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Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewinnen von Sonnenenergie, umfassend eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der Sonnenenergie, welche mindestens ein Empfangselement aufweist, weiterhin umfassend einen Träger zum Tragen der Empfangseinrichtung und ein Getriebe zum in Abhängigkeit vom Sonnenstand erfolgenden Nachführen des Trägers zusammen mit der Empfangseinrichtung.
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Hierbei kann das Empfangselement ein Kollektor, eine photovoltaische Solarzelle oder vorzugsweise, im Falle einer solarthermischen Energiegewinnungsvorrichtung, ein Reflektor bzw. Spiegel sein.
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In
DE 10 2006 027 152 A1 ist eine solare Energiegewinnungseinrichtung beschrieben, deren Getriebe einen Zahnkranz mit Außenverzahnung umfasst. Zum Getriebe gehört weiterhin ein Ritzel, welches in die Außenverzahnung des Zahnkranzes eingreift. Ungünstig hieran ist, dass das Getriebe ungeschützt den Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Beispielsweise kann Flugsand in das Getriebe gelangen, was zu dessen vorzeitigem Verschleiß führt. Das Getriebe ist auch dem Regen schutzlos ausgesetzt, woraus starke Korrosion resultiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung zum Gewinnen von Sonnenenergie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet der Träger eine Kapsel, innerhalb welcher das Getriebe angeordnet ist. Dadurch ist das Getriebe vor Witterungseinflüssen geschützt. Außerdem wird durch die Kapsel, auch als Haube bezeichenbar, eine aerodynamisch günstige Gestaltung der Rückseite der Empfangseinrichtung erreicht, wodurch die Windlasten herabgesetzt werden. Durch die nahezu geschlossene Fläche der Kapsel wird der Luftwiderstand bei rückseitiger und seitlicher Anströmung gemindert. Somit braucht die Vorrichtung weniger stabil ausgebildet zu werden und kann infolgedessen Material gespart werden. Bei einer Weiterbildung weist das Getriebe eine Innenverzahnung auf und ist die Innenverzahnung zusammen mit dem Träger um eine Horizontalachse schwenkbar gelagert. Bei der Horizontalachse handelt es sich um die Elevationsachse. Die Innenverzahnung verläuft kreisbogenförmig, genauer gesagt konkav, mit der Horizontalachse als Krümmungsmittelpunkt. Im Bereich der Innenverzahnung kann die Haube oder deren Innenfläche als eine kreisbogenförmige Schale ausgebildet sein. Die Haube kann in einstückiger Bauweise aus einem einzigen Teil ausgebildet sein oder in mehrstückiger Bauweise aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein. Bei der bevorzugten einstückigen Bauweise kann die Haube aus einem Blech oder aus einem Faserverbundkunststoff bestehen. Die Haube kann nicht nur als Abdeckung des Getriebes, sondern zusätzlich auch als Abdeckung eines motorischen Antriebs des Getriebes dienen. Wenn die Vorrichtung mit zwei motorischen Antrieben ausgestattet ist, von denen der eine zur Elevationsnachführung und der andere zur Azimutnachführung der Empfangseinrichtung dient, werden vorzugsweise beide Antriebe von der Haube abgedeckt und geschützt.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Innenverzahnung an der Kapsel befestigt, in die Kapsel eingebracht oder an die Kapsel angeformt und wird die Innenverzahnung durch einen Zahnriemenabschnitt, einen Antriebskettenabschnitt, ein Triebstocksegment, ein Zahnsegment oder eine Lochreihe gebildet. Die kreissegmentförmig gestaltete Innenwand der Kapsel ermöglicht eine Integration marktgängiger Maschinenelemente mit Innenverzahnung oder eine der Innenverzahnung entsprechende Formung des Werkstoffes der Kapsel. Beispielsweise können bei einer Ausbildung der Kapsel aus Blech die Zähne der Innenverzahnung durch ein Prägen des Bleches erzeugt werden. Wird die Innenverzahnung durch einen Zahnriemen gebildet, kann dieser einlaminiert werden. In die Innenverzahnung greift eine Außenverzahnung des Getriebes ein, welche durch ein Zahnrad oder ein Transportrad mit Mitnehmerstiften gebildet wird. Die Mitnehmerstifte können beim Antreiben der Innenverzahnung durch die Außenverzahnung in die Löcher der Lochreihe eingreifen. Die Außenverzahnung kann auch durch ein Kettenrad gebildet werden, welches in die hierbei als der Antriebskettenabschnitt ausgebildete Innenverzahnung eingreift.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist das Getriebe auf einem Ständer, auch als Pylon oder Säule bezeichenbar, angeordnet, der sich durch eine Aussparung in der Kapsel hindurch erstreckt. Der Ständer trägt den Träger mitsamt der Empfangseinrichtung und trägt die gesamte Nachführeinrichtung einschließlich des Getriebes und des Antriebs oder der Antriebe. Die Aussparung ist als ein Durchgangsloch in die Wand der Kapsel eingebracht und kann als ein O-förmiges Langloch mit geschlossenem Rand oder als ein U-förmiges Langloch mit offenem Rand ausgebildet sein. Bei der Elevationsnachführung – der Drehung des Trägers mit der Empfangseinrichtung um die Horizontalachse – bewegt sich der Ständer entlang des Langlochs in diesem.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Empfangseinrichtung aus mehreren Empfangselementen zusammengesetzt, die plattenförmig und vorzugsweise viereckig sind. Bei den Empfangselementen kann es sich um Kollektoren, photovoltaische Solarzellen oder vorzugsweise um Reflektoren (Spiegel) handeln. Im Falle der Ausbildung der Empfangselemente als Spiegel-Facetten können diese Spiegel-Facetten in einer gemeinsamen Ebene liegen und zusammen einen großen, ebenen Spiegel bilden oder zueinander geneigt sein und zusammen eine Art Parabolspiegel bilden.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist der Träger oder die Empfangseinrichtung mit Justageeinrichtungen zum Justieren von Winkelstellungen der Empfangselemente zueinander oder der Planlage der Empfangselemente miteinander ausgestattet. Mittels der Justageeinrichtungen können die Empfangselemente bei der Montage der Vorrichtung justiert werden. In dem Fall, dass die Empfangselemente zusammen einen ebenen Spiegel bilden, wird die Planlage der Empfangselemente miteinander mittels der Justageeinrichtungen justiert. In dem anderen Fall, in welchem die Empfangselemente zusammen eine Art Parabolspiegel bilden, werden die dafür erforderlichen Winkelstellungen der Empfangselemente zueinander mittels der Justageeinrichtungen justiert. Die Ausbildung der Empfangselemente als ebene Platten, die zueinander geneigt sind, um eine Art Parabolspiegel zu bilden, hat den Vorteil, dass einerseits die Platten einfach gefertigt werden können und andererseits durch die Fokussierung oder Bündelung der reflektierten Sonnenstrahlung der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.
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Bei einer weiteren Weiterbildung umfassen die Justageeinrichtungen Gewindeelemente, die direkt oder über Zwischenlagen indirekt an Ecken oder nah an den Ecken der Empfangselemente an diesen angreifen. Die Gewindeelemente können Schrauben oder Mutter sein. Die Zwischenlagen können Unterlegscheiben sein, die beim Justieren im Bereich der Ecken der Empfangselemente auf diese drücken, wenn die Schraubenköpfe oder Mutter auf die Unterlegscheiben drücken. In die Empfangselemente können Löcher eingebracht sein, durch welche hindurch sich die Gewindeelemente bei deren Ausbildung als Schrauben erstrecken. Die Gewindeelemente können aber auch außerhalb der Empfangselemente oder neben diesen angeordnet sein. Beispielsweise können die Gewindeelemente als Schrauben ausgebildet sein und können die Zwischenlagen als durch die Schrauben betätigbare Spannklauen ausgebildet sein, die auf die Empfangselemente im Bereich von deren Ecken drücken.
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Bei einer weiteren Weiterbildung umfassen die Justageeinrichtungen vorspringende Stege, auf denen oder mit denen die Empfangselemente unter Bildung von Kippgelenken oder Biegegelenken aufliegen. Die Stege und die Empfangselemente bilden zusammen Wippen, wobei die Empfangselemente um die Stege schwenkbar sind. Durch Schwenken des jeweiligen Empfangselements um den jeweiligen Steg kann besagte Winkelstellung oder Planlage des Empfangselements eingestellt werden. Vorzugsweise greifen jeweils zwei Gewindeelemente an jedem Empfangselement an und verläuft der dem jeweiligen Empfangselement zugeordnete Steg derart, dass der Steg eine imaginäre Verbindungslinie zwischen den beiden Gewindeelementen oder den Ecken, an welchen die Gewindeelemente angreifen, kreuzt. Die Stege können in einstückiger Ausbildung mit dem Träger an diesen angeformt sein oder können dazu alternativ als separate Bauteile, zum Beispiel als rund oder halbrund profilierte Stäbe oder Leisten, mit dem Träger kombiniert sein. Die im Wesentlichen in Form ebener Platten ausgebildeten Empfangselemente liegen hierbei auf den diagonal verlaufenden Stegen derart auf, dass sie darauf kippen können. Die Stege können aber auch mit den Rückseiten der Empfangselemente fest verbunden oder daran angeformt sein und ein biegeelastisches Stegprofil aufweisen. Die biegeelastischen Stege bilden hierbei Biegegelenke.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist der Träger mit zueinander winklig ausgerichteten Windabweisern ausgestattet. Die Windabweiser sind vorzugsweise zueinander rechtwinklig ausgerichtet und können in sich kreuzenden Reihen angeordnet sein, wobei jede Reihe zwei Windabweiser umfasst. Die Windabweiser können als Luftleitblech ausgebildet sein und dienen dazu, den aerodynamischen Auftrieb und somit die Windbelastung der Vorrichtung zu verringern.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ragen die Windabweiser aus Fugen innerhalb der Empfangseinrichtung heraus. Zwischen den Empfangselementen können sich Fügefugen oder -spalten befinden, in welche die Windabweiser eingesetzt sind.
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Bei einer weiteren Weiterbildung sind die Justiereinrichtungen mit Dämpfungselementen kombiniert, welche eine Dämpfung gegen auftretende Lastspitzen wie z. B. Windböen bewirken. Die Dämpfungselemente können z. B. durch eine Schicht von elastischem Schaum gebildet werden, der zwischen den Träger und die Empfangselemente eingebracht wird und letztere flächig abstützt. Hierdurch können, wenn die Empfangselemente Reflektoren oder Spiegel sind, besonders dünne Spiegel zum Einsatz kommen. Diese Spiegel können zusätzlich mit einem faserverstärkten Kunststoff gestützt werden. Hierzu eignen sich besonders Kunststoffe mit Fasern mit dämpfenden Eigenschaften, z. B. Aramid-Fasern.
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Weitere konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnung, in welcher zeigt:
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1: einen Heliostat mit Reflektoren für ein Solarturmkraftwerk und
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2: den Heliostat aus der in 1 angegebenen Blickrichtung II.
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Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zum Gewinnen von Sonnenenergie. Solche Vorrichtungen werden in Solarturmkraftwerken eingesetzt, um das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber oder Receiver an der Spitze des Turmes zu reflektieren. Ein Solarturmkraftwerk kann hunderte oder tausende solcher Heliostate umfassen, weshalb die kostengünstige Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft ist.
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Die Vorrichtung umfasst einen Ständer 9 (Pylon), auf dem eine Antriebseinheit angeordnet ist, die einen elektromotorischen Antrieb 17 und ein Getriebe 4 für die Elevationsbewegung und einen elektromotorischen Antrieb 18 für die Azimutbewegung umfasst. Der Antrieb 17 schwenkt einen Träger 3 mitsamt einer Empfangseinrichtung 1 um ein Elevationsgelenk mit einer Horizontalachse 7. Der Antrieb 18 schwenkt den Träger 3 mitsamt der Empfangseinrichtung 1 um ein Azimutgelenk mit einer Vertikalachse 22, die koaxial mit dem rohrförmigen Ständer 9 ist. Der Träger 3 bildet eine Kapsel 5, welche als Abdeckung der gesamten Antriebseinheit einschließlich der Antriebe 17, 18 und des Getriebes 4 dient.
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Das Getriebe 4 umfasst ein kleines Zahnrad oder Ritzel 19, das in eine Innenverzahnung 6 eines Zahnsegments 8 eingreift. In 2 sind eine erste Variante und eine dazu alternative zweite Variante der Innenverzahnung 6 zusammen gezeigt. Bei der ersten Variante ist die Innenverzahnung 6 in zentraler Anordnung nur einmal vorhanden – wie dies in 2 mit Phantomlinie gezeigt ist – und ist demgemäß das Ritzel 19 auch nur einmal vorhanden. Bei der zweiten Variante ist die Innenverzahnung 6 in symmetrischer Anordnung zweifach vorhanden – wie dies in 2 mit Volllinie gezeigt ist – und ist demgemäß das Ritzel 19 auch doppelt vorhanden, wobei die beiden Ritzel 19 auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
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Unabhängig davon, ob ein oder zwei Zahnsegmente 8 mit Innenverzahnung 6 vorhanden sind, ist jedes Zahnsegment 8 im Bereich eines kreisbogenförmigen Innenwandabschnitts der Kapsel 5 an dieser befestigt, z. B. einlaminiert. Werden statt des Zahnsegments oder der Zahnsegmente ein oder mehrere Kettenabschnitte zur Bildung der Innenverzahnung 6 verwendet, können diese Kettenabschnitte im Bereich des kreisbogenförmigen Abschnitts der Innenwand der Kapsel 5 an diese genietet sein.
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Das Ritzel 19 ist das Antriebsglied und die Innenverzahnung 6 ist das Abtriebsglied des Getriebes 4. Der Ständer 9 durchgreift eine U-förmige Aussparung 10 in der Kapsel 5. Die Empfangseinrichtung 1 besteht aus vier plattenförmigen Empfangselementen 2 in Form von Reflektoren oder Spiegeln. Der Träger 3 hat einen sich an die Kapsel 5 anschließenden, ebenen Rand 23 mit einer umlaufenden Sicke- oder einer abgewinkelten Kante 24, die um die gesamte Empfangseinrichtung 1 umläuft. Die umlaufende Kante 24 erhöht die Stabilität und dient zur Aufnahme eines dauerelastischen Klebers zum Fixieren der Empfangselemente 2. Der Rand 23 dient zur Anordnung von Stellelementen oder Justiereinrichtungen 11 zum Justieren der Empfangselemente 2.
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Die Justiereinrichtungen 11 sind als Gewindeelemente, hier als Schrauben, ausgebildet und können optional mit Dämpfungselementen ausgestattet sein, welche die Empfangselemente 2 vor Erschütterungen und dergleichen schützen. Außer den vier Justiereinrichtungen 11, die an den vier Ecken der Empfangseinrichtung 1 angeordnet sind, ist eine fünfte Justiereinrichtung 11 vorhanden, die im Schnittpunkt von die Empfangselemente 2 voneinander trennenden Fugen 16 zentral angeordnet ist. Auch die fünfte Justiereinrichtung 11 ist ein Gewindeelement 21 in Form einer Schraube.
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Während die vier äußeren Justiereinrichtungen 11 vorrangig zum Ausgleich fertigungstoleranzbedingter Montageungenauigkeiten dienen, dient die zentrale Justiereinrichtung 11 (Gewindeelement 21) zur Fokussierung der Empfangseinrichtung 1 in Abhängigkeit von deren Abstand zum Solarturm bzw. Receiver. Durch die Bedienung des gemeinsamen Gewindeelements 21 können die vier Empfangselemente 2 gleichzeitig in sehr geringem Maße aufeinander zu gekippt werden, um zusammen eine Art Parabolspiegel zu bilden. Das gemeinsame Gewindeelement 21 ermöglicht eine vom Abstand der Vorrichtung vom Solarturm abhängige Einstellung des Brennpunktes des Quasi-Parabolspiegels.
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Bei der Justage der Empfangselemente 2 kippen diese über Stege 13, auf welchen die Empfangselemente 2 in der Art von Wippen aufliegen, wodurch Kippgelenke 14 gebildet sind. Jedem Empfangselement 2 ist jeweils ein diagonaler Steg 13 zugeordnet, welcher die beiden nicht mit Justiereinrichtungen versehenen Enden oder ecknahen Bereiche des jeweiligen Empfangselements 2 miteinander verbindend verläuft.
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Auf der verspiegelten Vorderseite der Empfangseinrichtung 1 sind Spoiler oder Windabweise 15 angeordnet, welche über die Spiegeloberfläche überstehen. Die Windabweiser 15 sind streifenförmig und können zum Beispiel aus Blech bestehen. Es sind vier Windabweiser 15 vorhanden, von denen jeder in einer anderen Fuge 16 der insgesamt vier Fugen 16 zwischen den Empfangselementen 2 angeordnet ist. Die Windabweiser 15 sind somit in einer Kreuzformation angeordnet, wobei sich bei der in 1 dargestellten Stellung der Empfangseinrichtung 1 zwei Windabweiser 15 vertikal erstrecken und zwei Windabweiser 15 horizontal erstrecken.
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Zwischen der Empfangseinrichtung 1 und dem Träger 3 kann ein Schaum mit dämpfenden Eigenschaften eingebracht sein, der die Empfangselemente 2 auf deren Rückseite flächig abstützt und den Träger 3 aussteift. Als die Empfangselemente 2 können dünne Spiegel mit einer Dicke von weniger als 4 Millimeter und vorzugsweise weniger als 1 Millimeter zum Einsatz kommen. Die aus Kunststoff, vorzugsweise aus Faserverbundkunststoff bestehende Kapsel 5 kann durch Rippen 20 stabilisiert und verstärkt sein, so dass die Wandung der Kapsel vergleichsweise dünn gehalten werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Empfangseinrichtung
- 2
- Empfangselement
- 3
- Träger
- 4
- Getriebe
- 5
- Kapsel
- 6
- Innenverzahnung
- 7
- Horizontalachse
- 8
- Zahnsegment
- 9
- Ständer
- 10
- Aussparung
- 11
- Justageeinrichtung
- 12
- Gewindeelement
- 13
- Steg
- 14
- Kippgelenk
- 15
- Windabweiser
- 16
- Fuge
- 17
- Antrieb
- 18
- Antrieb
- 19
- Ritzel
- 20
- Rippe
- 21
- Gewindeelement
- 22
- Vertikalachse
- 23
- Rand
- 24
- Kante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006027152 A1 [0003]
