DE102020107794A1

DE102020107794A1 - Vorrichtung zum Verriegeln einer Nachführeinrichtung für eine PV-Anlage und Verfahren zum Entriegeln einer Nachführeinrichtung

Info

Publication number: DE102020107794A1
Application number: DE102020107794.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Keck; Markus Balz; Willem Landman
Original assignee: Shenzhen Atec Energy & Env Co Ltd; Shenzhen Atec Energy & Environment Co Ltd; Sbp Sonne GmbH
Current assignee: Shenzhen Atec Energy & Env Co Ltd; Shenzhen Atec Energy & Environment Co Ltd; Sbp Sonne GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN112072995B; CN112072995A

Abstract

Es wird eine PV-Anlage mit einer Nachführeinrichtung vorgeschlagen, die konstruktiv sehr einfach aufgebaut ist, deren Herstellungskosten daher gering sind und die zudem einen wirksamen Schutz gegenüber „Galopping“ und dynamischen Drehschwingungen des Zentralrohrs bei auftretenden Stürmen aufweist.

Description

Die Stromerzeugung von PV-Anlagen lässt sich signifikant steigern, wenn die PV-Module dem im Sonnenstand im Laufe eines Tages nachgeführt werden können. Es haben sich dadurch Steigerungen der Stromerzeugung von 30 bis 40% realisieren lassen.
Ein gängiges Konzept einer solchen Nachführeinrichtung sieht ein drehsteifes Zentralrohr vor, das an mehreren Stützen drehbar gelagert ist. An einer Oberseite des Zentralrohrs sind zwei Reihen von PV-Modulen angeordnet. Das Zentralrohr kann mit Hilfe eines (Dreh-)Antriebs gedreht werden. Die am Zentralrohr befestigten PV-Module machen diese Drehbewegung mit und werden auf diese Weise der Sonne nachgeführt.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist man bestrebt, die Zentralrohre sehr lang zu machen und in der Mitte des Zentralrohrs einen (Dreh-)Antrieb für das Zentralrohr vorzusehen. Beispiele für dieses Konzept sind in der US 2017/0359017 A1 , der US 2018/0073773 A1 und der US 2017/0187327 A1 beschrieben. Dieses Konzepts hat sich in der Praxis bewährt.
Bei PV-Anlagen mit Zentralrohren wird das Zentralrohr aufgrund von Windlasten oder Gewichtskräften auf Torsion und Biegung beansprucht. Insbesondere die Torsion gilt es zu begrenzen, da sonst die auf dem Zentralrohr montierten PV-Module Schaden nehmen.
Das gilt für allem für windinduzierte dynamische Torsions-Effekte, wie das sogenannte „Galopping“. Darunter versteht man windinduzierte Drehschwingungen des Zentralrohrs, die sich ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit so weit verstärken, dass es zu Schäden an den auf dem Zentralrohr angeordneten PV-Module kommt. Im ungünstigsten Fall kann das „Galopping“ zu einem Totalschaden der PV-Anlage führen. Um diese Gefahr zu verringern, sind Drehverriegelungen bekannt, welche das Zentralrohr arretieren. Dadurch wird gewährleistet, dass das Zentralrohr und mit ihr die darauf befestigten PV-Module bei Sturm in einer Arretier-Position gehalten wird. In der Arretier-Position kann die PV-Anlage dem Sturm am besten standhalten, so dass die Gefahr von Sturmschäden minimal ist. Häufig sind die PV-Module in der Arretier-Position etwa horizontal ausgerichtet.
Aus der US 2009/009 5283 A1 ist eine Drehverriegelung für einen Parabolrinnenkollektor bekannt; sie ist konzentrisch zu der Schwenkachse des Parabolrinnenkollektors angeordnet. Eine ähnliche Anordnung zeigen die US 2017/0163208 A1 und die US 2017/0187327 A1 bei PV-Anlage mit Nachführeinrichtung. Die US 2017/0187327 A1 beschriebt eine Anordnung mit einem Drehantrieb in der Mitte des Zentralrohrs und zwei Drehverriegelungen an den Enden des Zentralrohrs. Diese bekannten Drehverriegelungen haben eine Vielzahl von Arretier-Positionen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Drehverriegelung für eine PV-Anlage mit Nachführeinrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Nachführsystem für eine PV-Anlage umfassend ein Zentralrohr, mehrere voneinander beabstandete Stützen, einen Dreh-Antrieb und mindestens eine, bevorzugt zwei Drehverriegelungen, wobei das Zentralrohr an den Stützen drehbar gelagert ist, dadurch gelöst, dass die Drehverriegelungen eine Arretierstange und mindestens eine mit der Arretierstange zusammenwirkende Sperrklinke umfassen, wobei die Arretierstange mit einem Flansch oder Hebel des Zentralrohrs gelenkig verbunden ist, und wobei die mindestens eine Sperrklinke mindestens mittelbar an einer Stütze der Nachführeinrichtung befestigt ist.
Die erfindungsgemäße Drehverriegelung ist sehr einfach aufgebaut; sie kann sehr große Drehmomente aufnehmen und in eine Stütze der PV-Anlage ableiten.
Wenn das Zentralrohr dort wo sich die Drehverriegelung befindet z. B. durch Windlasten verdreht wird, dann bewegt sich die Arretierstange relativ zu der oder den ortsfesten Sperrklinken. Wenn eine oder zwei der Sperrklinken an einem Nocken der Arretierstange anliegen, dann entsteht ein Formschluss zwischen Arretierstange und Sperrklinke. In Folge dessen wird die Drehbewegung des Zentralrohrs zumindest in eine Richtung begrenzt. Damit wird das „Galopping“ wirkungsvoll reduziert.
Wenn die Sperrklinken gegenläufig angeordnet sind, kann die Torsion des Zentralrohrs auf einfache Weise in beiden Drehrichtungen wirksam begrenzt werden. Immer wenn eine Nocke der Arretierstange gegen eine der Sperrklinken läuft, wird die Drehbewegung gestoppt. Diese Nocken sind so geformt, dass sie nur für eine der beiden Sperrklinken einen Anschlag darstellen. Weil die Sperrklinken gegenläufig angeordnet sind und die Nocken entsprechend geformt sind, bewirken eine Nocke und eine Sperrklinke eine Begrenzung der Drehbewegung in eine Richtung. Dadurch wird die Torsion/die Drehbewegung des Zentralrohrs in beide Drehrichtungen begrenzt und ein selbstverstärkendes Aufschaukeln der Drehschwingungen des Zentralrohrs wirksam unterbunden. Außerdem ändert sich die Eigenfrequenz des Zentralrohrs; es wird gewissermaßen verstimmt. Auch dadurch wird die Gefahr eines selbstverstärkenden Aufschaukelns des Zentralrohrs („Galopping“) verringert. Beispielsweise kann die Drehbewegung auf +/- 10° oder +/- 15° begrenzt werden.
Wenn zusätzlich zu den zwei Nocken noch eine weitere Nocke vorhanden ist, wird, wenn beide Sperrklinken an dieser weiteren Nocke anliegen das Zentralrohr in dieser Drehposition arretiert. Diese weitere Nocke ist so geformt, dass sie für beide Sperrklinken einen Anschlag darstellt.
Sobald beide Sperrklinken an dieser mittleren Nocke anliegen, dann ist keine Drehbewegung des Zentralrohrs an dieser Stelle mehr möglich; das Zentralrohr ist dann in einer Mittelstellung arretiert. Erst wenn die Sperrklinken (mit Hilfe eines steuerbaren Aktuators) von den Nocken abgehoben worden sind, kann das Zentralrohr wieder gedreht und die PV-Module der Sonne nachgeführt werden.
Entsprechende Funktionalitäten lasen sich auch realisieren, wenn in der Arretierstange eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen sind. Dann fällt die Sperrklinke in diese Vertiefung, sobald die Arretierstange und mit ihr das Zentralrohr eine vorgegebene Position eingenommen hat.
In einer bevorzugten Ausführung ist die mindestens eine Sperrklinke drehbar oder axial verschiebbar an einer Konsole befestigt ist, die wiederum an einer Stütze angeordnet ist. Dadurch können große Momente aus dem Zentralrohr in die Stütze abgeleitet werden und dadurch das Zentralrohr entlastet werden.
Die Belastbarkeit der Drehverriegelung wird weiter verbessert, wenn die Konsole eine Führung für die Arretierstange aufweist. Dann kann die Arretierstange nicht ausweichen, wenn einer der Sperrklinken gegen eine Nocke läuft. Um die erfindungsgemäße Drehverriegelung zu deaktivieren, ist an jeder Konsole ein Linearantrieb vorgesehen, der auf die mindestens eine Sperrklinke einwirkt und diese bei Bedarf anhebt, so dass die Sperrklinke sich aus der Vertiefung der Arretierstange herausbewegt oder über die Nocken gehoben wird.
Wie bereits erwähnt wird bei PV-Anlagen das sehr lange Zentralrohr und nur einem Drehantrieb, der meist in der Mitte des Zentralrohrs angeordnet ist, unter dem Einfluss von Wind oder Sturm tordiert, selbst wenn der Drehantrieb das Zentralrohr, dort wo er montiert ist, gegen Verdrehen sichert. Diese windinduzierten „harmonischen“ Torsions- oder Drehschwingungen („Galopping“) werden durch die erfindungsgemäßen Drehverriegelungen begrenzt oder sogar vollständig unterbunden.
Die erfindungsgemäße Drehverriegelung wird an einer Stütze installiert, die sich relativ weit von dem Antrieb des Zentralrohrs befindet. Dort ist die windinduzierte Torsion des Zentralrohrs relativ groß. Wenn das Zentralrohr dort, wo die Drehverriegelung installiert ist, eine bestimmte Torsion erfahren hat, wird die erfindungsgemäße Drehverriegelung aktiviert und in Folge dessen eine weitere Torsion des Zentralrohrs an dieser Stelle verhindert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dreh-Antrieb zum Verschwenken bzw. Verdrehen des Zentralrohrs als Linearantrieb ausgebildet. Ein Ende des Linearanatriebs ist an dem Flansch bzw. einem am Flansch ausgebildeten Hebel des Zentralrohrs drehbar gelagert ist. Das andere Ende des Linearantriebs ist mindestens mittelbar an einer Stütze der Nachführeinrichtung befestigt. In der Regel wird man eine Konsole an die Stütze schrauben, die wiederum das Ende des Linearantriebs aufnimmt.
Als Linearantriebe kommen elektrische Linearantriebe (das heißt elektromechanische Gewindetriebe) Hydraulik Zylinder oder Pneumatik Zylinder in Frage. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist für alle Arten von Linearantrieben ausgelegt und geeignet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Nachführsystem für eine PV-Anlage mit umfassend ein Zentralrohr, mehrere voneinander beabstandete Stützen, einen Dreh-Antrieb und mindestens eine, bevorzugt zwei Drehverriegelungen, wobei das Zentralrohr an den Stützen drehbar gelagert ist, dadurch gelöst, dass der Drehantrieb etwa in der Mitte des Zentralrohrs angeordnet ist, und dass ein Abstand der Drehverriegelungen zu einem Ende des Zentralrohrs etwa gleich einem Sechstel (1/6) Länge des Zentralrohrs ist.
Diese Anordnung führt zu einer sehr gleichmäßigen Verteilung der bei Sturm auf das Zentralrohr wirkenden windinduzierten Momente: Der Drehantrieb nimmt die Momente des mittleren Drittels des Zentralrohrs auf. Die beiden Drehverriegelungen nehmen die auf die äußeren Drittel des Zentralrohrs wirkenden Momente auf. Die relativ kleinen Abstände der Drehverriegelungen zu dem in der Mitte angeordneten Drehantrieb von etwa einem Drittel der Länge des Zentralrohrs hat einen weiteren Vorteil: Die Eigenfrequenz der windinduzierten Drehschwingungen des Zentralrohrs wird erhöht; das reduziert die Gefahr des „Galopping“.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entriegeln der Drehverriegelungen einer PV-Anlage gemäß Anspruch 11 sieht vor, dass der oder die Aktuatoren zum Deaktivieren der Drehverriegelung, so angesteuert werden, dass der Formschluss zwischen den Sperrklinken und deren Gegenstücken aufgehoben wird. Wenn das Zentralrohr in diesem Moment tordiert ist und/oder eine Windlast auf die PV-Module wirkt, dann kann es sein, dass eine große Kraft benötigt wird, um die Sperrklinken zu entriegeln. Das bedeutet, dass die Aktuatoren entsprechend groß dimensioniert werden müssen.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, zeitgleich mit dem Ansteuern des Aktuators wird der Dreh-Antrieb so angesteuert, dass er das Zentralrohr zuerst etwas in dein Drehrichtung dreht und anschließend in die entgegengesetzte Drehrichtung dreht. Dadurch werden die Sperrklinken entlastet und das Entriegeln der Drehverriegelungen erleichtert, bzw. überhaupt erst ermöglicht.
Der Dreh-Antrieb wird bevorzugt solange angesteuert, bis der Aktuator die Sperrklinken entriegelt hat. Das kann über Endlagenschalter an den Sperrklinken einfach detektiert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Figurenliste
Es zeigen:

1: Eine Isometrie einer erfindungsgemäßen PV-Anlage mit Nachführsystem einer erfindungsgemäßen PV-Anlage,
2: eine Isometrie eines Teils der erfindungsgemäßen Nachführsystems,
3: eine Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Nachführsystems,
4 bis 7: Darstellungen der erfindungsgemäßen Drehverriegelung in verschiedenen Positionen des Nachführsystems und
8: eine Isometrie eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Nachführsystems.

Beschreibung Ausführungsbeispiele:

In der 1 ist eine PV-Anlage mit einer erfindungsgemäßen Nachführsystem in einer Ansicht von hinten dargestellt.

Die gesamte PV-Anlage mit dem erfindungsgemäßen Nachführsystem ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die PV-Anlage 1 umfasst eine Vielzahl von PV-Modulen 3, die zu beiden Seiten eines Zentralrohrs 5 angeordnet sind. Das Zentralrohr 5 ist auf Stützen 7 drehbar gelagert. Die konstruktiven Details dieser Lagerung sind in der 1 nicht erkennbar. In der 1 aber auch der 2 ist zu erkennen, dass jedes PV-Modul 3 einen Rahmen 9 aufweist. Dieser Rahmen 9 dient zur Stabilisierung, so dass die Gläser und Siliziumschichten des eigentlichen PV-Moduls 3 keinen unzulässigen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Der Rahmen 9 besteht in der Regel aus vier Aluminiumprofilen die an den Ecken miteinander verbunden sind.
Zwischen der „Unterseite“ des Zentralrohrs 5 und dem Rahmen 9 der PV-Module 3 sind Streben 11 angeordnet. Sie stützen die PV-Module 3. In der 1 ist ebenfalls zu erkennen, dass die Rahmen 9 im Bereich des Zentralrohrs 5 auf Pfetten 13 aufliegen. Die Pfetten 13 sind als kurze Metallprofile, die als Auflager für die Rahmen 9 der PV-Module 3 im Bereich des Zentralrohrs dienen. Die Pfetten 13 sind mit der Oberseite des Zentralrohrs verbunden.
Der Rahmen 9 kann mit den Pfetten 13 verschraubt sein. Es ist auch möglich, über Niete oder auf andere Weise den Rahmen 9 der Module mit den Pfetten 13 zu verbinden.
Die Streben 11 sind an einem Ende mit dem Zentralrohr 5 an dessen Unterseite verbunden; beispielsweise durch eine Schraub- oder Nietverbindung.
Das entgegengesetzte Ende der Streben 11 ist mit dem Rahmen 9 des PV-Moduls 3 ebenfalls durch Schrauben oder Niete verbunden. Für die Steifigkeit und Stabilität der erfindungsgemäßen Konstruktion ist es wichtig, dass die Befestigungslaschen des Rahmens 9 an den Pfetten 13 einerseits und der Punkt an dem die Streben 11 den Rahmen 9 abstützen einen möglichst großen Abstand A voneinander haben. Außerdem sollte ein Winkel 15 zwischen den Streben 11 und dem Rahmen 9 möglichst groß sein wählen. Dann wird die bei gleichem Materialeinsatz die mechanische Belastung sowohl des Rahmens 9 sowohl der Streben 11 minimiert.
An der Stütze 7 ist ein Linearantrieb angeordnet. An der Stütze 7 ist eine erfindungsgemäße Drehverriegelung angeordnet. Diese Drehverriegelung wird nachfolgend anhand der 11 bis 14 noch im Detail erläutert.
In der 2 das Zentralrohr 5 mit dem Pfetten 13, einer Strebe 11 sowie ein PV-Modul 3 mit Rahmen 9 dargestellt. Dadurch, dass eine Vielzahl von Bauteilen gegenüber der 1 weggelassen wurde, verbessert sich die Übersichtlichkeit. An dem in 2 linken Teil des Zentralrohrs 5 ist zu erkennen, dass in regelmäßigen Abständen jeweils vier Befestigungslaschen 19 angeordnet sind. Diese vier Befestigungslaschen liegen in einer Ebene. Ein Normalenvektor dieser Ebene verläuft parallel zu einer Längsachse des Zentralrohrs 5.
Am rechten Ende des Zentralrohrs 5 sind die vier Befestigungslaschen 19 ebenfalls zu sehen. An den beiden oberen Befestigungslaschen ist eine Pfette 13 angeschraubt. Die beiden in der 2 unteren Befestigungslaschen dienen als Widerlager für die Streben 11. Im linken Teil der 2 ist zu erkennen, dass die Befestigungslaschen als Blechbiegeteile ausgeführt sein können. Sie können mit dem Zentralrohr 5 beispielsweise durch Schweißen, Chinchen oder Nieten verbunden werden.
Die Abstände der Befestigungslaschen 19 in Längsrichtung des Zentralrohrs 5 sind auf die Breite der PV-Module 3 abgestimmt, Dadurch können einer Pfette 13 zwei benachbarte PV-Module 3 befestigt werden. Es ist es auch möglich, mit einer Strebe 11 2 benachbarte PV-Module 11 abzustützen. Das ist in der 2 nicht erkennbar, weil nur ein PV-Modul 3 dargestellt wurde.
Anhand der 4 bis 7 wird eine erfindungsgemäße Drehverriegelung 17 näher erläutert. In der 11 ist eine Seitenansicht der PV-Anlage dargestellt. An der Stütze 7 ist eine Konsole 61 angeordnet. Die Konsole 61 trägt zwei gegenläufig angeordnete Sperrklinken 63 und 65 sowie einen optionalen (Linear-)Antrieb 67. Mit Hilfe des Antriebs 67 können die Sperrklinken 63 und 65 aus ihrer aktiven Position ausgehoben werden.
In der 4 ist eine Arretierstange 69 dargestellt, die an einem Hebel oder Lenker 72 befestigt ist. Der Lenker 72 ist fest mit dem Zentralrohr 5 verbunden; beispielsweise über die Befestigungslaschen 19 des Zentralrohrs 5 (siehe 2 oder 3) oder über einen Flansch.
An der Arretierstange 69 sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei Nocken beziehungsweise Erhebungen 73, 73.2 und 73.3 ausgebildet.
Über die Lage der Nocken 73 an der Arretierstange 69 kann die Arretier-Position der PV-Module 3 bzw. des Zentralrohrs 5 vorgegeben werden.
Die mittlere Nocke 73 ist so ausgebildet, dass beide Sperrklinken 63 und 65 gleichzeitig an ihr anliegen und mit ihr einen Formschluss bilden können. Dann unterbindet Arretiervorrichtung Drehbewegungen des Zentralrohrs 5 in beide Drehrichtungen. Diese Position wird im Zusammenhang mit der Erfindung als „Arretier-Position“ bezeichnet.
Häufig sind die PV-Module in der die Arretier-Position horizontal ausgerichtet.
Die in der 4 „obere“ Nocke 73 und die „untere“ Nocke 73 dienen dazu die Torsion des Zentralrohrs 5 auf einen unkritischen Torsion-Winkel zu begrenzen. Sie begrenzen die Torsion nur in eine Drehrichtung.
In der 4 ist die Situation dargestellt, dass die Sperrklinke 63 an der „unteren“ Nocke 73 anliegt. Dadurch wird eine weitere Drehung des Zentralrohrs 5 gegen den Uhrzeigersinn verhindert. In dieser Position sind die PV-Module 3 dort wo die Arretiervorrichtung an dem Zentralrohr 5 befestigt ist etwa um 15° gegenüber der Horizontalen geneigt.
In der 5 ist die Situation dargestellt, dass sich das Zentralrohr 5 in der Arretier-Position befindet. Beide Sperrklinken 63 und 65 liegen an der „mittleren“ Nocke 73 an. Durch den Formschluss zwischen den Sperrklinken 63, 65 und der Nocke 73 wird eine Drehbewegung des Zentralrohrs 5 in beide Drehrichtungen unterbunden.
In der 6 ist die Situation dargestellt, dass die Sperrklinke 65 an der „oberen“ Nocke 73 anliegt. Dadurch wird eine weitere Drehung des Zentralrohrs 5 im Uhrzeigersinn verhindert. In dieser Position sind die PV-Module 3 etwa um -15° gegenüber der Horizontalen geneigt.
In der 7 ist eine normale Arbeitsstellung der PV-Module 3 dargestellt. Sie sind in diesem Fall um - 55° gegenüber der Horizontalen geneigt. Dies bedeutet, dass die Drehverriegelung 17 nicht aktiv ist. Die Drehverriegelung 17 wird aktiviert, wenn Sturm aufzieht, Dann wird die PV-Anlage 1 in die Arretier-Position gebracht. Die Arretier-Position wird durch einen Drehantrieb der Nachführeinrichtung der PV-Anlage 1 angefahren.
Der Drehantrieb kann als Linearantrieb ausgeführt sein. Dann wird er - ähnlich wie die erfindungsgemäße Arretiervorrichtung - zwischen einer Konsole 61 an einer Stütze 7 und einem Hebel 72 installiert. Durch Ansteuern des Linearantriebs ändert sich der Abstand zwischen der Konsole 61 und dem Hebel 72 und in Folge dessen dreht sich das Zentralrohr 5 in seinen Lagern und mit ihm die PV-Module 3.
In der 8 ist eine PV-Anlage 1 mit insgesamt sieben Stützen 7 dargestellt. Anhand dieser Figur soll das erfindungsgemäße Zusammenspiel von Zentralrohr 5, einem an der Stütze 7 angeordneten Drehantrieb und sowie jeweils einer Arretiervorrichtung an der Stütze 7 und an der Stütze 7 erläutert werden. Der Abstand zwischen der (mittleren) Stütze 7 mit dem Drehantrieb und den Stützen 7 beziehungsweise Stütze 7 mit den Arretiervorrichtungen beträgt 10 Meter oder mehr.
Mit dem Drehantrieb werden im Normalbetrieb die PV-Module 3 der Sonne nachgeführt. Wenn ein Sturm aufzieht, wird das Zentralrohr 5 in die Arretier-Position gedreht. In der Arretier-Position sind die PV-Module in unmittelbarer Nähe der Stütze 7 horizontal ausgerichtet, entsprechend einem Winkel von 0°. Obwohl der Drehantrieb das Zentralrohr 5 im Bereich der Stütze 7 in der Arretier-Position hält, dann kann der an den PV-Modulen 3 angreifende Sturm das Zentralrohr 5 tordieren. Diese Torsion führt dazu, dass mit zunehmendem Abstand von der Stütze 7 die PV-Module 3 auf dem Zentralrohr 5 eine von der Arretier-Position verschiedene Ausrichtung haben. Wenn die Torsion zu groß wird, kommt es zu Schäden an den PV-Modulen 3.
Die an den Stützen 7 und/oder 7.3 vorhandenen Drehverriegelungen 17 haben begrenzen die Torsion auf einen unkritischen Wert.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Drehverriegelungen 17 wird die Torsion des Zentralrohrs 5 - ausgehend von der von dem Drehantrieb angefahrenen Sturm-Position an der Stütze 7 - auf einen unkritischen Wert beschränkt so dass Sturmschäden aufgrund einer zu großen Torsion verhindert werden.
Das geschieht in zwei Stufen. Wenn der Drehantrieb rechtzeitig vor Ausbruch des Sturms an der Stütze 7 die Arretier-Position erreicht hat, dann hat das Zentralrohr 5 im Bereich der Stützen 7 und 7.3 mit den Arretiervorrichtungen wegen der im Betrieb häufig auftretenden geringen Torsion eine geringfügig davon abweichende Dreh-Position. Es kann zum Beispiel um +/- 6° gegenüber der Arretier-Position tordiert sein. Dann sorgen die die Nocken 73 und 73.3 zusammen mit den Sperrklinken 65 und 65 dafür, dass die Torsion des Zentralrohrs 5 auf einen unkritischen Winkel begrenzt wird. In den 4 bis 6 ist dieser Winkel gleich 15°.
Anders ausgedrückt: in einem Bereich von +/- 15° kann das Zentralrohr 5 im Bereich der Stützen 7 und 7.3 gegenüber der Arretier-Position im Bereich mittleren Stütze 7 tordiert sein.
Wenn das Zentralrohr 5 zum Beispiel im Bereich der Stütze 7 die Arretier-Position (= 0°) einmal erreicht hat, dann rasten die Sperrklinken 65 und 65 an der Nocken 73 ein, wie in 5 dargestellt. Ab diesem Moment ist sichergestellt, dass das Zentralrohr 5 im Bereich der Stütze 7 die Arretier-Position beibehält und zwischen den Stützen 7 und 7.2 keine Torsion mehr auftritt.
Entsprechendes gilt auch für das Zentralrohr 5 im Bereich der Stütze 7. Das Verrasten oder Arretieren des Zentralrohrs 5 and en Stützen 71. und 7.3 bzw. den dort angeordneten Arretiervorrichtungen muss nicht gleichzeitig erfolgen; in der Regel wird es nacheinander erfolgen.
Das soll anhand eines Beispiels verdeutlich werden:

Es wird angenommen, dass das Zentralrohr von dem Dreh-Antrieb in eine 0°-Position (= Arretier-Position) gedreht wurde. Damit ist die Drehposition des Zentralrohrs 5 im Bereich der Stütze 7 vorgegeben.

Weiter wird angenommen, dass sich in einem Abstand von 20 m eine Stütze (7.1 und/oder 7.3) mit einer erfindungsgemäßen Drehverriegelung 17 befindet. Wenn sich dort eine windinduzierte (unkritische) Drehschwingung mit einer Amplitude von +/-5° einstellt, ist die erfindungsgemäße Drehverriegelung noch nicht aktiv.
Erst wenn die windinduzierte Drehschwingung im Bereich der eine kritische Amplitude von zum Beispiel +/-15° erreicht, wird die erfindungsgemäße Drehverriegelung 17 aktiv.
Bei einer Torsion von 15° läuft der Nocken 73 gegen die Sperrklinke 63 (Siehe 4). Eine weitere Torsion gegen den Uhrzeigersinn wird dadurch verhindert.
Bei einer Torsion von -15° läuft der Nocken 73 gegen die Sperrklinke 65 (Siehe 8). Eine weitere Torsion im Uhrzeigersinn wird dadurch verhindert.
Wenn das Zentralrohr 5 an einer der Stützen 7 oder 7.3 die Position 0° erreicht, tritt die in 5 dargestellte Situation ein und die Drehung in beide Richtungen wird unterbunden.
Nachdem die Windgeschwindigkeit abgenommen hat, kann die Drehverriegelung deaktiviert werden. Anschließend wird das Zentralrohr 5 aus der Arretier-Position herausgedreht (siehe 7). Dort ist die Drehverriegelung nicht aktiv.
Die in dem tordierten Zentralrohr 5 gespeicherte Energie kann groß sein, wenn sich der Antrieb in einer anderen Position als die Verriegelungsposition der Drehverriegelung befindet. Um die von der Verriegelungsvorrichtung zum Entriegeln benötigte Kraft zu reduzieren, kann der Antrieb in eine Position gefahren werden, die mit der Verriegelungsposition korreliert, um die Torsion des Zentralrohrs 5 abzubauen und das Entriegeln zu vereinfachen.
Diesen Effekt macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Entriegeln zunutze.
Die Drehverriegelung kann auch durch den Tracker selbst während der normalen Nachführung, aber bei Windstille, aktiviert werden. Dies geschieht dann, wenn der Antrieb den Tracker in den Neigungswinkel bewegt, für den die Drehverriegelung aktiviert wird.
Wenn nur eine Winkelstellung einrasten kann, kann es zu einer Torsion in einer anderen Drehrichtung kommen als derjenigen, welche die Drehverriegelung verhindern soll. Um dies zu vermeiden, kann die Drehverriegelung auch eine Ein-Richtungs-Sperrfunktion haben, bei der sie nur eine Drehbewegung in Richtung der einzelnen Sperrposition ermöglicht. Diese stufenweise Verriegelung in eine Richtung verhindert ein „Galopping“ aus der endgültigen Verriegelungsposition heraus.
Ein Hauptmerkmal der Drehverriegelung ist, dass sie den Antrieb ergänzt, indem sie in der Arretier-Position einen Teil der von dem Sturm auf die PV-Module 3 ausgeübten Drehmomenten aufnimmt und in eine der Stützen (7 und 7.3 in der 8) einleitet. Dadurch werden die Spannungen im Zentralrohr gleichmäßig verteilt. Dadurch kann der Querschnitt des Zentralrohrs 5 weiter reduziert werden.
Das anhand der 4 bis 7 beschriebene Ausführungsbeispiel einer Drehverriegelung 17 hat zudem den Vorteil, dass sie in ähnlicher Weise wie der Linear-Antrieb mit dem Zentralrohr und der Stütze verbunden wird. Dadurch sinkt die Zahl der benötigten Bauteile.
Anhand der 8 lässt sich auch die erfindungsgemäße Anordnung des Drehantriebs und der Drehverriegelungen erläutert werden. Die sieben Stützen 7 unterteilen die Gesamtlänge des Zentralrohrs 5 in sechs Abschnitte zwischen den Stützen und zwei kurze Endabschnitte.
Die Stützen 7 und 7.3 sind etwas weiter als 1/6 der Gesamtlänge des Zentralrohrs von dessen Enden entfernt. Wenn die Endabschnitte nicht vorhanden wären und die Stützen 67 alle den gleichen Abstand voneinander haben, dann sind die Stützen 7 und 7.3 exakt 1/6 der Gesamtlänge des Zentralrohrs von dessen Enden entfernt. Der Drehantrieb ist an der mittleren Stütze 7 angeordnet.
Bei dieser erfindungsgemäßen Aufteilung nimmt der Drehantrieb an der Stütze 7 die auf das Zentralrohr 5 wirkenden windinduzierten Momente des mittleren Drittels des Zentralrohrs 5 auf. Diese mittlere Drittel erstreckt sich von der Stütze 7 links neben der Stütze 7 bis zu der der Stütze 7 rechts neben der Stütze 7.
Die Drehverriegelung an der Stütze 7 nimmt die auf das Zentralrohr 5 wirkenden windinduzierten Momente des in 8 linken Drittels des Zentralrohrs 5 auf.
Die Drehverriegelung an der Stütze 7 nimmt die auf das Zentralrohr 5 wirkenden windinduzierten Momente des in 8 rechten Drittels des Zentralrohrs 5 auf.
Dadurch werden die Belastungen der Drehverriegelungen und des Drehantriebs bei einem Sturm vergleichmäßigt und verringert, wenn die Drehverriegelungen akiv sind.
Anhand der 8 wird auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Nachführsystems erläutert.
Wenn ein Sturm aufzieht, werden die Drehverriegelungen an den Stützen 7 und 7.3 aktiviert, so dass über kurz oder lang das Zentralrohr 5 dort arretiert wird. In dem dargestellten Beispiel sind die PV-Module 3 dann in der Nähe der n an den Stützen 7 und 7.3 horizontal ausgerichtet. Das ist durch die Winkelangabe 0° in 8 veranschaulicht.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Drehantrieb (an der mittleren Stütze 7 so anzusteuern, dass er das Zentralrohr 5 leicht verdreht, so dass die PV-Module 3 dort nicht mehr waagerecht, sondern zum Beispiel um -5° geneigt sind.
Dadurch wird das Zentralrohr 5 zwischen den Stützen 7 und 7.2 sowie den Stützen 7 und 7.2 leicht tordiert.
In dieser Position, so hat sich überraschenderweise ergeben, ist der Luft-Widerstand der PV-Anlage, d. h. der PV-Module 3 und des Zentralrohrs 5 geringer als wenn alle PV-Module 3 gleich ausgerichtet sind; in jedem Fall aber hält die erfindungsgemäß gezielt „verspannte“ PV-Anlage größeren wind- bzw. sturminduzierten Belastungen stand.
Nachdem der Sturm vorüber ist, wird der Drehantrieb dann so angesteuert, dass das Zentralrohr nicht mehr tordiert ist (in dem Beispiel der 8 sind dann alle PV-Module 3 waagerecht ausgerichtet. Dann ist die Belastung auf die Drehverriegelungen an den Stützen 71. und 7.3 minimal und diese könne sehr leicht und mit geringen Antriebskräften entriegelt bzw. deaktiviert werden.
Bezugszeichenliste

1: PV-Anlage
3: PV-Modul
5: Zentralrohr
7: Stütze
9: Rahmen eines PV-Moduls
11: Strebe
13: Pfette
15: Winkel
17: Drehverriegelung
19: Befestigungslasche
21: Lager
23, 35: Achse
H: Höhe des Zentralrohrs
B: Breite des Zentralrohrs
27: Oberseite
29: Unterseite
31: Seitenwände
33: Zwischen- oder Verbindungsfläche
35: Zwischenstück
37: Muffe
39: Innenkontur des Zentralrohrs
41: Außenkontur des Zentralrohrs
43: Muffe
45: Überdeckung
47: Flansch
49: Hebel
51: Aufnahmebohrung
53: Zwischenstück
55: Schraube
57: Schweißnaht
59: Gegenplatte
61: Konsole
63, 65: Sperrklinke
67: Aktuator
69: Arretierstange
71: Konsole
72: Lenker
73: Nocken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0359017 A1 [0003]
US 2018/0073773 A1 [0003]
US 2017/0187327 A1 [0003, 0006]
US 2009/0095283 A1 [0006]
US 2017/0163208 A1 [0006]

Claims

Nachführsystem für eine PV-Anlage umfassend ein Zentralrohr (5), mehrere voneinander beabstandete Stützen (7), einen Dreh-Antrieb für das Zentralrohr (5) und mindestens eine, bevorzugt zwei Drehverriegelungen (17) für das Zentralrohr (5), wobei das Zentralrohr (5) an den Stützen (7) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverriegelung (17) eine Arretierstange (69) und mindestens eine mit der Arretierstange (69) zusammenwirkende Sperrklinke (63, 65) umfasst, dass die Arretierstange (69) mindestens zwei Nocken (73.1, 73.3) oder Vertiefungen aufweist und über einen Hebel (49) oder Flansch (47) mit dem Zentralrohr (5) verbunden ist, und dass die mindestens eine Sperrklinke (63, 65) mindestens mittelbar an einer Stütze (7.1, 7.3) befestigt ist.
Nachführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei gegenläufig angeordnete Sperrklinken (63, 65) umfasst, und dass die Sperrklinken (63, 65) die Bewegung der Arretierstange (69) relativ zu der Konsole (71) begrenzen, wenn eine der Nocken (73.1, 73.3) gegen eine der Sperrklinken (63, 65) läuft oder wenn eine der Sperrklinken (63, 65) in einer Vertiefung der Arretierstange (69) einrastet.
Nachführsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierstange (69) einen weiteren Nocken (73.2) oder eine weitere Vertiefung umfasst, und dass die Sperrklinken (63, 65) eine Bewegung der Arretierstange (69) relativ zu der Konsole (71) verhindern, wenn beide Sperrklinken (63, 65) an der weiteren Nocke (73.2) anliegen.
Nachführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sperrklinke (63, 65) drehbar oder axial verschiebbar an einer Konsole (71) befestigt ist, und dass die Konsole (71) an einer Stütze (7.1, 7.3) angeordnet ist.
Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (71) eine Führung für die Arretierstange (69) umfasst.
Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Konsole (71) mindestens ein Aktuator (67) zum Entriegeln der Sperrklinken (63, 65) angeordnet ist.
Nachführsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (67) zum Entriegeln der Sperrklinken (63, 65) als Linearantrieb, insbesondere als elektro-mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Linearantrieb ausgebildet ist.
Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh-Antrieb zum Drehen des Zentralrohrs (5) ein Linearantrieb ist, dass an mindestens einer Stütze (7.2) eine Aufnahme für den Linearantrieb vorhanden ist, und dass der Linearantrieb zwischen der Aufnahme und einem Hebel (49) oder Flansch (47) mit dem Zentralrohr (5) verbunden ist.
Nachführsystem für eine PV-Anlage umfassend ein Zentralrohr (5), mehrere voneinander beabstandete Stützen (7), einen Dreh-Antrieb für das Zentralrohr und zwei Drehverriegelungen (17), wobei das Zentralrohr (5) an den Stützen (7) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb etwa in der Mitte des Zentralrohrs (5) angeordnet ist, und dass ein Abstand der Drehverriegelungen (17) von den Enden des Zentralrohrs (5) etwa 1/6 der Länge des Zentralrohrs (5) beträgt.
Nachführsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es Drehverriegelungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Nachführsystems einer PV-Anlage umfassend ein Zentralrohr (5), mehrere voneinander beabstandete Stützen (7), einen Dreh-Antrieb für das Zentralrohr (5) und mindestens eine, bevorzugt zwei Drehverriegelungen (17) für das Zentralrohr (5), wobei das Zentralrohr (5) an den Stützen (7) drehbar gelagert ist, wobei die aktivierten Drehverriegelungen (17) das Zentralrohr (5) in einer Arretier-Position halten, umfassend die Schritte: - Aktivieren der Drehverriegelungen (17), so dass das Zentralrohr (5) dort in einer Arretier-Position gehalten wird und anschließendes - Verdrehen des Zentralrohrs (5) an einem Ort zwischen den Drehverriegelungen, so dass das Zentralrohr (5) gezielt tordiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrohr (5) durch Ansteuern des Drehantriebs tordiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entriegeln der Drehverriegelungen (17) die zuvor in das Zentralrohr (5) eingebrachte Torsion abgebaut wird und anschließend mindestens ein Aktuator zum Deaktivieren der Drehverriegelung (17) angesteuert wird.
Verfahren zum Entriegeln der Drehverriegelungen einer PV-Anlage umfassend ein Zentralrohr (5), mehrere voneinander beabstandete Stützen (7), einen Dreh-Antrieb für das Zentralrohr (5) und mindestens eine, bevorzugt zwei Drehverriegelungen (17) für das Zentralrohr (5), wobei die Drehverriegelungen (17) eine Arretier-Position aufweisen, wobei das Zentralrohr (5) an den Stützen (7) drehbar gelagert ist, wobei das Zentralrohr (5) in der Arretier-Position durch eine oder mehrere Sperrklinken (63, 65) formschlüssig arretiert ist, und wobei die Drehverriegelungen (17) mindestens einen Aktuator zum Deaktivieren der Drehverriegelung (17) aufweisen, umfassend die Schritte: - Ansteuern des oder der Aktuatoren zum Deaktivieren der Drehverriegelung (17), so dass der Formschluss zwischen den Sperrklinken (63, 65) und deren Gegenstücken aufgehoben wird, und - Ansteuern des Dreh-Antriebs nacheinander in beide Drehrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh-Antrieb solange angesteuert wird, bis der Aktuator (67) die Sperrklinken (63, 65) entriegelt hat.