicher oder dem Backup-Datenspeicherbereich des Slave-Antriebs in den Backup-Datenspeicher oder den Backup-Datenspeicherbereich des Ersatz-Antriebs geschrieben werden und dass sodann der Normalbetrieb der Photovoltaikanlage wieder aufgenommen wird.
Es ist aber auch möglich, dass ein ausgefallener Slave-Antrieb durch einen Ersatz-Antrieb ersetzt wird, und dass die letzten vor dem Ausfall gesicherten Backup-Daten aus dem Backup-Datenspeicher oder dem Backup-Datenspeicherbereich des Master-Antriebs in den Backup-Datenspeicher oder den Backup-Datenspeicherbereich des Ersatz-Antriebs geschrieben werden und dass sodann der Normalbetrieb der Photovoltaikanlage wieder aufgenommen wird.
Ein terminierter Backup-Datensatz (ein Backup-Datensatz mit Zeitstempel) kann als Wiederherstellungspunkt bezeichnet werden. Die fortwährend gespeicherten Wiederherstellungspunkte sind auf einem Zeitstrahl angeordnet und repräsentieren das Betriebsverhalten der Photovoltaikanlage. Es kann auch vorgesehen sein, andere Wiederherstellungspunkte zu wählen oder die Datenintegrität eines zur Wiederherstellung vorgesehenen Wiederherstellungspunktes vor der Wiederherstellung zu prüfen. Dieses Vorgehen kann zweckmäßig sein, wenn der Ausfall des Antriebes nicht plötzlich, sondern allmählich eintrat, und damit der letzte Wiederherstellungspunkt oder die letzten Wiederherstellungspunkte bereits fehlerbehaftet waren. Dadurch, dass sowohl im Backup-Datenspeicher des Master-Antriebs als auch im Backup-Datenspeicher des Slave-Antriebs alls zum Betrieb der Photovoltaikanlage benötigten relevanten Daten gespeichert sind, ist eine hohe Ausfallsicherheit erreicht.
Es können weiter externe Schnittstellen zum Auslesen und Einschreiben der Backup-Datenspeicher vorgesehen sein, so dass auch beide Antriebe gleichzeitig austauschbar sind.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb und/oder der Slave-Antrieb aus Geo-Daten Sollwertdaten zum Betrieb des Master-Antriebs und des Slave-Antriebs erzeugen bzw. erzeugt. Bei den Geo-Daten handelt es sich um geographischen Positionsdaten (Längen- und Breitengrad des Standorts), die vorteilhafterweise in einen Datenspeicher des Master-Antriebs und/oder des Slave-Antriebs Sollwertdaten eingeschrieben werden. Aus den Geo-Daten sind durch Hinzunahme von Datum und Uhrzeit die Sonnenstands-Sollwerte berechenbar.
Die Steuerungen können weiter einen seriellen Anschluss aufweisen. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem seriellen Anschluss um einen USB-Anschluss (USB = Universal Serial Bus), der insbesondere den Anschluss von Geräten im laufenden Betrieb ermöglicht.
Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass dem Master-Antrieb und/oder dem Slave-Antrieb eine Identifikationsadresse zugewiesen wird. Bei der Identifikationsadresse kann es sich um eine beliebige Kombination alphanumerischer Zeichen handeln. Es kann bevorzugt sein, eine fortlaufende Identifikationsadresse zu vergeben. Weiter kann bevorzugt sein, eine sogenannte IP-Adresse zu vergeben. Die IP-Adresse ist die im Rahmen des Internet-Protokolls vergebene Identifikationsadresse, unter ein in das Netz eingebundenes Gerät im Netz erreichbar ist.
Der Master-Antrieb und/oder der Slave-Antrieb können hardwareseitige und/oder softwareseitige Mittel aufweisen, die bei einer Störung oder einem Ausfall des Master-Antriebs und/oder des Slave-Antriebs ein Fehler-Signal auf die Datenbusleitung geben. Das Fehler-Signal kann vorteilhafterweise ein durch die Identifikationsadresse gekennzeichnetes Fehler-Signal sein. Ein hardwareseitiges Mittel kann beispielsweise ein Stromsensor sein, der den Betriebsstrom eines Antriebsmotors überwacht. Ein softwareseitiges Mittel kann beispielsweise eine Prüfroutine sein, die die Differenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert nach Abschluss einer Einstellroutine ermittelt oder die den Inhalt eines Datenspeichers auf Datenverlust überprüft. Es ist weiter möglich, dass sich Master-Antrieb und Slave-Antrieb gegenseitig überwachen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur einer der beiden Antriebe über die Mittel verfügt, wenngleich in diesem Falle zwei unterschiedliche Antriebe gefertigt und bereitgehalten werden müssen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb bei einer Störung oder einem Ausfall eines Datenspeichers des Slave-Antriebs die Steuerdaten für den Slave-Antrieb bereitstellt.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb eine gestörte oder ausgefallene Solarzelleneinheit abschaltet. Eine wegen falscher Ausrichtung abgeschattete oder eine sonst wie defekte Solarzelleneinheit kann den Betrieb der gesamten Photovoltaikanlage in Frage stellen und u. U. irreparable Schäden an den Solarzellen hervorrufen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerungen der Solarzelleneinheiten der Photovoltaikanlage ein Netzwerk bilden, wobei die Steuerungen über die weiter oben beschriebene Datenbusleitung miteinander verbunden sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass dieses Netzwerk mit dem Internet verbunden ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Master-Antrieb ein Betriebsprotokoll erstellt und es in seinem Datenspeicher sowie in dem Datenspeicher des Slave-Antriebs ablegt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Betriebsprotokoll mindestens die Fehlermeldungen und den Zeitpunkt der Fehlermeldungen enthält.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage in perspektivischer Darstellung;
2 eine Solarzelleneinheit in 1 in perspektivischer Darstellung;
3 einen Master- bzw. Slave-Antrieb in 2 in schematischer Schnittdarstellung;
4 ein Blockschaltbild, welches das Zusammenwirken des Master-Antriebs mit dem Slave-Antrieb verdeutlicht.
1 zeigt eine Photovoltaikanlage 1, die aus gleichartig aufgebauten Solarzelleneinheiten 2 gebildet ist. Die Photovoltaikanlage 1 kann beispielsweise auf einem unbebauten Geländestück, an einer Gebäudewand oder auf einem Gebäude errichtet sein.
2 zeigt den Aufbau der Solarzelleneinheit 2 im Einzelnen. Eine Solarzellenträgerplatte 17 ist auf einer am oberen Endabschnitt eines rohrförmigen Ständers 11 angeordneten Gelenkeinrichtung, vorzugsweise eines Kugelgelenks 12, um zwei Achsen schwenkbar montiert. Der untere Endabschnitt des Ständers 11 ist als ein Ständerfuß ausgebildet, der auf einem Untergrund beispielsweise durch Schraubverbindungen befestigt ist.
Ein quadratischer Fachwerkrahmen weist diagonale Streben 13a und 13b auf, die untereinander in ihrem Kreuzungspunkt sowie dort mit dem schwenkbaren Abschnitt des Kugelgelenks 12 starr verbunden sind. Die Streben 13a und 13b weisen Anlenkpunkte auf, die über ein Drehgelenk mit den Abtriebsgliedern eines Master-Antriebs 14m bzw. eines Slave-Antriebs 14s verbunden sind. Die Antriebe 14m und 14s arbeiten nach dem Master-Slave-Prinzip. Unter Master-Slave-Prinzip ist hier verstanden, dass der Master-Antrieb 14m den Betrieb des Slave-Antriebs 14s koordiniert, so dass keine separate Steuereinheit zum Koordinieren der Antriebe benötigt wird.
Die Antriebe 14m und 14s sind als lineare Antriebe mit einem linear verfahrbaren Abtriebsglied ausgebildet, die sich an ihrem dem Abtriebsglied abgewandten Endabschnitt an dem Ständer 11 gelenkig abstützen. Die Antriebe 14m und 14s weisen vorzugsweise eine computergestützte Steuerung mit einem Datenspeicher auf, in den neben anderen Daten geographische Positionsdaten des Standorts der Photovoltaikanlage 1 abgelegt sind. Die geographischen Positionsdaten können beispielsweise mit einem sog. GPS-Empfänger (GPS = Global Positioning System; Globales Positionsbestimmungssystem) ermittelt sein und in einem nichtflüchtigen Speicherbereich des Datenspeichers hinterlegt sein.
Aus den geographischen Positionsdaten bestimmt die Steuerung durch Hinzunahme von Datum und Uhrzeit den aktuellen Sonnenstand und unter Berücksichtigung von Aufstellungsdaten und konstruktiven Daten der Solarzelleneinheit 1 Sollwertdaten für die Verstellbewegungen des Abtriebs. Die Steuerung steuert den Antrieb 14m, 14s so, dass der Abtrieb jeweils eine Istlage einnimmt, die der berechneten datums- und tageszeitabhängigen Solllage entspricht.
Die Antriebe 14m und 14s bilden zusammen mit den Streben 13a bzw. 13b eine Kurbelkette. Dabei greift der Abtrieb des Master-Antriebs 14m an der Strebe 13a an, die drehstarr mit der Strebe 13b verbunden ist und schwenkt damit die Strebe 13b um ihre Längsachse. In analoger Weise greift der Abtrieb des Slave-Antriebs 14s an der Strebe 13b an und schwenkt die Strebe 13a um ihre Längsachse. Die senkrecht aufeinander stehenden Streben 13a und 13b sind so ausgerichtet, dass die Solarzellenträgerplatte 17 sowohl horizontal als auch vertikal schwenkbar ist und damit sowohl dem tageszeitlichen als auch dem jahreszeitlichen Sonnenstand nachführbar ist.
Auf dem quadratischen Fachwerkrahmen sind zwei Längsträger 161 angeordnet, auf denen Querträger 16q angeordnet sind, auf denen sich die Solarzellenträgerplatte 17 in ihrem Schwerpunkt abstützt. Auf der Oberseite der Solarzellenträgerplatte 17 sind Solarzellen angeordnet, die elektrisch in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, beispielsweise Solarzellenmodule bilden. Die von den Solarzellen bereitgestellte elektrische Energie wird einem Wechselrichter 15 zugeführt, der mit einem lokalen oder öffentlichen Stromnetz verbunden ist.
Für die Solarzelleneinheit 2 kann eine Ruheposition vorgesehen sein, in der beispielsweise die Solarzellenträgerplatte 17 in eine waagerechte Position gebracht ist. Es kann vorgesehen sein, die Solarzelleneinheit 2 während der Nacht, bei Sturmgefahr oder bei einem Ausfall in die Ruheposition zu bringen.
3 zeigt nun in einer schematischen Schnittdarstellung einen Antrieb 14, der sowohl als Master-Antrieb 14m als auch als Slave-Antrieb 14s einsetzbar ist. In einem Gehäuse 21 sind sowohl elektrische und mechanische Komponenten als auch elektronische Komponenten angeordnet, so dass der Antrieb 14 eine kompakte Baugruppe bildet.
Die elektrischen und mechanischen Komponenten bilden eine Motor-Getriebe-Baugruppe 142, Die Motor-Getriebe-Baugruppe 142 umfasst einen elektrischen Motor 22 mit einer rotierenden Abtriebsachse 23, eine mit der Abtriebsachse 23 drehstarr verbundene Schnecke 24, ein mit der Schnecke in Eingriff stehendes Schneckenrad 25 sowie eine mit dem Schneckenrad 25 in Eingriff stehende Zahnstange 26. Anstelle des mit der Zahnstange 26 kämmenden Schneckenrads 25 kann eine Zahnradkombination aus dem Schneckenrad 25 und einem mit der Zahnstange 26 kämmenden Stirnzahnrad vorgesehen sein, um für den jeweiligen Zweck optimierte Zahnformen verwenden zu können oder um eine weitere Drehzahlanpassung zu ermöglichen. Das in 3 beispielhaft dargestellte Getriebe ist ein selbsthemmendes Getriebe, so dass keine elektrische Energie bereitgestellt werden muss, um die Solarzelleneinheit in ihrer eingestellten Lageposition zu fixieren. Die Zahnstange 26 ist mit einem stabförmigen Linearabtrieb 27 verbunden, wobei Zahnstange 26 und Linearabtrieb 27 vorteilhafterweise einstückig ausgebildet sein können.
Der Antriebe 14 ist als „intelligenter” Antrieb ausgebildet, d. h. der Linearabtrieb 27 ist durch Eingabe von Sollwerten eindeutig einstellbar. Es sind Mittel zur Lagebestimmung vorgesehen, die in 3 nicht dargestellt sind. Ein „intelligenter” Antrieb ist beispielsweise in der DE 10 2005 036 332 B4 näher beschrieben.
Auf einer Steuerungsplatine 28 ist die Hardware einer computergestützten Steuerung 141 angeordnet, wie weiter unten in 4 beschrieben. Die Steuerungsplatine 28 kann vorteilhafterweise mindestens einen Mikroprozessor, einen Schreib-/Lese-Datenspeicher, sowie Baugruppen zum Anschluss von Sensoren und der Motor-Getriebe-Baugruppe 142, insbesondere des Motors 22 aufweisen.
4 zeigt ein Blockschaltbild, welches das Zusammenwirken des Master-Antriebs 14m und des Slave-Antriebs 14s der Solarzelleneinheit 2 verdeutlicht.
Der Master-Antrieb 14m weist eine Master-Steuerung 141m auf und der Slave-Antrieb weist eine Slave-Steuerung 141s auf, wobei beide Steuerungen gleichartig aufgebaut sind.
Im Folgenden wird nun der Aufbau der Steuerungen 141m und 141s im Einzelnen beschrieben.
Die Steuerung 141m, 141s weist eine Zentraleinheit 31 auf, die wenigstens einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher umfasst. In dem Datenspeicher der Steuerung 141m, 141s sind neben Betriebsdaten Sollwertdaten, vorzugsweise geographischen Positionsdaten, im Folgenden Geo-Daten genannt, des Standorts der Photovoltaikanlage 1 abgelegt. Die Geo-Daten können beispielsweise mit einem sog. GPS-Empfänger (GPS = Global Positioning System; Globales Positionsbestimmungssystem) ermittelt sein und in einem nichtflüchtigen Speicherbereich des Datenspeichers hinterlegt sein.
Weiter weist die Steuerung 141m, 141s einen Backup-Datenspeicher 31b auf, in dem sämtliche systemrelevanten Daten sowohl des Master-Antriebs 14m als auch des Slave-Antriebs 14s abgespeichert sind. Die systemrelevanten Daten umfassen alle Daten, die zum Betrieb des Master-Antriebs und des Slave-Antriebs notwendig sind, wobei es sich sowohl um Defaultwerte als auch um Verlaufsdaten handelt. Der Backup-Datenspeicher 31b kann in die Zentraleinheit 31 integriert sein, d. h. ein Bereich des Datenspeichers der Zentraleinheit 31 sein. Es ist aber auch möglich, dass der Backup-Datenspeicher 31b als separate Baugruppe ausgebildet ist, was die Ausfallsicherheit erhöhen kann.
Geht man davon aus, dass nicht beide Antriebe gleichzeitig ausfallen, so ist es möglich, den ausgefallenen Antrieb durch einen Ersatzantrieb zu ersetzen und sodann ein Datenwiederherstellungsprogramm zu starten, dass die für den Betrieb des Ersatzantriebs notwendigen Daten aus dem Backup-Datenspeicher des funktionsfähigen Antriebs in den Datenspeicher des Ersatzantriebs einschreibt und den Normalbetrieb der Photovoltaikanlage startet. Es kann vorgesehen sein, die Daten gleichzeitig in den Backup-Datenspeicher des Ersatzantriebs einzuschreiben. Es ist auch möglich, zunächst die Daten in den Backup-Datenspeicher des Ersatzantriebs zu schreiben und danach die Daten in den Datenspeicher des Ersatzantriebs zu übertragen. So ist es also möglich, das Auswechseln eines ausgefallenen Antriebs ohne Fachpersonal durchzuführen und den dafür notwendigen Arbeitsaufwand deutlich zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Photovoltaikanlage 1 beim Auswechseln des defekten Antriebs nicht in eine Ausgangsposition gebracht werden muss, sondern in der Lage verbleiben kann, die sie beim Ausfall des Antriebs einnahm. Der ausgetauschte Antrieb kann durch Einschreiben der Backup-Daten exakt soweit ausgefahren werden, dass er mit der betreffenden Anschlussstelle der in der ursprünglichen Lage belassenen Photovoltaikanlage 1 passgenau verbindbar ist.
Aus den Geo-Daten bestimmt die Zentraleinheit 31 unter Berücksichtigung von Datum und Uhrzeit den aktuellen Sonnenstand und unter Berücksichtigung von Aufstellungsdaten und konstruktiven Daten der Solarzelleneinheit 2 Sollwertdaten für die Verstellbewegungen des Motors 22. Die Zentraleinheit 31 ist über eine Motorendstufe 22t mit dem Motor 22 des Master-Antriebs 14m bzw. des Slave-Antriebs 14s verbunden. Die Zentraleinheit 31 steuert den Motor 22 so, dass der Linearabtrieb 27 jeweils eine Istlage einnimmt, die der berechneten datums- und tageszeitabhängigen Solllage entspricht.
Die Steuerung 141m, 141s weist weiter Messeingänge 33 auf, die zum Anschluss von Sensoren bestimmt sind. Die Messeingänge 33 können beispielsweise als Analog-Digital-Wandler ausgebildet sein. Es sind jedoch lediglich die Messeingänge 33 der Master-Steuerung 141m mit Sensoren verbunden. Die Messeingänge 33 der Slave-Steuerung 141s sind nicht belegt. Die Messeingänge 33 der Master-Steuerung 33 sind in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Windstärkesensor 33w, einem Sonnenstandssensor 331 und einem Schneebedeckungssensor 33s verbunden. Bei den Sensoren kann es sich sowohl um Sensoren handeln, die auf der Solarzelleneinheit angeordnet sind, als auch um externe Sensoren handeln.
Beispielsweise können der Windstärkesensor 33w und der Sonnenstandssensor 331 als externe Messeinrichtungen ausgebildet sein, die mit allen Solarzelleneinheiten 2 der Photovoltaikanlage 1 verbunden sind.
Die Steuerung 141m, 141s weist weiter einen oder mehrere Buskoppler 34b und einen oder mehrere USB-Anschlüsse 34u auf (USB = Universal Serial Bus). Der Buskoppler 34b ist mit einer Datenbusleitung 341 verbunden, so dass die Master-Steuerung 141m Daten mit der Slave-Steuerung 141s austauschen kann.
Der USB-Anschluss 34u kann zeitweilig mit einem tragbaren Computer 35 verbunden sein, über den beispielsweise aktuelle Geo-Daten übertragen werden und Datum und/oder Uhrzeit aktualisiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, Betriebsprotokolle der Steuerung 141m, 141s in den Computer 35 zu übertragen oder das Steuerungsprogramm zu aktualisieren.
Über die Datenbusleitung 341 steuert die Master-Steuerung 141m den Betrieb der Slave-Steuerung 141s. Dabei synchronisiert die Master-Steuerung 141m mindestens den Betrieb der beiden Steuerungen 141m, 141s und stellt der Slave-Steuerung 141s Messwerte und/oder aus den Messwerten erzeugte Steuerbefehle zur Verfügung. Weiter kann vorgesehen sein, dass bei Datenverlust eines der beiden Datenspeicher Daten zur Rekonstruktion verlorener Daten zwischen den Steuerungen 141m und 141s ausgetauscht werden.
Die Datenbusleitung 341 kann mit einem Computer-Netzwerk verbunden sein, das beispielsweise die Steuerungen aller Solarzelleneinheiten 2 der Photovoltaikanlage 1 umfasst. Bei dem Computer-Netzwerk kann es sich um ein LAN (Local Area Network), d. h. ein lokales drahtgebundenes Netzwerk, ein WLAN (Wireless LAN), d. h. ein lokales drahtloses Netzwerk, oder um das Internet handeln. Mit dem Computer-Netzwerk kann ein stationäres Eingabe- und Kontrollgerät verbunden sein, das beispielsweise zur Eingabe der Geo-Daten bestimmt ist oder die Geo-Daten über eine Abfrage aus dem Internet bereitstellt. Es kann weiter vorgesehen sein, die Photovoltaikanlage 1 über das Internet zu überwachen und/oder zu steuern.
Die Steuereinheiten 141m und 141s sind über Netzteile 22t mit einem Stromnetz 22 verbunden. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Steuereinheiten 141m, 141s wahlweise aus alternativen Energiequellen zu betreiben, beispielsweise bei ausreichender Beleuchtung mit Solarstrom oder mit Windstrom. Umschalter zum Wechsel der Stromversorgung können im Gehäuse des Wechselrichters 15 (siehe 2) angeordnet sein.

1: Photovoltaikanlage
2: Solarzelleneinheit
11: Ständer
12: Gelenkeinrichtung; Kugelgelenk
13a: Strebe
13b: Strebe
14: Antrieb
14m: Master-Antrieb
14s: Slave-Antrieb
15: Wechselrichter
161: Längsträger
16q: Querträger
17: Solarzellenträgerplatte
21: Gehäuse
22: Motor
22t: Motorendstufe
23: Abtriebsachse
24: Schnecke
25: Schneckenrad
26: Zahnstange
27: Linearabtrieb
28: Steuerungsplatine
31: Zentraleinheit
31b: Backup-Datenspeicher
32: Stromnetz
32n: Netzteil
33: Messeingänge
331: Sonnenstandssensor
33s: Schneebedeckungssensor
33w: Windstärkesensor
34b: Buskoppler
341: Datenbusleitung
34u: USB-Anschluss
35: tragbarer Computer
141m: Master-Steuerung
141s: Slave-Steuerung
142: Motor-Getriebe-Baugruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005036332 B4 [0047]

Claims

Photovoltaikanlage mit mindestens einer Solarzelleneinheit, wobei die Solarzelleneinheit in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehenden Achsen dem Sonnenstand nachführbar ist und für jede der zwei Achsen einen programmgesteuerten Antrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe der mindestens einen Solarzelleneinheit (2) jeweils eine computergestützte Steuerung (141m, 141s) aufweisen, die wenigstens aus Sollwertdaten Steuersignale generiert und Messdaten sammelt und/oder verarbeitet, und dass einer der Antriebe der Solarzelleneinheit (2) als ein Master-Antrieb (14m) und der andere als ein Slave-Antrieb (14s) ausgebildet ist, wobei der Masterantrieb (14m) so ausgebildet ist, dass er den Betrieb des Slave-Antriebs (14s) koordiniert und mindestens Sollwertdaten und Messdaten für den Slave-Antrieb (14s) bereitstellt, und dass in einem Gehäuse (21) sowohl elektrische und mechanische Komponenten als auch elektronische Komponenten angeordnet sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) und der Slave-Antrieb (14s) einen Backup-Datenspeicher oder einen Backup-Datenspeicherbereich aufweisen, in dem alle für den Betrieb notwendigen Daten abgelegt sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Antriebe (14m, 14s) als Master-Antrieb (14m) betreibbar ist.
Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (141m, 141s) einen Buskoppler aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuerung (141m) und die Slave-Steuerung (141s) über eine Datenbusleitung (341) miteinander verbunden sind.
Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (141m, 141s) einen seriellen Anschluss aufweist.
Verfahren zur Steuerung einer Photovoltaikanlage, vorzugsweise unter Einsatz einer Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einer Solarzelleneinheit, wobei die Solarzelleneinheit in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehenden Achsen dem Sonnenstand nachgeführt wird und für jede der zwei Achsen von einen programmgesteuerten Antrieb angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe der mindestens einen Solarzelleneinheit (2) jeweils von einer computergestützten Steuerung (141m, 141s) gesteuert werden, die wenigstens aus Sollwertdaten Steuersignale generiert und Messdaten sammelt und/oder verarbeitet, dass einer der Antriebe der Solarzelleneinheit (2) als ein Master-Antrieb (14m) und der andere als ein Slave-Antrieb (14s) betrieben wird, wobei der Master-Antrieb (14m) den Betrieb der Antriebe (14m, 14s) koordiniert und mindestens Sollwertdaten und Messdaten für den Slave-Antrieb (14s) bereitstellt, und dass in einem Backup-Datenspeicher oder einem Backup-Datenspeicherbereich sowohl des Master-Antriebs (14m) als auch des Slave-Antriebs (14s) alle für den Betrieb notwendigen Daten des Master-Antriebs (14m) und des Slave-Antriebs (14s) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle für den Betrieb notwendigen Daten in Istzeit abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausgefallener Master-Antrieb durch einen Ersatz-Antrieb ersetzt wird, und dass die letzten vor dem Ausfall gesicherten Backup-Daten aus dem Backup-Datenspeicher oder dem Backup-Datenspeicherbereich des Slave-Antriebs in den Backup-Datenspeicher oder den Backup- Datenspeicherbereich des Ersatz-Antriebs geschrieben werden und dass sodann der Normalbetrieb der Photovoltaikanlage wieder aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausgefallener Slave-Antrieb durch einen Ersatz-Antrieb ersetzt wird, und dass die letzten vor dem Ausfall gesicherten Backup-Daten aus dem Backup-Datenspeicher oder dem Backup-Datenspeicherbereich des Master-Antriebs in den Backup-Datenspeicher oder den Backup-Datenspeicherbereich des Ersatz-Antriebs geschrieben werden und dass sodann der Normalbetrieb der Photovoltaikanlage wieder aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) und/oder der Slave-Antrieb (14s) aus Geo-Daten Sollwertdaten zum Betrieb des Master-Antriebs und des Slave-Antriebs erzeugen bzw. erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Master-Antrieb (14m) und/oder dem Slave-Antrieb (14s) eine Identifikationsadresse zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) und der Slave-Antrieb (14s) über eine Datenbusleitung (341) Daten austauschen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) bei einer Störung oder einem Ausfall des Master-Antriebs (14m) und/oder des Slave-Antriebs (14s) ein durch seine Identifikationsadresse gekennzeichnetes Fehler-Signal auf die Datenbusleitung (341) ausgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) bei einer Störung oder einem Ausfall eines Datenspeichers des Slave-Antriebs (14s) die Steuerdaten für den Slave-Antrieb (14s) bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) eine gestörte oder ausgefallene Solarzelleneinheit (2) abschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Antrieb (14m) ein Betriebsprotokoll erstellt und es in seinem Datenspeicher sowie in dem Datenspeicher des Slave-Antriebs (14s) ablegt.