DE102018002404A1 - Sonnennachführeinheit - Google Patents

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Abstract

Sonnennachführeinheit für einen Solargenerator aufweisend einen Sonnenstandssensor und einen Auswerte- und Steuereinheit auf einer Trägerplatte mit Leiterbahnen und mit elektrischen Anschlusskontakten sowie ein flexibles Versorgungs- und Signalkabel, wobei der Sonnenstandssensor einen Sensorträger, einen optischen Körper mit einer konvexen Oberfläche und einen Halbleiterkörper mit mindestens drei Lichtsensoren mit jeweils einer Empfangsfläche aufweist, der optische Körper mit den Empfangsflächen der Lichtsensoren kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist, der Halbleiterkörper mit dem Sensorträger elektrisch verschaltet ist, der Sensorträger des Sonnenstandssensors, die Auswerte- und Steuereinheit sowie die elektrischen Anschlusskontakte mit den Leiterbahnen der Trägerplatte elektrisch verschaltet sind und die Sonnennachführeinheit von einer Vergussmasse zumindest teilweise umschlossen ist, die Vergussmasse eine Apertur aufweist, der erste Oberflächenbereich des optischen Körpers von der Apertur umschlossen wird und durch die Apertur aus der Vergussmasse herausragt, das Signalkabel zumindest teilweise aus der Vergussmasse herausgeführt ist.Sun tracking unit for a solar generator having a sun position sensor and an evaluation and control unit on a carrier plate with conductors and electrical connection contacts and a flexible supply and signal cable, wherein the sun position sensor, a sensor carrier, an optical body with a convex surface and a semiconductor body with at least three light sensors each having a receiving surface, the optical body is non-positively and / or materially connected to the receiving surfaces of the light sensors, the semiconductor body is electrically connected to the sensor carrier, the sensor carrier of the sun position sensor, the evaluation and control unit and the electrical connection contacts with the conductor tracks of the carrier plate are electrically interconnected and the Sonnennachführeinheit is at least partially enclosed by a potting compound, the potting compound has an aperture, the first surface area of the optical body is enclosed by the aperture and protrudes through the aperture of the potting compound, the signal cable is at least partially led out of the potting compound.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonnennachführeinheit.The invention relates to a sun tracking unit.

Aus „Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing“ von Kianoosh Azizi and Ali Ghaffari, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, ID 754549, ist eine Sonnennachführungsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage bekannt, welche einer Anordnung von vier Fotowiderständen mit einer Kamera kombiniert, wobei in einem ersten Modus eine näherungsweise Ausrichtung der Photovoltaikanlage mittels der Fotowiderstände vorgenommen wird und anschließend eine Optimierung der Ausrichtung anhand von Kameradaten und Bildverarbeitungsmethoden durchgeführt wird.From "Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing" by Kianoosh Azizi and Ali Ghaffari, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, ID 754549, a sun tracking device for a photovoltaic system is known, which is an array of four photoresistors combined with a camera, wherein in a first mode, an approximation of the photovoltaic system is carried out by means of the photoresistors and then an optimization of the alignment based on camera data and image processing methods is performed.

Aus der US 8,592,738 B1 ist eine Detektoreinheit zur Ermittlung des Sonnenstands bekannt, welche an einem Ende eine konvexe Oberfläche und an einem gegenüberliegenden Ende einen Lichtdetektor aufweist.From the US 8,592,738 B1 a detector unit for ascertaining the position of the sun is known, which has a convex surface at one end and a light detector at an opposite end.

Insbesondere für sogenannte CPV-Photovoltaikanlagen ist eine Sonnennachführeinheit zur exakten Nachführung zur Erhöhung des Wirkungsgrads besonders wichtig, damit die Sonneneinstrahlung auf den Fresnel-Spiegel der CPV-Module vorzugsweise exakt senkrecht erfolgt.In particular, for so-called CPV photovoltaic systems, a sun tracking unit for exact tracking to increase the efficiency is particularly important so that the solar radiation is preferably exactly perpendicular to the Fresnel mirror of the CPV modules.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.Against this background, the object of the invention is to provide a device which further develops the prior art.

Die Aufgabe wird durch einen Sonnenstandssensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a sun position sensor with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Sonnennachführeinheit bereitgestellt, aufweisend einen Sonnenstandssensor, eine Auswerte- und Steuereinheit, z.B. einen Mikrokontroller.According to the subject invention, a sun tracking unit is provided comprising a sun position sensor, an evaluation and control unit, e.g. a microcontroller.

Des Weiteren umfasst die Sonnennachführeinheit eine Motorsteuereinheit, eine erste Leitung für eine Energieversorgung der Sonnennachführeinheit und insbesondere der Auswerte- und Steuereinheit, und eine dritte Leitung für eine Übertragung eines Motorstroms oder eines Motorsignals auf.Furthermore, the sun tracking unit comprises a motor control unit, a first line for a power supply of the sun tracking unit and in particular the evaluation and control unit, and a third line for transmitting a motor current or a motor signal.

Vorzugsweise sind die Auswerte- und Steuereinheit und / oder die Motorsteuereinheit und / oder der Sonnenstandssensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.Preferably, the evaluation and control unit and / or the motor control unit and / or the sun position sensor are arranged on a common printed circuit board.

Die Leiterplatte weist mehrere Leiterbahnen auf. Die Auswerte- und Steuereinheit und / oder die Motorsteuereinheit und / oder der Sonnenstandssensor sind jeweils mit den Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch verschaltet.The printed circuit board has a plurality of conductor tracks. The evaluation and control unit and / or the motor control unit and / or the sun position sensor are each electrically connected to the conductor tracks of the printed circuit board.

Die wenigstens beiden Leitungen sind ebenfalls mit den Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch verschaltet.The at least two lines are also electrically connected to the tracks of the circuit board.

Der Sonnenstandssensor weist einen Sensorträger, einen optischen Körper und eine Sensoreinheit mit mindestens drei Empfangsflächen auf.The sun position sensor has a sensor carrier, an optical body and a sensor unit with at least three receiving surfaces.

Der Sensorträger des Sonnenstandssensors ist mit der Leiterplatte kraftschlüssig verbunden.The sensor carrier of the sun position sensor is positively connected to the printed circuit board.

Der optische Körper weist einen konvex ausgebildeten und transparenten Oberflächenbereich auf und ist mit den Empfangsflächen jeweils ganzflächig kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, so dass durch den konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereich des optischen Körpers einfallendes Sonnenlicht einen Brennfleck auf mindestens einer der Empfangsflächen der Sensoreinheit ausbildet.The optical body has a convexly formed and transparent surface area and is frictionally and / or materially connected to the receiving surfaces over the entire surface, so that sunlight formed by the convex, transparent surface region of the optical body forms a focal spot on at least one of the receiving surfaces of the sensor unit.

Es sei angemerkt, dass die wenigstens beiden Leitungen vorzugsweise flexibel ausgeführt sind. Mit dem Begriff der Leitung wird vorliegend eine einzelne Leitung oder zumindest ein Leitungspaar verstanden.
Es versteht sich, dass bei der Ausführungsform als eine einzelne Leitung der Masseanschluss von der ersten Leitung und der dritten Leitung gemeinsam ausgebildet ist.
It should be noted that the at least two lines are preferably made flexible. In the present case, the term line is understood to mean a single line or at least one line pair.
It is understood that in the embodiment as a single line, the ground terminal of the first line and the third line is formed in common.

Des Weiteren sei angemerkt, dass die Sonnennachführeinheit mit einem Solargenerator oder einem Sonnenspiegel starr verbunden ist.Furthermore, it should be noted that the Sonnennachführeinheit is rigidly connected to a solar generator or a sun mirror.

Der Sonnenstandssensor weist vorzugsweise einen kompakten stapelförmigen Aufbau auf.The sun position sensor preferably has a compact stacked construction.

Das Sonnenlicht wird mittels des optischen Körpers auf die Empfangsflächen abgebildet und anhand einer Intensitätsverteilung zwischen den mindestens drei Empfangsflächen lässt sich der Einfallswinkel des Sonnenlichts bestimmen.The sunlight is imaged by means of the optical body on the receiving surfaces and on the basis of an intensity distribution between the at least three receiving surfaces, the angle of incidence of the sunlight can be determined.

Mit der Auswerte- und Steuereinheit werden die Messwerte der Lichtsensoren des Sonnenstandssensors ausgewertet.With the evaluation and control unit, the measured values of the light sensors of the sun position sensor are evaluated.

Zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Sonnennachführeinheit die Motorsteuereinheit, die mittels eines Steuersignals oder eines Motorstroms, mindestens einen Motor, vorzugsweise genau zwei Motoren, zum Nachführen des Solargenerators oder eines Sonnenspiegels steuert bzw. betreibt.In addition, the sun tracking unit according to the invention comprises the engine control unit, which controls or operates by means of a control signal or a motor current, at least one motor, preferably exactly two motors, for tracking the solar generator or a sun mirror.

Indem mittels der starr mit einem Solargenerator verbundenen Sonnennachführeinheit die Ausrichtung des Sonnenspiegels oder des Solargenerators der Sonne nachgeführt wird, handelt es sich vorliegend um eine Regelung. Die Führungsgröße ist hierbei die Abweichung des Einfallswinkels von einer optischen Achse des Sonnensensors. By means of the rigidly connected to a solar generator Sonnenaufführeinheit the orientation of the sun or the solar generator of the sun is tracked, this is a regulation. The reference variable here is the deviation of the angle of incidence from an optical axis of the sun sensor.

Die Regelung ist dafür ausgelegt, die Abweichung des Solargenerators oder des Sonnenspiegels von dem senkrechten Einfall Achse zu minimieren. Unter einem senkrechten Einfall wird vorliegend ein Einfall des Sonnenlichts entlang der optischen Achse verstanden.The control is designed to minimize the deviation of the solar generator or the sun mirror from the vertical axis of incidence. In the present case, a vertical incidence is understood as an incidence of the sunlight along the optical axis.

Es sei angemerkt, dass unter dem Begriff des Solargenerators eine Vorrichtung verstanden wird, welche das einfallende Sonnenlicht in eine andere Energieform umwandelt, beispielsweise mittels Solarzellen in elektrische Energie.It should be noted that the term solar generator means a device which converts the incident sunlight into another form of energy, for example by means of solar cells into electrical energy.

Es versteht sich, dass mit der Bezeichnung Brennfleck eine Fläche auf der Empfangsfläche der Solarzellen bezeichnet wird. Senkrecht, also entlang einer optischen Achse des konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereichs auf diesen Oberflächenbereich auftreffendes Sonnenlicht bildet bevorzugt einen sich über mindestens zwei Empfangsflächen erstreckenden Brennfleck aus. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Brennfleck von senkrecht einfallendem Licht auf alle Empfangsflächen.It is understood that the term focal spot refers to an area on the receiving surface of the solar cells. Sunlight, that incident on this surface region along an optical axis of the convex, transparent surface area incident on this surface region preferably forms a focal spot extending over at least two receiving surfaces. Particularly preferably, the focal spot of perpendicularly incident light extends to all receiving surfaces.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Sonnennachführeinheit ist der kompakte und einfache Aufbau.An advantage of the sun tracking unit according to the invention is the compact and simple construction.

Vorzugsweise wird die Sonnennachführeinheit unmittelbar an den Solargenerator angebracht. Anders ausgedrückt die Sonnennachführeinheit ist starr mit dem Solargenerator verbunden. Durch den kompakten und kostengünstigen Aufbau sind kleinere, einzeln der Sonne nachgeführte Solargeneratoreinheiten möglich, die flexibel auch auf kleineren Flächen ohne schweres Gerät installierbar sind.Preferably, the sun tracking unit is attached directly to the solar generator. In other words, the sun tracking unit is rigidly connected to the solar generator. Thanks to their compact and cost-effective design, smaller solar generator units individually tracked by the sun are possible, which can also be flexibly installed on smaller areas without heavy equipment.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der Wirkungsgrad beispielswies einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) auf einfache und zuverlässige Weise erhöht, indem jeder Solargenerator unabhängig von einem benachbarten Solargenerator optimal dem Stand der Sonne nachgeführt wird. Im Unterschied zu bisherigen Anlagen im Feld, bei denen die einzelnen Solargeneratoren zumeist starr miteinander verkoppelt sind, entfällt nunmehr eine aufwändige Ausrichtung von benachbarten Solargeneratoren zueinander.Another advantage is that the efficiency, for example, of a photovoltaic system (PV system) increases in a simple and reliable manner by optimally tracking each solar generator independent of a neighboring solar generator the sun. In contrast to previous systems in the field, in which the individual solar generators are usually rigidly coupled together, now eliminates a complex alignment of adjacent solar generators to each other.

Ein anderer Vorteil ist, dass beispielsweise bei einer Solaranlage nicht mehr eine Vielzahl von Modulen zueinander aufwändig starr verkoppelt werden müssen. Durch die individuelle Regelung kann der Solargenerator aus wenigen vormontierten Modulen oder auch nur aus einem einzigen Modul bestehen. Durch die justierte Vormontage reduziert sich der Aufwand für die Installation eine PV-Anlage erheblich und der Wirkungsgrad der gesamten Anlage im Feld steigt.Another advantage is that, for example, in a solar system no longer a plurality of modules to each other consuming rigidly coupled. Due to the individual control of the solar generator can consist of a few pre-assembled modules or even only a single module. Due to the adjusted pre-assembly, the cost of installing a PV system is considerably reduced and the efficiency of the entire system in the field increases.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Sonnennachführeinheit in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse aus einer Vergussmasse oder aus mehreren Wänden gebildet ist und die Leitungen aus dem Gehäuse herausgeführt sind.According to a first embodiment, the Sonnennachführeinheit is arranged in a housing, wherein the housing is formed of a potting compound or of a plurality of walls and the leads are led out of the housing.

Das Gehäuse weist eine Lichteintrittsöffnung auf, wobei eine optische Achse des konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereichs des optischen Körpers durch die Lichteintrittsöffnung verläuft, so dass ein Einfall von Sonnenlicht auf den konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereich möglich ist.The housing has a light entry opening, wherein an optical axis of the convex, transparent surface area of the optical body extends through the light entry opening, so that an incidence of sunlight on the convex, transparent surface area is possible.

Bevorzugt verläuft die optische Achse konzentrisch durch die Lichteintrittsöffnung. Die Lichteintrittsöffnung ist beispielsweise oberhalb des konvex ausgebildeten transparenten Oberflächenbereichs angeordnet oder der konvex ausgebildete transparente Oberflächenbereich ragt teilweise oder vollständig durch die Lichteintrittsöffnung hindurch.The optical axis preferably runs concentrically through the light inlet opening. The light entry opening is arranged, for example, above the convexly formed transparent surface area, or the convexly formed transparent surface area protrudes partially or completely through the light entry opening.

Die Lichteintrittsöffnung ist entweder als Öffnung bzw. Durchgangsloch in einer Gehäusewand bzw. in der Vergussmasse ausgebildet, so dass der konvex ausgebildete, transparente Oberflächenbereich an die Umgebungsluft angrenzt.The light inlet opening is formed either as an opening or through hole in a housing wall or in the potting compound, so that the convex, transparent surface area adjacent to the ambient air.

Alternativ ist die Lichteintrittsöffnung als Fenster ausgebildet, bezeichnet also einen von einem transparenten Material ausgebildeten Bereich in einer Gehäusewand oder der Vergussmasse.Alternatively, the light inlet opening is formed as a window, that is, a region formed by a transparent material in a housing wall or the potting compound.

Das Gehäuse dient einerseits zum Schutz der umschlossenen Bauteile und andererseits als optische Blende bzw. Apertur, d.h. der Umfang der Lichteintrittsöffnung begrenzt den Bereich möglichen Lichteinfalls auf den optischen Körper.The housing serves on the one hand to protect the enclosed components and on the other hand as an optical aperture, i. the circumference of the light entrance opening limits the range of possible light incidence to the optical body.

Vorzugsweise füllt die Größe des konvex ausgebildeten Oberflächenbereichs die Lichteintrittsöffnung vollständig aus.The size of the convex surface area preferably completely fills the light entry opening.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoreinheit einen Halbleiterkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite auf, wobei auf der Oberseite des Halbleiterkörpers mindestens drei jeweils eine der Empfangsflächen umfassende Solarzellen angeordnet sind und der Halbleiterkörper mit dem Sensorträger kraftschlüssig verbunden und elektrisch verschaltet ist.In a further embodiment, the sensor unit has a semiconductor body with an upper side and a lower side, wherein at least three solar cells each comprising one of the receiving surfaces are arranged on the upper side of the semiconductor body and the semiconductor body is non-positively connected and electrically connected to the sensor carrier.

Gemäß einer Weiterbildung sind die Empfangsflächen der Solarzellen plan ausgebildet und die Solarzellen weisen jeweils einen ersten elektrischen Anschlusskontakt und eine gemeinsamen zweiten elektrischen Anschlusskontakt auf. According to a development, the receiving surfaces of the solar cells are planar and the solar cells each have a first electrical connection contact and a common second electrical connection contact.

In einer anderen Ausführungsform umfasst der optische Körper des Sonnenstandssensors transparente Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1.1 oder besteht daraus.In another embodiment, the optical body of the sun position sensor comprises or consists of transparent materials with a refractive index of at least 1.1.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Sonnennachführeinheit auf einer Trägerplatte angeordnet, wobei die Motorsteuereinheit thermisch leitend mit der Trägerplatte verbunden ist.According to a development, the sun tracking unit is arranged on a carrier plate, wherein the motor control unit is thermally conductively connected to the carrier plate.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Trägerplatte Teil des Gehäuses.According to a development, the carrier plate is part of the housing.

In einer anderen Ausführungsform weist die Sonnennachführeinheit Befestigungsmittel zur Befestigung an einem Solargenerator auf.In another embodiment, the sun tracking unit has attachment means for attachment to a solar generator.

Gemäß einer Weiterbildung umfassen die Befestigungsmittel Schrauben und/oder Federn. So ist die Ausrichtung der Sonnennachführeinheit bzw. der Lichtsensoren einfach und präzise auf die Position bzw. Ausrichtung der Empfangsflächen des Sonnengenerators abstimmbar. Bevorzugt ermöglichen die Befestigungsmittel eine Justierung um zwei Achsen.According to a development, the fastening means comprise screws and / or springs. Thus, the orientation of the Sonnennachführeinheit or the light sensors is easily and precisely tuned to the position or orientation of the receiving surfaces of the sun generator. Preferably, the fastening means allow adjustment about two axes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der optische Körper des Sonnenstandssensors vollständig aus mindestens überwiegend, d.h. mehr als 50% aus einem transparenten Polymer, z.B. Silikon oder vollständig aus einer Quarzglasverbindung, z.B. einer konvexe Linse, oder der optische Körper umfasst eine Quarzglasverbindung, z.B. eine Linse, sowie mindestens ein transparentes Polymer, z.B. als zylinderförmige Schicht zwischen einer konvexen Linse und den Empfangsflächen der Lichtsensoren.According to a further embodiment, the optical body of the sun-position sensor consists entirely of at least predominantly, i. greater than 50% of a transparent polymer, e.g. Silicone or entirely of a fused silica compound, e.g. a convex lens, or the optical body comprises a quartz glass compound, e.g. a lens, and at least one transparent polymer, e.g. as a cylindrical layer between a convex lens and the receiving surfaces of the light sensors.

Gemäß einer Weiterbildung besteht der optische Körper aus mindestens einem Polymer oder umfasst mindestens ein Polymer und das Polymer umschließt den Sensorträger und die Sensoreinheit bis auf aus dem optischen Körper herausgeführte elektrische Anschlüsse vollständig.According to a development, the optical body consists of at least one polymer or comprises at least one polymer and the polymer completely encloses the sensor carrier and the sensor unit except for electrical leads led out of the optical body.

In einer weiteren Weiterbildung weist der Sensorträger Kontaktstifte, z.B. eine Stiftleiste mit Kontaktstiften oder Pins, auf und die Kontaktstifte sind mit den Leiterbahnen der Trägerplatte elektrisch verschaltet.In a further development, the sensor carrier has contact pins, e.g. a pin header with pins or pins, and the pins are electrically connected to the tracks of the carrier plate.

Gemäß einer anderen Weiterbildung weist der Sonnenstandssensor höchstens vier oder höchstens zehn oder höchstens hundert Lichtsensoren auf, um eine schnelle und präzise Auswertung sicherzustellen.According to another development, the sun-position sensor has at most four or at most ten or at most one hundred light sensors in order to ensure rapid and precise evaluation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sensorträger einen Leadframe auf oder ist als eine Leiterplatte mit mindestens vier Leiterbahnen ausgebildet.According to a further embodiment, the sensor carrier has a leadframe or is designed as a printed circuit board with at least four interconnects.

In einer anderen Ausführungsform weist die Vergussmasse eine Länge, eine Breite und eine Höhe auf, wobei die Länge und/oder die Breite und/oder die Höhe höchstens 3 cm oder höchstens 10 cm betragen.In another embodiment, the potting compound has a length, a width and a height, wherein the length and / or the width and / or the height amount to at most 3 cm or at most 10 cm.

In einer Weiterbildung ist eine zweite vorzugsweise flexible Leitung für eine Signalübertragung an die Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen ist. Mittels der zweiten Leitung für eine Signalübertagung an die Auswerte- und Steuereinheit wird bevorzugt ein on/off-Signal bzw. enable-Signal zum Ein- und Ausschalten der Sonnennachführeinheit bereitgestellt bzw. von der Auswerte- und Steuereinheit abgefragt.In a further development, a second, preferably flexible, cable is provided for signal transmission to the evaluation and control unit. By means of the second line for a signal transmission to the evaluation and control unit, an on / off signal or enable signal for switching the sun tracking unit on and off is preferably provided or interrogated by the evaluation and control unit.

In einer Ausführungsform erfolgt die Energieversorgung über die erste flexible Leitung durch Gleichstrom mit einer Spannung von kleiner als 80 Volt.In one embodiment, the power supply via the first flexible line is made by direct current with a voltage of less than 80 volts.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände, die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die:

  • 1 eine Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sonnennachführeinheit,
  • 2 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Ausführungsform der Sonnennachführeinheit der 1,
  • 3 eine Ansicht einer zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Sonnennachführeinheit,
  • 4 eine Ansicht einer dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Sonnennachführeinheit.
The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Here similar parts are labeled with identical names. The illustrated embodiments are highly schematic, ie the distances, the lateral and the vertical extensions are not to scale and, unless otherwise stated, also have no derivable geometric relations to each other. Show in it that:
  • 1 a view of a first embodiment of a sun tracking unit according to the invention,
  • 2 a plan view of the inventive embodiment of the sun tracking unit of 1 .
  • 3 a view of a second embodiment of a sun tracking unit according to the invention,
  • 4 a view of a third embodiment of a sun tracking unit according to the invention.

Die 1 und 2 zeigen eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sonnennachführeinheit 100 für einen Solargenerator.The 1 and 2 show a schematic sectional view and a schematic plan view of a first embodiment of a Sonnennachführeinheit invention 100 for a solar generator.

Die Sonnennachführeinheit 100 weist einen Sonnenstandssensor 10 bestehend aus einem Sensorträger 12, einem optischen Körper 14 und einer als Halbleiterkörper ausgebildeten Sensoreinheit 16 mit vier Solarzellen 160.1, 160.2, 160.3 und 160.4 auf. The sun tracking unit 100 has a sun position sensor 10 consisting of a sensor carrier 12 , an optical body 14 and a sensor unit configured as a semiconductor body 16 with four solar cells 160.1 . 160.2 . 160.3 and 160.4 on.

Die vier Solarzellen 160.1, 160.2, 160.3 und 160.4 sind auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers ausgebildet und weisen jeweils eine Oberfläche mit einer Empfangsfläche 18.1, 18.2, 18.3 und 18.4 für einfallendes Sonnenlicht und einem ersten elektrischen Anschlusskontakt 20.1, 20.2, 20.3 und 20.4 auf. Auf der Oberseite des Halbleiterkörpers ist außerdem ein gemeinsamer zweiter elektrischer Anschlusskontakt 22 der vier Lichtsensoren 160.1, 160.2, 160.3 und 160.4 angeordnet und jeweils mit einer Unterseite jedes Lichtsensors 160.1, 160.2, 160.3, 160.4 elektrisch leitend verbunden.The four solar cells 160.1 . 160.2 . 160.3 and 160.4 are formed on an upper surface of the semiconductor body and each have a surface having a receiving surface 18.1 . 18.2 . 18.3 and 18.4 for incident sunlight and a first electrical connection contact 20.1 . 20.2 . 20.3 and 20.4 on. On the upper side of the semiconductor body is also a common second electrical connection contact 22 the four light sensors 160.1 . 160.2 . 160.3 and 160.4 arranged and each with a bottom of each light sensor 160.1 . 160.2 . 160.3 . 160.4 electrically connected.

Der Halbleiterkörper ist mit einer Unterseite kraftschlüssig mit dem Sensorträger 12 verbunden. Der Sensorträger 12 besteht aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial und auf dem Trägermaterial angeordneten Leiterbahnen und Kontaktflächen. Die ersten elektrischen Anschlusskontakte 20.1, 20.2, 20.3 und 20.4 sowie der gemeinsame zweite elektrische Anschlusskontakt 22 sind mit den Leiterbahnen des Sensorträgers 12 verschaltet.The semiconductor body is frictionally connected to the underside of the sensor carrier 12 connected. The sensor carrier 12 consists of an electrically insulating substrate and on the substrate arranged conductor tracks and contact surfaces. The first electrical connection contacts 20.1 . 20.2 . 20.3 and 20.4 and the common second electrical connection contact 22 are with the tracks of the sensor carrier 12 connected.

Der optische Körper 14 ist als konvexe Linse mit einer ersten konvexen Oberfläche 14.1, einer sich anschließenden Seitenfläche 14.2 und einer der konvexen Oberfläche 14.1 gegenüberliegenden und sich an die Seitenfläche 14.2 anschließenden Unterseite 14.3 ausgebildet. Die Unterseite 14.3 des optischen Körpers 14 ist mittels eines transparenten Haftmittels mit den Empfangsflächen 18.1, 18.2, 18.3 und 18.4 sowie mit einer Oberseite des Sensorträgers 12 kraftschlüssig verbunden.The optical body 14 is as a convex lens with a first convex surface 14.1 , a subsequent side surface 14.2 and one of the convex surface 14.1 opposite and to the side surface 14.2 subsequent bottom 14.3 educated. The bottom 14.3 of the optical body 14 is by means of a transparent adhesive with the receiving surfaces 18.1 . 18.2 . 18.3 and 18.4 as well as with an upper side of the sensor carrier 12 positively connected.

Entlang einer Kante des Sensorträgers 12 ist eine Stiftleiste mit fünf L-förmigen Kontaktstiften 24 angeordnet, wobei die Kontaktstifte 24 mit den Leiterbahnen elektrisch verschaltet sind.Along one edge of the sensor carrier 12 is a pin header with five L-shaped pins 24 arranged, with the contact pins 24 are electrically connected to the tracks.

Die Sonnennachführeinheit 100 weist außerdem eine Leiterplatte 30, eine als Mikrokontroller ausgebildete Auswerte- und Steuereinheit 40 und eine Motorsteuereinheit 42 auf.The sun tracking unit 100 also has a printed circuit board 30 , an evaluation and control unit designed as a microcontroller 40 and a motor control unit 42 on.

Die Trägerplatte 30 weist eine Oberseite mit mehreren elektrischen Leiterbahnen 32 auf. Der Sensorträger 12 ist mittels der L-förmigen Kontaktstifte 24 mit der Leiterplatte 30 kraftschlüssig verbunden und mit den Leiterbahnen 32 der Leiterplatte 30 elektrisch verschaltet.The carrier plate 30 has a top with multiple electrical traces 32 on. The sensor carrier 12 is by means of the L-shaped contact pins 24 with the circuit board 30 positively connected and with the tracks 32 the circuit board 30 electrically interconnected.

Der Mikrokontroller 40 sowie die Motorsteuereinheit 42 sind kraftschlüssig mit der Leiterplatte 30 verbunden und mit den Leiterbahnen 32 der Leiterplatte 30 elektrisch verschaltet.The microcontroller 40 as well as the engine control unit 42 are non-positive with the circuit board 30 connected and with the tracks 32 the circuit board 30 electrically interconnected.

Die Leiterbahnen 32 der Leiterplatte 30 sind mit mindestens drei flexiblen Leitungen 34, 36, 38 für die Energieversorgung der Sonnennachführeinheit 100, für ein von außen bereitgestelltes Steuersignal und für die Übertragung eines Motorstroms elektrisch verschaltet. Die flexiblen Leitungen 34, 36, 38 sind in einem gemeinsamen Kabelstrang 50 zusammengefasst. Es versteht sich, dass vorzugsweise die flexiblen Leitungen 34, 35, 38 zumindest paarweise ausgebildet sind.The tracks 32 the circuit board 30 are with at least three flexible cables 34 . 36 . 38 for the energy supply of the sun tracking unit 100 , electrically connected for an externally supplied control signal and for the transmission of a motor current. The flexible cables 34 . 36 . 38 are in a common harness 50 summarized. It is understood that preferably the flexible lines 34 . 35 . 38 at least in pairs are formed.

Die Sonnennachführeinheit 100 ist fast vollständig von einem aus Vergussmasse bestehenden Gehäuse 60 umschlossen ist, wobei der Kabelstrang 50 mit den flexiblen Leitungen 34, 36, 38 aus der Vergussmasse 60 herausgeführt ist. Außerdem weist die Vergussmasse 60 eine Lichteintrittsöffnung 62 auf, wobei der konvex ausgebildete transparente Oberflächenbereich 14.1 des optischen Körpers 14 von der Lichteintrittsöffnung 62 umschlossen wird und durch die Lichteintrittsöffnung 62 aus der Vergussmasse 60 herausragt. Die Lichteintrittsöffnung 62 bildet damit eine Apertur, also eine den Lichteintritt beschränkende Öffnung aus.The sun tracking unit 100 is almost entirely of a housing consisting of potting compound 60 is enclosed, the wiring harness 50 with the flexible cables 34 . 36 . 38 from the potting compound 60 led out. In addition, the potting compound 60 a light entrance opening 62 on, wherein the convex transparent surface area 14.1 of the optical body 14 from the light entrance opening 62 is enclosed and through the light entrance opening 62 from the potting compound 60 protrudes. The light entry opening 62 thus forms an aperture, so an opening restricting the light entrance.

In der Abbildung der 3 ist eine weitere Ausführungsform der Sonnennachführeinheit 100 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 und 2 erläutert.In the picture of the 3 is another embodiment of the sun tracking unit 100 shown. The following are just the differences to the illustrations of 1 and 2 explained.

Die Sonnennachführeinheit 100 ist auf einer Oberseite einer Trägerplatte 70 angeordnet, wobei die Motorsteuereinheit 42 an einer Unterseite der Leiterplatte 30 angeordnet und mittels einer Wärmeleitpaste thermisch leitend mit der Oberseite der Trägerplatte 70 verbunden ist.The sun tracking unit 100 is on a top of a backing plate 70 arranged, wherein the engine control unit 42 on a bottom of the circuit board 30 arranged and by means of a thermal paste thermally conductive with the top of the carrier plate 70 connected is.

Die Trägerplatte 70 dient ferner zur justierbaren Befestigung an einer Platte 80 eines Sonnengenerators. Hierfür weisen die Trägerplatte 70 sowie die Platte 80 des Sonnengenerators wenigstens drei Durchgangslöcher auf. Durch jedes Durchgangsloch der Platte 80 des Sonnengenerators ist jeweils eine Schraube 82 geführt und mit einer Schraubenmutter 84 befestigt. Auf jeder Schraubenmutter 84 ist eine Feder 86 um die jeweilige Schraube 82 angeordnet. Die weitere Trägerplatte 70 ist mit einer Unterseite auf die Federn 86 aufgelegt, wobei die Schrauben 82 jeweils durch eines der Durchgangslöcher der Trägerplatte 70 hindurch reichen. Auf das Ende jeder Schraube 82 ist eine weitere Schraubenmutter 88 soweit aufgeschraubt, dass die Federkragt der Feder 86 die Trägerplatte 70 gegen die weitere Schraubenmutter 88 drückt.The carrier plate 70 also serves for adjustable attachment to a plate 80 a sun generator. For this purpose, the carrier plate 70 as well as the plate 80 of the solar generator at least three through holes. Through each through hole of the plate 80 the sun generator is a screw 82 guided and with a nut 84 attached. On every nut 84 is a spring 86 around the respective screw 82 arranged. The further support plate 70 is with a bottom on the springs 86 hung up with the screws 82 each through one of the through holes of the carrier plate 70 pass through. On the end of each screw 82 is another nut 88 screwed so far that the spring collar of the spring 86 the carrier plate 70 against the other nut 88 suppressed.

Mittels der vier Schrauben 82 mit Federn 86 und Schraubenmuttern 88 ist die relative Ausrichtung der Trägerplatte 70 relativ zu der Platte 80 des Sonnengerators um zwei Achsen einstellbar.By means of the four screws 82 with feathers 86 and nuts 88 is the relative orientation the carrier plate 70 relative to the plate 80 of the Sonnengerators adjustable by two axes.

In der Abbildung der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Sonnennachführeinheit 100 in einer Schnittzeichnung dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1, 2 oder 3 erläutert.In the picture of the 4 is another embodiment of the sun tracking unit 100 shown in a sectional drawing. The following are just the differences to the illustrations of 1 . 2 or 3 explained.

Der Sensorträger 12 ist als Leadframe ausgebildet. Der optische Körper 14 besteht vollständig aus einem transparenten Polymer und umschließt den Sensorträger 12 zumindest teilweise. Der Sensorträger 12 ist mittels eines Klebstoffs kraftschlüssig mit der Leiterplatte 30 verbunden. Die Leiterplatte 30 ist mittels eines Klebstoffs kraftschlüssig mit der Trägerplatte 70 verbunden.The sensor carrier 12 is designed as a leadframe. The optical body 14 consists entirely of a transparent polymer and encloses the sensor carrier 12 at least partially. The sensor carrier 12 is by means of an adhesive frictionally with the circuit board 30 connected. The circuit board 30 is by means of an adhesive frictionally with the carrier plate 70 connected.

Die Trägerplatte 70 bildet eine Unterseite des Gehäuses 60, welches mit weiteren Seitenwänden und einer Oberseite die Sonnennachführeinheit umschließt. Die Lichteintrittsöffnung 62 ist in der Oberseite des Gehäuses 60 oberhalb der konvex ausgebildeten transparenten Oberfläche 14.1 des optischen Körpers 14 ausgebildet und mit einem transparenten Fenster 64 (gestrichelt dargestellt) vollständig bedeckt.The carrier plate 70 forms a bottom of the housing 60 which encloses the sun tracking unit with further side walls and an upper side. The light entry opening 62 is in the top of the case 60 above the convex transparent surface 14.1 of the optical body 14 Trained and with a transparent window 64 (dashed lines) completely covered.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (17)

Sonnennachführeinheit (100) aufweisend - einen Sonnenstandssensor (10), - eine Auswerte- und Steuereinheit (40), - eine Motorsteuereinheit (42), - eine erste flexible Leitung (34) für eine Energieversorgung der Sonnennachführeinheit (100), - eine dritte flexible Leitung (38) für eine Übertragung eines Motorstroms oder eines Motorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinheit (40), die Motorsteuereinheit (42) und der Sonnenstandssensor (10) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (30) mit Leiterbahnen angeordnet und jeweils mit den Leiterbahnen der Leiterplatte (30) elektrisch verschaltet sind, - die drei flexiblen Leitungen (34, 36, 38) mit den Leiterbahnen der Leiterplatte (30) elektrisch verschaltet sind, - der Sonnenstandssensor (10) einen Sensorträger (12), einen optischen Körper (14) und eine Sensoreinheit (16) mit mindestens drei Empfangsflächen (18) aufweist, - der Sensorträger (12) des Sonnenstandssensors (10) mit der Leiterplatte (30) kraftschlüssig verbunden ist, - der optische Körper (14) einen konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereich (14.1) aufweist und - die Empfangsflächen (18) mit dem optischen Körper (14) jeweils ganzflächig kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sind, - so dass durch den konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereich (14.1) des optischen Körpers (14) einfallendes Sonnenlicht einen Brennfleck auf mindestens einer der Empfangsflächen (18.1, 18.2, 18.3, 18.4) der Sensoreinheit (16) ausbildet.Sun tracking unit (100) comprising - a sun position sensor (10), - an evaluation and control unit (40), - a motor control unit (42), - a first flexible line (34) for a power supply of the sun tracking unit (100), - a third flexible Line (38) for a transmission of a motor current or a motor signal, characterized in that - the evaluation unit (40), the motor control unit (42) and the sun position sensor (10) arranged on a common printed circuit board (30) with conductor tracks and in each case with the conductor tracks the printed circuit board (30) are electrically interconnected, - the three flexible lines (34, 36, 38) are electrically connected to the conductor tracks of the printed circuit board (30), - the sun position sensor (10) has a sensor carrier (12), an optical body (14 ) and a sensor unit (16) having at least three receiving surfaces (18), - the sensor carrier (12) of the sun position sensor (10) with the circuit board (30) non-positively connected n is, - the optical body (14) has a convex, transparent surface area (14.1) and - the receiving surfaces (18) with the optical body (14) are connected over the entire surface non-positively and / or cohesively, - so that by the convex formed, transparent surface area (14.1) of the optical body (14) incident sunlight forms a focal spot on at least one of the receiving surfaces (18.1, 18.2, 18.3, 18.4) of the sensor unit (16). Sonnennachführeinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnennachführeinheit (100) in einem Gehäuse (60) angeordnet ist, wobei - das Gehäuse (60) aus einer Vergussmasse oder aus mehreren Wänden gebildet ist, - die Leitungen (34, 36, 38) aus dem Gehäuse (60) herausgeführt sind, - das Gehäuse (60) eine Lichteintrittsöffnung (62) aufweist und - eine optische Achse des konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereichs (14.1) des optischen Körpers (14) durch die Lichteintrittsöffnung (62) verläuft, so dass ein Einfall von Sonnenlicht auf den konvex ausgebildeten, transparenten Oberflächenbereich (14.1) möglich ist.Sun tracking unit (100) after Claim 1 , characterized in that the sun tracking unit (100) is arranged in a housing (60), wherein - the housing (60) is formed from a potting compound or from several walls, - the lines (34, 36, 38) from the housing ( 60), - the housing (60) has a light entry opening (62) and - an optical axis of the convex, transparent surface area (14.1) of the optical body (14) extends through the light entry opening (62), so that an incidence of Sunlight on the convex, transparent surface area (14.1) is possible. Sonnennachführeinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) einen Halbleiterkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite und mindestens drei, jeweils eine der Empfangsflächen (18.1, 18.2, 18.3) umfassende und auf der Oberseite des Halbleiterkörpers angeordnete Solarzellen (160) aufweist, wobei der Halbleiterkörper mit dem Sensorträger (12) kraftschlüssig verbunden und elektrisch verschaltet ist.Sun tracking unit (100) after Claim 1 or 2 , characterized in that the sensor unit (16) comprises a semiconductor body having a top side and a bottom side and at least three, each one of the receiving surfaces (18.1, 18.2, 18.3) comprehensive and arranged on the upper side of the semiconductor body solar cells (160), wherein the semiconductor body with the sensor carrier (12) positively connected and electrically connected. Sonnennachführeinheit (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsflächen (18.1, 18.2, 18.3) der Solarzellen (160) plan ausgebildet sind und die Solarzellen (160) jeweils einen ersten elektrischen Anschlusskontakt (20) sowie einen gemeinsamen zweiten elektrischer Anschlusskontakt (22) aufweisen.Sun tracking unit (100) after Claim 3 , characterized in that the receiving surfaces (18.1, 18.2, 18.3) of the solar cells (160) are planar and the solar cells (160) each having a first electrical connection contact (20) and a common second electrical connection contact (22). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (14) des Sonnenstandssensors (10) transparente Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1.1 umfasst oder daraus besteht.Sun tracking unit (100) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the optical body (14) of the sun position sensor (10) comprises or consists of transparent materials with a refractive index of at least 1.1. Sonnennachführeinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnennachführeinheit (100) auf einer Trägerplatte (70) angeordnet ist, wobei die Motorsteuereinheit (42) thermisch leitend mit der Trägerplatte (70) verbunden ist.Sun tracking unit (100) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the Sonnennachführeinheit (100) on a support plate (70) is arranged, wherein the motor control unit (42) is thermally conductively connected to the carrier plate (70). Sonnennachführeinheit (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (70) Teil des Gehäuses (60) ist.Sun tracking unit (100) after Claim 6 , characterized in that the carrier plate (70) is part of the housing (60). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnennachführeinheit (100) Befestigungsmittel (82, 84, 86, 88) zur Befestigung an einem Solargenerator aufweist.A sun tracking unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sun tracking unit (100) has attachment means (82, 84, 86, 88) for attachment to a solar generator. Sonnennachführeinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel Schrauben und / oder Federn (82, 86) umfassen.Sun tracking unit (100) after Claim 8 , characterized in that the fastening means comprise screws and / or springs (82, 86). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (14) des Sonnenstandssensors (10) vollständig aus mindestens einem transparenten Polymer besteht oder vollständig aus einer Quarzglasverbindung besteht oder eine Quarzglasverbindung sowie mindestens ein transparentes Polymer umfasst.Sun tracking unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical body (14) of the sun position sensor (10) consists entirely of at least one transparent polymer or consists entirely of a quartz glass compound or comprises a quartz glass compound and at least one transparent polymer. Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (14) aus mindestens einem Polymer besteht oder mindestens ein Polymer umfasst und das Polymer den Sensorträger (12) und die Sensoreinheit bis auf aus dem optischen Körper (14) herausgeführte elektrische Anschlüsse vollständig umschließt. Sun tracking unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical body (14) consists of at least one polymer or at least one polymer and the polymer comprises the sensor carrier (12) and the sensor unit except for the optical body (14) completely outgoing electrical connections. Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (12) Kontaktstifte (24) aufweist und die Kontaktstifte (24) mit den Leiterbahnen der Leiterplatte (30) elektrisch verschaltet sind.Sun tracking unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor carrier (12) has contact pins (24) and the contact pins (24) are electrically connected to the conductor tracks of the printed circuit board (30). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenstandssensor (10) höchstens hundert Lichtsensoren (160) aufweist.Sun tracking unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the sun position sensor (10) has at most one hundred light sensors (160). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (12) einen Leadframe aufweist oder als eine Leiterplatte mit mindestens vier Leiterbahnen ausgebildet ist.Sun tracking unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor carrier (12) has a leadframe or is designed as a printed circuit board with at least four interconnects. Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (60) eine Länge, eine Breite und eine Höhe aufweist, wobei die Länge und/oder die Breite und/oder die Höhe höchstens 3 cm oder höchstens 10 cm beträgt.A sun tracking unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (60) has a length, a width and a height, wherein the length and / or the width and / or the height is at most 3 cm or at most 10 cm , Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite flexible Leitung (36) für eine Signalübertragung an die Auswerte- und Steuereinheit (40) vorgesehen ist.Sun tracking unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a second flexible line (36) is provided for a signal transmission to the evaluation and control unit (40). Sonnennachführeinheit (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung über die erste flexible Leitung durch Gleichstrom mit einer Spannung von kleiner als 80 Volt erfolgt.Sun tracking unit (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the power supply via the first flexible line is effected by direct current with a voltage of less than 80 volts.
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