DE102010018384A1

DE102010018384A1 - Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie mit einer Nachführeinrichtung für Solarkollektoren und/oder Solarmodule

Info

Publication number: DE102010018384A1
Application number: DE102010018384A
Authority: DE
Inventors: Michael Gövert
Original assignee: Wisco Tailored Blanks GmbH
Current assignee: Wisco Tailored Blanks GmbH
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie, mit mehreren Solarkollektoren und/oder Solarmodulen und einer Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) nach dem Stand der Sonne, wobei die Solarkollektoren und/oder Solarmodule jeweils an einem Träger (3) montiert sind, der mit mindestens einem Führungselement (6) versehen ist. Damit ein derartige Solaranlage als Leichtbau hohen Belastungen standhält und sich zudem kostengünstig herstellen lässt, schlägt die Erfindung vor, den jeweiligen Träger (3) aus einem vorgefertigten Blechhalbzeug herzustellen, das aus miteinander verschweißten Metallblechen unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zusammengesetzt ist, dergestalt, dass der Träger (3) im Bereich (3.1) seines mindestens einen Führungselements (6) verstärkt und/oder ausgesteift ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie, mit mehreren Solarkollektoren und/oder Solarmodulen und einer Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule nach dem Stand der Sonne, wobei die Solarkollektoren und/oder Solarmodule jeweils an einem Träger montiert sind, der mit mindestens einem Führungselement versehen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 100 33 448 A1 bekannt.
Ein Solarkollektor ist eine Vorrichtung, in der eine den Kollektor durchströmende Flüssigkeit mit „eingefangener” Sonnenenergie aufgeheizt wird, wobei nahezu das gesamte Strahlungsspektrum des Sonnenlichtes ausgenutzt wird. Solarkollektoren werden auch als Sonnenkollektoren oder thermische Solarkollektoren bezeichnet. Vorrichtungen, die das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie umwandeln werden dagegen als Solarmodule oder Photovoltaikmodule bezeichnet.
Während man früher ausschließlich fest montierte plattenförmige Solarkollektoren bzw. Solarmodule verwendete, gibt es inzwischen auch Systeme, die dem Stand der Sonne, d. h. der Sonneneinstrahlrichtung nachgeführt werden.
Heutige relativ großflächige Solarkollektoren bzw. Solarmodule werden üblicherweise unter Verwendung von Aluminiumrahmen aufgebaut. Diese Bauweise bietet sich für die heute üblichen Solarkollektoren und Solarmodule an. Im Falle einer Sonnennachführung, beispielsweise über den First eines Satteldaches hinweg, wie sie in der DE 100 33 448 A1 gezeigt wird, werden jedoch kleinere Solarkollektoren bzw. Solarmodule benötigt. Die heutige Bauweise mit Aluminiumrahmen für großflächige Solarkollektoren bzw. Solarmodule ist für solche Nachführeinrichtungen kaum geeignet und auch kostenintensiv.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei relativ geringem Gewicht hohen Belastungen standhält und sich kostengünstig realisieren lässt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Träger des Solarkollektors und/oder Solarmoduls aus einem vorgefertigten Blechhalbzeug hergestellt ist, das aus miteinander verschweißten Metallblechen unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zusammengesetzt ist, dergestalt, dass der Träger im Bereich seines mindestens einen Führungselements verstärkt und/oder ausgesteift ist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung können die Träger der Solarkollektoren bzw. Solarmodulen optimal an lokale Belastungen angepasst werden, was ansonsten zusätzliche Verstärkungsteile erfordert. Auf diese Weise lassen sich das Gewicht der Träger und die Fertigungskosten erheblich reduzieren.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einer Unterteilung großer Solarkollektoren bzw. Solarmodule in viele kleinere, das Fertigungsverfahren für deren Träger (Gehäuse) auf eine kostengünstige Massenproduktion umgestellt werden könnte. Zudem wurde erkannt, dass sich für einen Leichtbau solcher Träger bzw. Gehäuse vorteilhaft sogenannte Tailored Blanks bzw. Tailored Strips verwenden lassen. Mit dieser Bauweise unter Verwendung von Blechplatinen bzw. kontinuierlich geschweißten Blechbändern, welche aus verschiedenen Werkstoffgüten und/oder Blechdicken zusammengesetzt sind, wobei das so vorgefertige Halbzeug anschließend zum Beispiel durch Tiefziehen zu dem gewünschten Bauteil umgeformt wird, können für die kleineren Solarkollektoren bzw. Solarmodule leichte Träger (Gehäuse) mit partiellen Verstärkungen und/oder Aussteifungen erzeugt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Träger für den Solarkollektor bzw. das Solarmodul kasten- oder schalenförmig ausgebildet ist und einen gewellt ausgeführten Boden aufweist. Durch die gewellte Ausgestaltung des Bodens wird die Formsteifigkeit des Trägers verbessert. Auch kann der gewellte Boden dabei als Reflektor für den Einsatz von als Absorber dienenden, die Wärmeträgerflüssigkeit durchleitenden Röhren oder Schläuchen genutzt werden. Die den Röhren bzw. dem Schlauch zugewandte Oberseite des gewellten Bodens weist dabei vorzugsweise eine reflektierende Beschichtung auf.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass den Solarkollektoren und/oder Solarmodulen eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist. Hierdurch können unvermeidbare Schmutzbeläge auf den Solarkollektoren bzw. Solarmodulen komfortabel beseitigt und somit eine hohe Wirksamkeit der Solarkollektoren bzw. Solarmodulen sichergestellt werden. Ferner ist dann auch die Mindestanforderung an die Dachneigung bzw. die Neigung der Solarkollektoren/Solarmodule, die heute aus Gründen einer gewünschten Selbstreinigung gefordert wird, unkritisch und damit hinfällig.
Eine komfortable und sehr wirksame Reinigung der Solarkollektoren/Solarmodule lässt sich erzielen, wenn die Reinigungsvorrichtung nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine mit einem Antrieb versehene drehbare und/oder verfahrbare Bürste und/oder eine Wassersprühvorrichtung, vorzugsweise eine Hochdruck-Wassersprühvorrichtung aufweist. Die Wassersprühvorrichtung, insbesondere die Hochdruck-Wassersprühvorrichtung ermöglicht eine sehr schonende Reinigung von transparenten Abdeckungen der Solarkollektoren bzw. Solarmodule.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung:
1 einen schalenförmigen Träger zur Aufnahme eines Solarkollektors oder Solarmoduls, in perspektivischer Darstellung;
2 eine Draufsicht auf einen Träger gemäß 1 mit einem darin aufgenommenen Solarkollektor oder Solarmodul;
3 eine vergrößerte Querseitenansicht des Trägers der 2;
4 eine vergrößerte Vorderseitenansicht des Trägers der 2;
5 eine Draufsicht auf ein herkömmliches Solarmodul oder einen herkömmlichen Solarkollektor (Stand der Technik);
6 eine Querseitenansicht des Solarmoduls/Solarkollektors der 5 mit Träger und Haltern (Stand der Technik);
7 bis 9 ein sattelförmiges Hausdach mit einer Nachführeinrichtung für Solarkollektoren und/oder Solarmodule der in den 2 bis 4 gezeigten Art;
10 bis 12 ein sattelförmiges Hausdach mit einer weiteren Nachführeinrichtung für Solarkollektoren und/oder Solarmodule der in den 2 bis 4 gezeigten Art;
13 eine Draufsicht auf ein Flachdach eines Gebäudes, an dessen Außenwänden eine Nachführeinrichtung für Solarkollektoren und/oder Solarmodule der in den 2 bis 4 gezeigten Art montiert ist; und
14 eine Draufsicht auf ein Flachdach eines Gebäudes, an dessen Außenwänden eine weitere Nachführeinrichtung für Solarkollektoren und/oder Solarmodule der in den 2 bis 4 gezeigten Art montiert ist.
In den 5 und 6 ist ein herkömmliches plattenförmiges Solarmodul 1' dargestellt, das insbesondere zur Montage auf einem Hausdach bestimmt ist und aus einer Vielzahl von Solarzellen 2' aufgebaut ist. Die Solarzellen 2' sind elektrisch miteinander verschaltet und in eine transparente Kunststoffschicht eingebettet, die wiederum auf der zur Sonne gewandten Seite durch eine Glasscheibe, typischerweise aus Einscheiben-Sicherheitsglas, abgedeckt ist. Die Rückseite des Solarzellenverbundes ist mit einer witterungsfesten Kunststofffolie kaschiert. Zum Schutz der Glasscheibe bei Transport und Montage sowie für die Versteifung und Befestigung des Verbundes weist das Modul 1' einen Rahmen 3' aus Aluminiumprofilen auf. An der Rückseite des Aluminiumprofil-Rahmens 3' sind Halter 4' zur Befestigung des Moduls 1' an einer Dachstruktur bzw. Unterkonstruktion montiert.
Die Bruttofläche eines herkömmlichen Solarmoduls 1' der in den 5 und 6 gezeigten Art liegt heute im Bereich von 2 bis 4 m². Diese großen Solarmodule 1' werden üblicherweise fest auf schrägen Dachflächen und/oder an Wänden montiert. Für eine Erhöhung des Wirkungsgrades entsprechend aufgebauter Solaranlagen durch eine Sonnennachführung der Module 1' über einen Dachfirst hinweg, wie dies beispielsweise in der DE 100 33 448 A1 vorgeschlagen wird, sind derart große Solarmodule 1' oder Sonnenkollektoren wegen ungünstiger Lastfälle, insbesondere starker Windlasten kaum geeignet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Solaranlage) weist dagegen eine Vielzahl relativ schmaler, reihenförmig angeordneter Solarkollektoren und/oder Solarmodule 1 auf, die mit einer Einrichtung zur Sonnennachführung gekoppelt sind. Die Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 nach dem Sonnenstand weist eine oder mehrere Führungsschienen 5 auf, an denen die Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 über Führungselemente 6 beweglich gelagert sind.
Die Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 sind jeweils an bzw. in einem Träger 3 montiert, der mit mindestens einem Führungselement 6 versehen ist.
In dem in den 2 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Träger 3 des Solarkollektors bzw. Solarmoduls 1 kasten- oder schalenförmig ausgebildet. Die Breite B des Trägers (Kastens) 3 liegt beispielsweise im Bereich von 100 mm bis 200 mm, vorzugsweise im Bereich von 120 mm bis 160 mm. Die Länge des Trägers 3 kann beispielsweise im Bereich von 800 mm bis 3000 mm, insbesondere im Bereich von 1000 mm bis 2500 mm liegen. An den Querseiten sind die mit den Führungsschienen 5 zusammenwirkenden Führungselemente 6 angeordnet. Die Führungselemente 6 sind beispielsweise aus Achszapfen 6.1 mit daran drehbar gelagerten Rädern (Laufrollen) 6.2 gebildet. Vorzugsweise sind an den beiden Querseiten des schalen- oder kastenförmigen Trägers 3 jeweils zwei Räder (Führungsrollen) 6.2 angeordnet (vgl. 2 und 3).
Der Träger 3 ist aus einer Blechplatine oder einem Blechband hergestellt, die bzw. des aus Blechen mit verschiedenen Werkstoffgüten und/oder Blechdicken zusammengesetzt ist, dergestalt, dass der Träger 3 verstärkte und/oder ausgesteifte Bereiche 3.1 aufweist, an denen die Führungselemente 6 montiert sind.
Bei den Blechen, aus denen der jeweilige Träger 3 zusammengesetzt ist, handelt es sich vorzugsweise um Stahlbleche mit unterschiedlichen Blechdicken und/oder Werkstoffgüten. Alternativ können die Träger 3 aber auch aus verschiedene Werkstoffgüten und/oder Dicken aufweisenden Aluminiumblechen gefertigt sein. Die zur Herstellung der Träger 3 verwendeten Bleche bestehen zweckmäßigerweise aus korrosionsschutzbeschichteten Blechen, vorzugsweise aus verzinkten Stahlblechen oder aus Edelstahlblechen.
Die verschiedenen Blechzuschnitte oder Blechbänder werden aneinandergeschweißt. Dies erfolgt vorzugsweise als Stumpfstoß mittels Laserschweißen. Anschließend wird die so zusammengesetzte Blechplatine bzw. das so zusammengesetzte Blechband beschnitten und danach zu dem schalen- oder kastenförmigen Träger 3 umgeformt. In den 1 und 4 bezeichnet das Bezugszeichen 3.2 Schweißnähte. Das Umformen des maßgeschneiderten Halbzeuges erfolgt durch Tiefziehen und/oder durch Abkanten. Bei dem durch Abkanten geformten Träger 3 werden ferner die die Ecken bildenden Blechkanten 3.3 miteinander verschweißt.
Das Zuschneiden und Umformen eines aus verschiedenen Blechdicken und/oder Werkstoffgüten maßgeschneiderten Blechbandes in den schalen- oder kastenförmigen Träger 3 zur Aufnahme eines Solarmoduls oder Solarkollektors 1 kann vorteilhaft mittels eines Folgeverbundwerkzeuges durchgeführt werden.
Beim Umformen des maßgeschneiderten Halbzeuges wird der Boden des schalen- oder kastenförmigen Trägers 3 vorzugsweise wellenförmig ausgebildet, um als Reflektor für den Einsatz von Röhrenkollektoren verwendet zu werden. Alternativ können in den Boden des Trägers (Kastens) 3 auch Sicken oder andere Versteifungsstrukturen eingeformt werden.
In den 7 bis 14 sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Solaranlage schematisch dargestellt, die jeweils eine Einrichtung zur Sonnennachführung von in kastenförmigen Trägern 3 gemäß den 1 bis 4 eingesetzten Solarmodulen oder thermischen Solarkollektoren 1 aufweisen. Der jeweilige Träger 3 ist dabei mit einem motorischen Antrieb (nicht gezeigt) gekoppelt.
Die 7 bis 9 zeigen ein Satteldach 7 eines Gebäudes, dessen eine Dachfläche nach Osten und dessen andere Dachfläche nach Westen gerichtet ist. Die Träger 3 gemäß den 1 bis 4 mit den darin eingesetzten Solarmodulen oder thermischen Solarkollektoren 1 sind über ihre Führungselemente in Führungsschienen 5 montiert, die von der einen Dachfläche über den Dachfirst 8 auf die andere Dachfläche verlaufen. Die Träger 3 sind über Gelenkverbindungen (nicht gezeigt) kettenartig aneinandergekoppelt. Der Antrieb (nicht gezeigt) zum Verfahren der Solarmodule bzw. Solarkollektoren 1 von der einen Dachfläche zur anderen und umgekehrt kann beispielsweise als Seil- oder Kettenantrieb ausgeführt sein. Alternativ kann hierzu auch ein Ritzel-Zahnstangen- bzw. ein Zahnrad-Triebstock-Antrieb zum Einsatz kommen.
Das in den 10 bis 12 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 dadurch, dass die Einrichtung, mittels der die Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 über einen Dachfirst 8 hinweg von der Ostseite auf die Westseite bewegt und so dem Stand der Sonne S nachgeführt werden können, zusätzlich ein mit einem Motor gekoppeltes Getriebe (nicht gezeigt) umfasst, mittels welchem sich die Neigung der Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 einzeln und/oder gruppenweise einstellen lässt (vgl. insbesondere 10 und 11).
In den 13 und 14 sind ähnliche Vorrichtungen (Solaranlagen) mit Nachführeinrichtungen dargestellt, die jedoch an Außenwänden 9 von Gebäuden montiert sind. Hier ist eine Nachführung der Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 von der Ostseite, über die Südseite, bis hin zur Westseite des Gebäudes möglich. Bei dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Träger 3 der Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 wiederum mit einem motorgetriebenen Verstellmechanismus versehen, der eine selektive und/oder gruppenweise Schrägstellung der Solarkollektoren bzw. Solarmodule 1 gestattet.
Die Träger 3 der Solarmodule 1 sind vorzugsweise beabstandet zur Dachhaut 7 bzw. Außenseite der Gebäudewand 9 angeordnet. Die hierdurch erreichte Hinterlüftung wirkt einer durch hohe Temperaturen bedingten Abnahme des Wirkungsgrades der Solarmodule 1 entgegen.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten denkbar, die auch bei von den Ausführungsbeispielen abweichender Gestaltung von der in den beigefügten Ansprüchen Gebrauch machen. So kann die erfindungsgemäße Solaranlage zusätzlich auch eine den Solarkollektoren und/oder Solarmodulen 1 zugeordnete Reinigungsvorrichtung umfassen, die beispielsweise wasserführende Bürsten und/oder Hochdruckwasserdüsen aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10033448 A1 [0002, 0005, 0027]

Claims

Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie, mit mehreren Solarkollektoren und/oder Solarmodulen und einer Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) nach dem Stand der Sonne, wobei die Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) jeweils an einem Träger (3) montiert sind, der mit mindestens einem Führungselement (6) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass, der jeweilige Träger (3) des Solarkollektors und/oder Solarmoduls (1) aus einem vorgefertigten Blechhalbzeug hergestellt ist, das aus miteinander verschweißten Metallblechen unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zusammengesetzt ist, dergestalt, dass der Träger (3) im Bereich (3.1) seines mindestens einen Führungselements (6) verstärkt und/oder ausgesteift ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) kasten- oder schalenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) durch Tiefziehen und/oder Abkanten des Blechhalbzeuges hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) einen gewellt ausgeführten Boden aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechhalbzeug aus miteinander verschweißten Stahlblechen unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte zusammengesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbleche aus korrosionsschutzbeschichteten Stahlblechen, vorzugsweise verzinkten Stahlblechen oder aus Edelstahlblechen bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) nach dem Stand der Sonne (S) mindestens eine Führungsschiene (5) aufweist, an der das Führungselement (6) des jeweiligen Trägers (3) beweglich gelagert ist, wobei der jeweilige Träger (3) mit einem motorischen Antrieb gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Nachführung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) nach dem Stand der Sonne (S) ein mit einem Motor gekoppeltes Getriebe umfasst, mittels dem sich die Neigung der Solarkollektoren und/oder Solarmodule (1) einzeln oder gruppenweise einstellen lässt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine den Solarkollektoren und/oder Solarmodulen (1) zugeordnete Reinigungsvorrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung mindestens eine mit einem Antrieb versehene drehbare und/oder verfahrbare Bürste und/oder eine Wassersprühvorrichtung, vorzugsweise eine Hochdruck-Wassersprühvorrichtung aufweist.