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Die Erfindung betrifft ein System, Verfahren und ein Computer-Programm zur Steuerung der Sonnenstandsnachführung von Solarmodulen.
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Zur Gewinnung von Energie aus der Sonneneinstrahlung sind sowohl Photovoltaikmodule bekannt, die die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln, als auch Solarkollektoren, die die Sonnenenergie zum Aufheizen eines Mediums verwenden. Im Folgenden werden sowohl Photovoltaikmodule als auch Solarkollektoren unter dem Begriff "Solarmodul" zusammengefasst.
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Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist es ferner bekannt, die Winkelposition der Solarmodule dem Sonnenstand im Tagesverlauf nachzuführen. Besonders vorteilhaft werden die Solarmodule um zwei Raumachsen drehbar auf Nachführeinheiten angeordnet, so dass eine Sonnenstandsnachführung sowohl im Azimut, d.h. um eine Vertikalachse, als auch in der Elevation, d.h. um eine Horizontalachse, erfolgen kann. Derartige Nachführeinheiten werden allgemein als "Tracker" bezeichnet. Andere Nachführeinheiten schwenken die Solarmodule lediglich in der Elevation. Diese werden allgemein als "Kipp-Tracker" bezeichnet.
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Die Steuerung derartiger Nachführeinheiten muss besonderen Qualitätskriterien genügen, da sie möglichst wartungsfrei sein sollte. Solarfelder, in denen hunderte von Nachführeinheiten aufgestellt werden, werden oft in abgelegenen Gebieten errichtet und sollen daher möglichst wartungsfrei über ihre Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten arbeiten.
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Für die Sonnenstandsnachführung ist es grundsätzlich bekannt, den Stand der Sonne laufend mittels eines Lichtsensors zu ermitteln und die Nachführeinheiten entsprechend auszurichten. Ferner ist es bekannt, den Sonnenstand aufgrund der geographischen Lage des Solarfelds zu errechnen bzw. die so errechneten Sonnenstandsdaten zu speichern und die Nachführeinheiten nach diesen Vorgaben auszurichten.
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Die
DE 10 2009 021 975 A1 offenbart ein System zur Steuerung der Sonnenstandsnachführung, bestehend aus einer Vielzahl von zumindest um eine Achse mittels zumindest einer Stelleinheit dreh- bzw. schwenkbaren Nachführeinheiten. Jeder Nachführeinheit ist jeweils eine erste Steuereinheit zugeordnet, die die ihr zugehörigen Stelleinheiten steuert. Ferner ist zumindest eine zweite Steuereinheit vorgesehen, an die mehrere erste Steuereinheiten über einen Daten-Bus angeschlossen sind. Die zumindest eine zweite Steuereinheit ist zur Abgabe von an jeweils eine erste Steuereinheit adressierten Befehlen und/oder Steuerungsinformationen über den Daten-Bus ausgerichtet, wobei die Steuerungsinformationen insbesondere Soll-Werte für die Position der Nachführeinheiten sind.
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Bei diesem System besteht der Nachteil, dass bei Ausfall des Bussystems keine Nachführung mehr stattfindet. Die Nachführeinheiten bleiben in der zuletzt eingenommenen Position stehen, die jedoch nur zu einer einzigen Tageszeit akzeptable Erträge liefert.
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Die
DE 20 2010 008 439 U1 offenbart ein System zum sonnenstandsabhängigen Nachführen von Solarzellenmodulen einer Solaranlage, umfassend eine Antriebseinrichtung für eine Gruppe von Antriebseinheiten zum Nachführen der Solarzellenmodule, wobei jeder Antriebseinheit eine Ansteuereinheit zugeordnet ist und die Ansteuereinheiten mit einer gemeinsamen Energieversorgung sowie einem Datenbus verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen von Ansteuereinheiten über eine gemeinsame Energie- und Datenübertragungsleitung mit einem Buskoppler verbunden sind.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein System zur Steuerung der Sonnenstandsnachführung von Solarmodulen anzugeben, das besonders ausfallsicher ist und zudem kostengünstig implementiert werden kann.
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Diese Aufgaben werden erfüllt mit einem System gemäß Anspruch 1, einem Verfahren gemäß Ansprüchen 11 und 12, sowie einem Computerprogramm gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das System umfasst:
- • eine oder mehrere Gruppen von zumindest um eine Achse mittels zumindest einer Stelleinheit drehbaren Nachführeinheiten, welche jeweils einer Einzel-Steuereinheit zugeordnet sind, die die Stelleinheit(en) der Nachführeinheit steuert;
- • ein Stromversorgungssystem mit Versorgungsleitungen, welches die Stelleinheiten mit Strom versorgt, wobei die Versorgungsleitungen für die Stelleinheiten einer Gruppe von Nachführeinheiten jeweils von einer dieser Gruppe zugeordneten Haupt-Steuereinheit ausgehen.
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Erfindungsgemäß übermittelt die zumindest eine Haupt-Steuereinheit bei Bedarf – also in der Regel laufend bzw. alle 5–30 min., wenn eine neue Winkelposition eingenommen werden soll – über die Versorgungsleitungen Soll-Positionsdaten an die Einzel-Steuereinheiten der ihr zugeordneten Nachführeinheiten. Die Datenübertragung über die Versorgungsleitungen ist besonders kostengünstig und ausfallsicher, da diese Kabel in jedem Fall verlegt werden müssen. Mit „Soll-Positionsdaten“ sind in der Regel Winkelpositionen gemeint, die die an den Nachführeinheiten angeordneten Solarmodule gemäß einem vorab festgelegten oder jeweils in Abhängigkeit vom Kalenderdatum und Uhrzeit berechneten Sonnenstand einnehmen sollen, um optimale Erträge zu liefern. Dabei erfolgt die Sonnenstandsnachführung in der Regel nicht kontinuierlich, sondern in etwa 1°–10° Schritten.
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Die Nachführeinheiten sind bevorzugt Gestelle zum Aufständern von Solarmodulen, die bevorzugt zur Azimut- oder Elevations-Nachführung um zumindest eine Achse drehbar sind. Die Drehung jeder Nachführeinheit wird durch ein oder mehrere Stelleinheiten, insbesondere Elektromotoren, bewirkt. Diese verfügen über eine Stromversorgung. Die Nachführeinheiten können Kipp-Tracker oder bevorzugt Tracker sein, wie sie z.B. in
EP 2 015 369 A2 beschrieben sind. In der Regel werden mehrere Solarmodule zu einem Solarmodultisch zusammengefasst, der mittels einer Nachführeinheit positioniert/gedreht wird. Bei den Solarmodulen handelt es sich bevorzugt um Photovoltaikmodule, wobei die Erfindung grundsätzlich auch auf Sonnenkollektoren angewendet werden kann.
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Jeder Nachführeinheit ist eine Einzel-Steuereinheit zugeordnet, die in der Regel auch örtlich nahe der Stelleinheiten an der Nachführeinheit angeordnet ist. Die Einzel-Steuereinheit – auch Trackersteuerung genannt – gewährleistet eine eigenständige Steuerung, die die Stelleinheit(en) der Nachführeinheit ansteuert und deren Bewegung bevorzugt über einen Absolutwert-Positionssensor überwacht. Die Einzel-Steuereinheiten verfügen bevorzugt auch über einen Datenspeicher, um die übermittelten Kommunikationssignale, insbesondere Soll-Positionsdaten, zu speichern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich zumindest einen Steuerungsrechner vorgesehen, welcher über einen Daten-Bus mit den Einzel-Steuereinheiten verbunden ist und welcher zur Abgabe von an jeweils eine Einzel-Steuereinheit gerichteten Kommunikationssignalen über den Daten-Bus ausgerichtet ist, wobei die Kommunikationssignale Soll-Positionsdaten für die Stelleinheiten enthalten. In dieser Ausführungsform überprüft die zumindest eine Haupt-Steuereinheit laufend die Kommunikation auf dem Daten-Bus zwischen dem Steuerungsrechner und den ihr zugeordneten Nachführeinheiten und übermittelt bevorzugt nur bei Ausfall der Kommunikation über die Versorgungsleitungen Soll-Positionsdaten an die Einzel-Steuereinheiten der ihr zugeordneten Nachführeinheiten. Dadurch wird effektiv eine duale Steuerung erreicht, die besonders ausfallsicher ist. Bevorzugt besitzt jede Nachführeinheit bzw. jede Einzel-Steuereinheit eine individuelle Busadresse, über die der Steuerungsrechner mit ihr kommuniziert. Somit kann jeder Tracker bzw. jede Nachführeinheit einzeln über ihre Adresse angesteuert werden. Die Einzel-Steuereinheiten sind vorzugsweise auch dazu konfiguriert, ihrerseits Kommunikationssignale an den Steuerungsrechner zu übersenden.
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Bei dem Steuerungsrechner handelt es sich bevorzugt um einen PC bzw. Industrie-PC, von denen jeder ca. 250–500 Nachführeinheiten ansteuert und überwacht. Für die Datenübermittlung zwischen Steuerungsrechner und Einzel-Steuereinheiten kann ein handelsübliches Bus-System verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Spezialanfertigung verwendet, die nicht bei 5V arbeitet, sondern bei 23–27V, insbesondere 23V, 24V oder 25V. Somit werden die Signale mit höheren Spannungen als bei handelsüblichen Bus-Systemen versandt, was eine höhere Betriebssicherheit zur Folge hat. Der Steuerungsrechner verwendet z. B. einen astronomischen Kalender, mit dem der Sonnenstand permanent errechnet wird. Alternativ kann der Steuerungsrechner die Sonnenstandsinformationen auch abspeichern und/oder jeweils neue Sonnenstandsinformationen über eine Datenleitung, wie z.B. das Internet oder Mobilfunk, von einem entfernten Rechner abrufen. Aus den Sonnenstandsinformationen werden die Soll-Positionsdaten (Winkelstellungen) der Nachführeinheiten gemäß einem vorprogrammierten System abgeleitet.
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Eine redundante Steuerung der Nachführeinheiten ist besonders vorteilhaft, weil Bus-Systeme gelegentlich ausfallen. Selbst wenn dies nur für einen Teil der Nachführeinheiten geschieht, wirkt sich dies äußerst nachteilig auf den Ertrag eines Solarfelds aus. Es ist nämlich ein Gleichlauf der Tracker äußerst vorteilhaft, da sich sonst die Tracker gegenseitig verschatten. Bevorzugt wird das Stromversorgungssystem genutzt, um Kommunikationsdaten zu übertragen, insbesondere Soll-Positionsdaten, wenn das Bus-System bzw. der Daten-Bus ausfällt. Es kann für jeden Steuerungsrechner oder für das gesamte System eine einzige Haupt-Steuereinheit oder vorzugsweise mehrere vorgesehen sein.
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Die Nutzung der Versorgungskabel als Kommunikationssystem ist aufgrund der großen Entfernungen, die auf einem Solarfeld typischerweise zwischen einer Haupt-Steuereinheit und den Einzel-Steuereinheiten zurückzulegen sind, also etwa 30m bis mehrere 100m, keineswegs trivial. Ein aufmodulierter Feinstrom, wie er etwa bei einer Datenübertragung über das Haushalts-Stromnetz verwendet wird, ist zu störungsanfällig, um derartige Entfernungen zu überbrücken. Zudem fließen höhere Ströme aus den Solarmodulen in den Kabelsträngen und Kabelgräben.
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Aufgrund dessen wird folgende Lösung verwendet: Das Stromversorgungssystem arbeitet mit Drehstrom, d.h. die Stelleinheiten werden über entsprechende Drehstrom-Versorgungsleitungen mit Strom versorgt, so dass jede Leitung fünf Leiter, nämlich die drei Drehstromphasen, einen Nullleiter und einen Schutzleiter, hat. Die drei stromführenden Phasen werden z.B. über Relais zu den Stelleinheiten durchgeschaltet. Die Relais werden über die Einzel-Steuereinheiten individuell gesteuert. Auf dem Nullleiter fließt bei einer derartigen Stromversorgung kein Strom.
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Für die Steuerung wird bevorzugt eine der drei stromführenden Phasen, welche auf z.B. 220 V arbeitet, sowie der Nullleiter an die Einzel-Steuereinheit bzw. deren Steuerplatine angeschlossen. Durch eine Taktung des Nullleiters, so dass der Stromkreis zwischen der Phase und dem Nullleiter getaktet unterbrochen wird, können auf diese Weise Signale von der Haupt-Steuereinheit an die Einzel-Steuereinheiten übertragen werden. Für die Datenübertragung wird beispielsweise ein alphanumerischer Code oder ein Zählcode verwendet. Somit wird das Solarfeld auch bei einem Komplettausfall des Daten-Bus-Systems gesteuert, oder wenn gar kein Daten-Bus-System vorhanden ist, was insbesondere bei kleineren Solarfelder vorteilhaft ist.
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Das System kann derart ausgelegt sein, dass jeweils mehrere Nachführeinheiten in Reihe geschaltet sind. Diese erhalten somit über den Nullleiter stets das gleiche Positionssignal. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils bis zu 30 Nachführeinheiten zu einem sogenannten Strang zusammengefasst. Bevorzugt wird ein Strang projektspezifisch durch Reihenschaltung und Parallelschaltung derart mit Versorgungsleitungen verkabelt, dass die kürzesten Kabellängen erreicht werden. Vorzugsweise werden das Stromversorgungskabel und das Daten-Bus-Kabel gemeinsam verlegt. Somit wird jede Nachführeinheit permanent mit Strom fremdversorgt und kann selbständig über die Einzel-Steuereinheit arbeiten.
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Bevorzugt sind jeweils maximal sechs bis acht Stränge einer Haupt-Steuereinheit zugeordnet. Somit versorgt jede Haupt-Steuereinheit ca. 120–170, bevorzugt ca. 150 Nachführeinheiten über vier bis sechs separat abgesicherte Versorgungsleitungen. Bevorzugt gehen von einem zentralen Punkt aus große, dreiphasige Drehstromkabel zu den Haupt-Steuereinheiten. Bei dem zentralen Punkt handelt es sich bevorzugt um die Station des Solarfeldes, wo auch der oder die Steuerungsrechner untergebracht sind, sowie die Verteiler für die Stromversorgung.
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Die Sonnenstandsnachführung erfolgt vorzugsweise schrittweise, in Schritten von jeweils etwa 1° bis 10°, beispielsweise in 5°-Schritten. Dadurch muss jede Nachführeinheit etwa alle 15–30 Minuten eine neue Position anfahren. Daher wird bevorzugt, dass nicht alle Nachführeinheiten eines Systems bzw. Solarfeldes gleichzeitig mit neuen Soll-Positionsdaten angesteuert werden, sondern dies erfolgt bevorzugt zeitversetzt. Dadurch fahren bei beispielsweise 1.000 Nachführeinheiten in einem System jeweils nur 20–25 Nachführeinheiten gleichzeitig. Dadurch werden Leistungsspitzen im Stromversorgungssystem vermieden, was zu Einsparungen sowohl im Stromverbrauch als auch in der Verkabelung führt. Damit sich die einzelnen Nachführeinheiten jedoch nicht gegenseitig verschatten, ist es sinnvoll und bevorzugt, jeweils alle Nachführeinheiten eines Strangs gleichzeitig mit neuen Soll-Positionsdaten zu versorgen.
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Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom wird typischerweise an Wechselrichter übermittelt, die einen zur Einspeisung in das Stromnetz geeigneten Wechselstrom erzeugen. Bevorzugt erhalten jeweils jene Nachführeinheiten, deren Solarmodule dem gleichen Wechselrichter zugeordnet sind, gleichzeitig oder zeitnah neue Soll-Positionsdaten. Dadurch wird vermieden, dass diese Nachführeinheiten unterschiedliche Positionen einnehmen und sich dadurch gegenseitig verschatten.
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Im Folgenden werden bevorzugte intelligente Funktionalitäten der Einzel-Steuerungseinheiten beschrieben.
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Jede Nachführeinheit besitzt einen oder mehrere Positionssensoren, welche die Ist-Position, also die Winkelposition, des Solarmodultisches der Nachführeinheit messen. Vorzugsweise ist die absolute Ausrichtung jeder Nachführeinheit in die jeweilige Einzel-Steuereinheit einprogrammiert, so dass die Einzel-Steuereinheit anhand einer erhaltenen Soll-Position die ihr zugeordneten Stelleinheit(en) auf die korrekte Position steuern kann.
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Vorzugsweise sind die Einzel-Steuereinheiten dazu konfiguriert, die übermittelten Soll-Positionsdaten, von denen etwa alle 10–30 Minuten neue übermittelt werden sollten, zu speichern, die neueste Soll-Position in regelmäßigen Abständen mit der gemessenen Ist-Position zu vergleichen und bei einer Abweichung die Stelleinheit(en) in einem Anfahrversuch anzuweisen, die Soll-Position anzufahren. Somit wird die Position auch korrigiert, wenn sich eine Nachführeinheit beispielsweise aufgrund starken Windes selbsttätig verstellt hat. Der Abgleich der Soll- mit der Ist-Position erfolgt nämlich kontinuierlich, beispielsweise alle paar Sekunden oder Minuten. Übersteigt die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position einen vordefinierten Schwellwert, steuert die Einzel-Steuereinheit die Stelleinheiten derart an, dass die Soll-Position angefahren wird.
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Vorzugsweise wird nach einem Anfahrversuch kontrolliert, ob die Soll-Position erreicht wurde. Falls nein, wird vorzugsweise mit einer festgelegten Verzögerung ein weiterer Anfahrversuch unternommen. Die Verzögerung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der erste Anfahrversuch wegen Überlastung des Stromversorgungssystems nicht erfolgreich war, weil beispielsweise zu viele Stelleinheiten gleichzeitig Strom verbraucht haben.
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Dieser Vorgang wird bei Bedarf mehrfach wiederholt. Wenn nach einer vorgegebenen Anzahl, z.B. 4–6, Anfahrversuche die Soll-Position immer noch nicht erreicht wurde, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Fehlermeldung über den Daten-Bus an den Steuerungsrechner übermittelt. Der Steuerungsrechner ist vorzugsweise über eine Datenverbindung, beispielsweise ISDN/DSL oder GSM-SMS oder LAN/WLAN mit einer außerhalb des Solarfelds gelegenen Wartungsstation verbunden, und kann die Fehlermeldung somit weitergeben. Sollte beispielsweise ein Getriebedefekt oder ein Motordefekt an der Nachführeinheit vorliegen, wird dieser Fehler somit diagnostiziert und kann behoben werden.
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Ferner sind die Einzel-Steuereinheiten in einer bevorzugten Ausführungsform dazu konfiguriert, mittels der Positionssensoren die Anfahrgeschwindigkeit der Stelleinheit(en) zu kontrollieren und bei Unterschreitung eines Geschwindigkeits-Grenzwerts den Anfahrversuch abzubrechen. Dies geschieht beispielsweise bei zu starkem Wind, der über die Solarmodule auf die Stelleinheiten wirkt, bei Getriebedefekten oder auch bei einer temporären Schwäche des Stromversorgungsnetzes. Dadurch wird eine Überlastung der Stelleinheiten vermieden.
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Um bei Stromausfall oder beim Ausfall beider Kommunikationssysteme zumindest den Ertrag einer Festaufständerung zu sichern, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Einzel-Steuereinheiten derart programmiert, dass sie die Südposition anfahren, wenn sie über einen festgelegten Zeitraum – z.B. 30 min bis 2 h – keine neuen Soll-Positionsdaten erhalten haben. Ferner sind sie vorzugsweise derart programmiert, dass sie die Nachführeinheiten am Abend in die Südposition fahren und erst kurz vor Sonnenaufgang in die Morgenstellung fahren. Dabei wird die Ansteuerung so variiert, insbesondere werde einzelne Nachführeinheiten bzw. einzelne Stränge derart zeitversetzt angesteuert, dass es bei langen Fahrten (morgens, abends und Service-Position) zu keiner Überlastung der Stromversorgung kommt.
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Der Steuerungsrechner, sofern vorhanden, ist bevorzugt derart ausgelegt, dass er in regelmäßigen Abständen über den Daten-Bus die Einzel-Steuereinheiten abfragt. Insbesondere fragt der Steuerungsrechner die jeweiligen Ist-Positionen der Nachführeinheiten ab. Aufgrund der somit übermittelten Daten stellt der Steuerungsrechner fest, ob eine Fehlermeldung generiert und über die o.g. Datenleitung abgesetzt werden soll. Alternativ kann auch abgefragt werden, ob die Soll-Position angefahren wurde.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Steuerungsrechner dazu konfiguriert, die an die Einzel-Steuereinheiten übermittelten Soll-Positionen derart anzupassen, dass die an verschiedenen Nachführeinheiten angeordneten Solarmodule einander nicht gegenseitig verschatten. Damit wird in Kauf genommen, dass die Solarmodule zu bestimmten Tageszeiten nicht optimal auf den Sonnenstand ausgerichtet sind. Dafür werden aber alle Module gleichmäßig belichtet, was vorteilhaft ist. Die entsprechend angepassten Soll-Positionsdaten werden vorab einprogrammiert und vom Steuerungsrechner oder den Haupt-Steuereinheiten vorgegeben.
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Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Steuern eines oben beschriebenen Systems zur Steuerung der Sonnenstandsnachführung von Solarmodulen gerichtet. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Haupt-Steuereinheit derart programmiert, bei Bedarf über die Versorgungsleitungen Soll-Positionsdaten an die Einzel-Steuereinheiten der ihr zugeordneten Nachführeinheiten zu übermitteln. Das Verfahren dient somit dem Betreiben einer Haupt-Steuereinheit, wobei manche der oben genannten Ausführungsformen auch Verfahren zum Steuern eines Steuerungsrechners bzw. von Einzel-Steuereinheiten betreffen. Alle oben beschriebenen Ausführungsformen betreffen auch das Verfahren.
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Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Steuern eines Systems aus Stelleinheiten und Steuerungsrechner gerichtet, bei dem der Steuerungsrechner neue Soll-Positionsdaten jeweils mit Zeitversatz an verschiedene Gruppen, Untergruppen oder Stränge von Einzel-Steuereinheiten übermittelt. Eine Gruppe oder Untergruppe ist bevorzugt eine Gruppe von räumlich benachbarten Nachführeinheiten, die sich gegenseitig nicht verschatten sollen und daher gleichzeitig verfahren werden sollen.
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Schließlich ist die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung der oben genannten Verfahrensschritte gerichtet.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Schaltungsplan eines erfindungsgemäßen Systems bzw. Solarfeldes;
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2 ein Flussdiagramm mit Verfahrensschritten eines Steuerungsrechners;
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3 ein Flussdiagramm mit Verfahrensschritten einer Haupt-Steuereinheit;
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4 ein Flussdiagramm mit Verfahrensschritten einer Einzel-Steuereinheit.
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In 1 sind Stromversorgungsleitungen mit durchgezogenen Linien, Datenleitungen dagegen in gestrichelten Linien dargestellt.
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1 zeigt einen Steuerungsrechner 10, insbesondere einen Industrie-PC, welcher über eine Datenleitung 15, z.B. ISDN/DSL oder auch eine Mobilfunkverbindung oder LAN bzw. WLAN, mit dem Internet 16 oder direkt mit einer externen Wartungsstation verbunden ist. Über eine Bus-Schnittstelle 12 ist der Steuerungsrechner über die Daten-Bus-Leitungen 14 mit zwei Haupt-Steuereinheiten H1 und H2 verbunden. Diese sind hier als sogenannte Hauptsteuerkästen ausgebildet, die auf dem Solarfeld verteilt sind. Jeder Hauptsteuerkasten versorgt eine Vielzahl von Nachführeinheiten bzw. Trackern N1, N2, ..., NN, die jeweils zu einzelnen Strängen S1 und S2 verschaltet sind. Jeweils N = 25–30 Tracker sind in einem Strang enthalten. Typischerweise versorgt jede Haupt-Steuereinheit etwa 4–6 Stränge. Insbesondere laufen die Daten-Bus-Leitungen 14 über die Haupt-Steuereinheiten H1, H2, von wo sie als Daten-Bus-Leitungen 18 jeweils zu den Nachführeinheiten N1, N2, ..., NN eines jeden Stranges geführt sind. Jede einzelne Nachführeinheit, z.B. N1, besteht aus einem Solarmodultisch T1, welcher zum Beispiel über einen Pfosten im Erdreich verankert ist. Der Solarmodultisch T1 ist durch ein oder mehrere Stelleinheiten, nämlich Elektromotoren M1, in verschiedene Azimut- und/oder Elevationswinkel verdrehbar. Der Motor M1 wird durch eine Einzel-Steuereinheit E1 gesteuert, welche wiederum an die Bus-Leitung 18 angeschlossen ist. Die anderen Nachführeinheiten N2, ..., NN sind ebenso aufgebaut.
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Das Stromversorgungssystem umfasst einen Unterverteiler 20, von dem aus große, dreiphasige Drehstromkabel 22 zu den Haupt-Steuereinheiten H1 und H2 ausgehen. Selbstverständlich können auch noch mehr Haupt-Steuereinheiten auf einem Solarfeld vorhanden sein. Eine Haupt-Steuereinheit versorgt mehrere Stränge S1, S2 von Nachführeinheiten N, wobei typischerweise mehr Stränge als die zwei dargestellten pro Haupt-Steuereinheit vorhanden sind. In der Zeichnung sind die Stränge jeweils als Reihenschaltung dargestellt, dies ist jedoch nicht in allen Ausführungsformen so. Jeder Strang kann auch mehrere, z.B. drei, parallel geschaltete Reihenschaltungen umfassen.
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Die Stromleitungen, welche den erzeugten Strom der Solarmodule abführen, sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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2 zeigt eine Auswahl der Verfahrensschritte, die von dem Steuerungsrechner ausgeführt werden. In Schritt 30 übermittelt der Steuerungsrechner zum Beispiel eine neue Soll-Position über dem Daten-Bus an die Einzel-Steuereinheiten der Tracker E1, E2, ..., EN eines Stranges, z.B. S1 der Haupt-Steuereinheit H1. Nach einem vorgegebenen Zeitraum, den die Tracker typischerweise zum Anfahren einer neuen Position benötigen, fragt die Haupt-Steuereinheit 10 die Ist-Positionen der Tracker E1–EN ab (31).
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Wurden die Soll-Positionen erreicht (Schritt 32), wird nach einem vorgegebenen Zeitraum 35 – also so lange, wie die Tracker in einer Position verbleiben sollen – eine neue Soll-Position an die gleichen Trackersteuerungen herausgegeben. Wurde die Soll-Position bei einem oder mehreren der Tracker nicht erreicht, kann der Steuerungsrechner 10 optional noch verschiedene Diagnose-Abfragen durchführen (33), um den Grund des Ausfalls herauszufinden. Nach einer Zeit wird die Abfrage der Position nochmals wiederholt, da der Tracker aufgrund seiner eigenständigen Tracker-Steuerung E1 nun eventuell eigenständig die Soll-Position erreicht hat. Wurde sie immer noch nicht erreicht, wird über die Datenleitung 15 eine Fehlermeldung 34 an das Wartungspersonal geschickt.
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Dieser Prozess verläuft parallel für viele einzelne Stränge gleichzeitig.
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3 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verfahren, das von einer Haupt-Steuereinheit H1, H2 durchgeführt wird. Die Haupt-Steuereinheit überwacht in Schritt 40 die Kommunikation auf den Daten-Bus-Leitungen 14, 18. Dieser Schritt ist jedoch optional und wird nur bei Systemen ausgeführt, bei denen zusätzlich ein Daten-Bus-System vorhanden ist. Fällt die Daten-Bus-Kommunikation aus, oder in anderen Ausführungsbeispielen ohne Daten-Bus-System in regelmäßigen Abständen, werden aus einem in der Haupt-Steuereinheit vorhandenen Datenspeicher die Uhrzeit und hierzu passende Soll-Positionsdaten abgerufen oder errechnet (Schritt 41). Diese werden nun über die Stromversorgungskabel 28 an die Einzel-Steuereinheiten E1–EN durchgegeben (Schritt 42). Dabei werden vorzugsweise die Null-Leiter jeweils getaktet. Vorzugsweise geschieht dies mit Zeitversatz für jeden Strang S1, S2, ... einzeln.
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Nach einem vorgegebenen Zeitabstand (Schritt 43) wird dieser Prozess wiederholt, so dass die Einzel-Steuereinheiten regelmäßig mit neuen Soll-Positionsdaten versorgt werden. Der Nachteil bei dieser Art der Steuerung besteht lediglich darin, dass keine Rückmeldung der Einzel-Steuereinheiten an die Haupt-Steuereinheit oder gar den Steuerungsrechner – sofern vorhanden – möglich ist.
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4 zeigt einige Verfahrensschritte, die von einer Einzel-Steuereinheit bzw. Trackersteuerung durchgeführt werden. In Schritt 50 empfängt die Einzel-Steuereinheit eine neue Soll-Position. In Schritt 51 wird die dazugehörige Stelleinheit angesteuert, um die neue Soll-Position anzufahren. Nach Ablauf eines zum Verfahren bzw. Verdrehen benötigten Zeitraums wird die Ist-Position von den Positionssensoren abgefragt (Schritt 52). Wurde die Soll-Position erreicht (53), wird nichts weiter unternommen, sondern auf neue Soll-Positionsdaten gewartet. Wurde die Soll-Position nicht erreicht, wird ein neuer Anfahrversuch unternommen, durch Wiederholung der Schritte 51–53. Diese Schleife wird ca. 3–6 Mal durchlaufen. Wurde die Soll-Position dann immer noch nicht erreicht, wird eine Fehlermeldung 55 an den Steuerungsrechner abgeschickt.
