DE102021006163A1

DE102021006163A1 - Solar-Tracking-System für Solarmodule

Info

Publication number: DE102021006163A1
Application number: DE102021006163.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung ist ein Solarmodul-Nachführ-System, das relativ klein und kompakt gebaut ist. Die Energie für das Nachführen und genaue Justierung der Richtung der Solarmodule kommt aus den Solarmodulen selbst. Das Nachführen wird entweder durch einen eingebauten Chronometer oder durch Lichtsensoren gesteuert.Es besteht aus einer Konstruktion, die zwei Plattformen / Teller beinhaltet, die mit Hilfe eines Kugelgelenks miteinander beweglich verbunden sind, drei Aktuatoren, die einzeln gesteuert sind und zwischen den beiden Tellern eingebaut sind, sowie einem Blockier-System, das die Kugel des Kugelgelenks am Drehen blockieren kann, sodass die Verbindung zwischen den beiden Tellern starr wird. Das Nachführen wird nicht stets sondern alle 20 bis 30 Minuten veranlasst und dauert nur kurz (weniger als einer Minute). Während dieses Vorgangs wird die starre Verbindung aufgehoben und das Kugelgelenk ist frei drehbar. Eine weitere Ausführung weist ein Vibrations-System auf, das das Solarmodul kurz zum Vibrieren bringt und seine Oberfläche vom Sand oder Staub befreit.

Description

Die Erfindung ist ein Tracking-System, das für Solar-Module einsetzbar ist und diese zuverlässig stets oder in festgelegten, programmierbaren Intervallen Richtung Sonne richtet.
Es gibt zahlreiche Tracking-Systeme, die in der Lage sind, ein oder mehrere Solarmodule so zu bewegen, dass diese stets die Sonnenstrahlen unter 90° Winkel bekommen. Die Tracking-Systeme sind in der Lage ein Solarmodul oder eine Gruppe von Solarmodulen biaxial (Biaxialer Solartracker) oder monoaxial zu drehen.
Unter den bekannten Sonnen-Nachführ-Vorrichtungen sind die sogenannten zweiachsigen Nachführ-Vorrichtungen vom Standpunkt der Energieumwandlung besonders effizient. Bei diesen sind die Solarmodule auf einem um eine vertikale Achse bewegbaren Rahmen montiert, wobei jedes Modul wiederum einzeln oder gleichzeitig um eine jeweilige horizontale Achse bewegbar ist. Solche Vorrichtungen ermöglichen es, die Ausrichtung der Module zu ändern, während sich die Position der Sonne während ihres Durchgangs von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang ändert, wobei immer eine gewünschte Ausrichtung beibehalten wird, bei der sich die Erfassungsfläche solcher Module in einer im wesentlichen senkrechten Position befindet zum einfallenden Sonnenstrahl. Die effektive Fläche der Sonnenstrahlungssammelfläche wird somit maximiert und folglich die Energieabgabe der Solar-Module.
US 2004/0216734 offenbart eine Sonnenverfolgungsvorrichtung, die eine Vielzahl von konkaven Parabel-Reflektoren umfasst, die an einem Rahmen gemäß einer Konfiguration mit parallelen Reihen angebracht sind. Der Rahmen ist horizontal und auf einer kreisförmigen Bahn beweglich, die fest mit einer Trägerbasis verbunden ist, um sich auf der Trägerbasis um eine vertikale Achse drehen zu können. Die Reflektoren sind über ein mechanisches Umlenksystem kinematisch miteinander verbunden, das die Bewegung der Reflektoren jeder Reihe um eine horizontale Achse und die synchrone Bewegung der Reflektoren einer Reihe mit den Reflektoren der anderen Reihen ermöglicht. Der Rahmen ruht auf vier Wagen, die jeweils mit drei Rädern versehen sind, von denen eines mit der Achse orthogonal zu der der anderen beiden angeordnet ist.
WO 2006/114457 offenbart verschiedene Ausführungsformen einer Sonnennachführungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Solarmodulen umfasst, die in parallelen Reihen angeordnet sind. In einer ersten Ausführungsform sind die Solarzellen in Modulen gruppiert, die auf einer horizontalen Plattform installiert sind, die einer um eine vertikale Achse drehbaren Grundplatte zugeordnet ist. In einer zweiten Ausführungsform befindet sich die horizontale Plattform im Bezug auf den Boden in einer angehobenen Position. In einer dritten Ausführungsform sind die Solarmodule auf einer horizontalen Plattform installiert, die oben auf einem um eine vertikale Achse drehbaren Mast angeordnet ist.
US 4,209,231 offenbart eine Sonnenverfolgungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spiegeln, die nahe beieinander angeordnet sind, um eine rechteckige Anordnung zu bilden, die als einzelner Block um eine horizontale Achse bewegt werden kann. Eine solche Anordnung ist einem Rahmen zugeordnet, der auf einer kreisförmigen Bahn mit kreisförmigem Querschnitt bewegt werden kann, auf der vier Wagen ruhen, wobei jeder Wagen mit zwei Rädern versehen ist, die so angeordnet sind, dass die jeweiligen Achsen orthogonal zueinander sind.
US20130192659A1 beschreibt ein Solar-Nachführsystem, umfassend ein Bett, das um einen Drehtisch drehbar ist, wobei das Bett mindestens eine Pfostenstruktur trägt, wobei die Pfostenstruktur eine Solarpanelanordnung trägt, wobei die Solarpanelanordnung um eine horizontale Achse zu der Pfostenstruktur schwenkbar ist, und Direktantrieb Mittel, um das Bett zu drehen und die Solarpanel-Anordnung zu schwenken, wobei Kugelgelenke die Solarpanel-Anordnung an der Pfostenstruktur befestigen und ein Hebelarm, der über Kugelgelenke mit der Solarpanel-Anordnung verbunden ist, Antrieb verleiht, um zu bewirken, dass die Solarpanel-Anordnung um eine horizontale Achse schwenken und zwischen Bett und Drehteller positioniert ist.
Auch US 4,129,360 , US 4,883,340 , ES 1050814 U , US6123067A sowie eine weitere Vielzahl an ähnlichen Veröffentlichungen, beschreiben Nachführ-Systeme, die die Module so bewegen, dass sie das Sonnenlicht folgen.
Die oben beschriebenen Nachführ-Vorrichtungen haben meistens eine sperrige, massive, recht schwere Bauweise. Solche Vorrichtungen sind zu allem Überfluss auch sehr teuer und machen einen breiten Einsatz unattraktiv. Wenn man die Solarmodulkosten, den Herstellungsaufwand und Ressourcenverbrauch mit kalkuliert und mit denen noch die zusätzliche Kosten für das teure Nachführ-System addiert, rückt der positive Ertrag der Solarmodule um einige Jahre weiter in die Ferne.
Der in den Patansprüchen 1 bis 27 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tracking-System (Sonnen-Nachführ-System) für Solarmodule zu schaffen, das möglichst kompakt aufgebaut ist, kostengünstig ist und das in der Lage ist, zuverlässig ein Solarmodul oder eine Baugruppe aus Solarmodulen Richtung Sonne zu richten, damit die bestmögliche Lichtausbeute und ein höchstmögliches Stromertrag zustande kommt.
Dieses Problem wird mit dem in den Patentansprüchen 1 bis 27 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

- kompakte Bauweise,
- kostengünstige und nahezu wartungsfreie Lösung,
- jederzeit nachträgliche Einbau möglich..

Ausführungsbeispiele werden anhand der 1 bis 9 erläutert.
Es zeigen:

1 das Nachführ-System mit zwei Teller und einem Kugelgelenk ausgestattet, sowie elektroaktive Polymer-Aktuatoren,
2 eine Variante mit Aktuatoren in Form von Gewinde-Getrieben, die in kleinen Teleskop-Hohlzylindern eingebaut sind,
3 eine Darstellung des Blockier-Systems für das Kugelgelenk mit Elektrorheologischen oder Magnetorheologischen Flüssigkeiten,
4 das Nachführ-System mit einen kleinen kugelförmigen Lichtsensor auf dem Solarmodul,
5 ein Vibrations-System, das den Staub oder den Sand aus dem Solarmodul durch mechanische Vibrationen entfernt.
6 das Nachführ-System, gesteuert durch eine kleine Kamera,
7 eine Ausführung mit Arbeitszylindern, die die Neigung des Solarmoduls bewirken,
8 ein biaxiales Gelenk oder Kardanaufhängung für die Neigung des Solarmoduls,
9 die in dem Teller eingebaute Aktuatoren für eine radiale Bewegung der Befestigungspunkte.

Die Erfindung ist ein Tracking-System für Solarmodule, das in der Lage ist, die Solarmodule stets so auszurichten, dass die Sonnenstrahlen kontinuierlich zu jeder Tageszeit perpendikular (oder fast) drauf einfallen. Somit folgen die Solarmodule die Sonne, ähnlich wie bei Sonnenblumen auch.
Die Ausrichtung des Solarmoduls wird nicht wie üblich durch ZahnradGetriebe und Elektromotoren realisiert, sondern durch Aktuatoren, die durch ihre gesteuerte Verkürzung oder Verlängerung eine Neigung an der Befestigungsstelle des Solarmoduls bewirken können. Dafür sind z.B. sternförmig angeordnete Arbeitszylinder, Spindelgetriebe oder elektroaktive Polymere in Form von Zylindern, Bändern oder Seilen, die sich elektrisch gesteuert verkürzen oder ausdehnen können und auf diese Weise das Solarmodul gesteuert in beliebige Richtung neigen können, geeignet.
Das System besteht aus zwei Scheiben / Teller (1 und 2), die sandwichartig übereinander angeordnet sind und durch ein Kugelgelenk 3 (oder ein biaxiales Gelenk) miteinander gekoppelt sind, sodass eine der Scheiben (die obere) gegenüber der anderen jederzeit und jede Richtung geneigt werden kann. Die Kugel 4 ist ein stabiles Teil des Kugelgelenks und ist relativ gross dimensioniert. Sie ist mit dem oberen Teller 1 fest verbunden, während im unteren Teller 2 die Kugelpfanne 5 eingebaut ist (auch umgekehrt ist möglich). Die Teller sind z.B. aus Titanlegierung oder aus massivem, hartem Metall (z.B. Edelstahl) gebaut und weisen Verbindungselemente (z.B. in Form von Bohrungen 6 und Schrauben 7) auf, mit deren Hilfe sie mit dem Solarmodul 8 (oder das Gestell / Solarmodul-Rahmen) oben und mit einer Tragsäule 9 unten gekoppelt werden kann, die am Boden oder an einem stabilen Gegenstand befestigt ist. Der untere Teller 2 wird mit der Tragsäule 9 und der obere Teller 1 mit dem Solarmodul 8 gekoppelt. Die Befestigungselemente sind Gegenstücke der Befestigungselemente der Tragsäule und des Solarmoduls, somit kompatibel mit den Befestigungselementen des Solarmoduls und der Tragsäule. Auf diese Weise kann man das Nachführ-System auch nachträglich problemlos einbauen. Dafür wäre lediglich das Trennen des Solarmoduls von der Tragsäule notwendig. Das Nachführ-System kann man so ohne weiteres direkt als Zwischenstück an der Verbindungsstelle einbauen. Ohne Änderungen könnte man das Solarmodul statt mit der Tragsäule direkt, mit der oberen Fläche des Nachführ-Systems und die Tragsäule mit dem unteren Teil des Nachführ-Systems verbinden. Das Solarmodul wäre dadurch lediglich um die Höhe der Abmessungen des Nachführ-Systems höher gelegt, sonst wäre kein Unterschied wahrnehmbar. Das Nachführ-System kann genau so gut jederzeit abgebaut werden und das Solarmodul ohne weitere Änderungen mit der Tragsäule direkt verbunden werden.
Die Energieversorgung für das Nachführ-System kann direkt aus dem Solarmodul kommen. Dafür wird der Stromausgang des Solarmoduls abgezweigt. Die Solarmodulhersteller sind allerdings nicht erfreut, wenn man den Stromleitungs-Strang des Solarmoduls für andere Zwecke anzapfen möchte. Die Stromleitungen werden für Solarparks aufwändig isoliert und jede Abzweigung kann Störungen verursachen. Deswegen wird hier vorgeschlagen, falls eine Stromabzweigung von dem Solarmodul nicht optimal sein sollte, die Energieversorgung für das Nachführ-System komplett autark zu gestalten. Dafür müsste es eine eigene Stromquelle aufweisen, die in Form eines Akkus 10 und eines kleines, extra dafür eingebautes, Solarmoduls 11 gestaltet ist. Die eigene Solarzellen bzw. das kleine Solarmodul 11 kann mit dem Rahmen 12 des Haupt-Solarmoduls 8 direkt mechanisch verbunden werden und den Strom für den Akku liefern.
Für die Neigung des Solarmoduls können verschiedene Aktuatoren eingesetzt werden. Die Kraft, die für eine Neigungs-Bewegung des Solarmoduls notwendig ist, muss nicht groß sein, weil der Schwerpunkt des Solarmoduls oder der Modul-Gruppe auf die Befestigungsstelle bzw. auf die Kugel des Kugelgelenks liegt. Aus diesem Grund können auch nicht all zu starke Aktuatoren verwendet werden. Elektroaktive Polymere sind z.B. dazu gut geeignet. Das sind elektroaktive Elemente aus Polymere (oder Kunststoff-Fiebern), die elektrisch stimuliert, sich verlängern oder verkürzen können. Sie funktionieren fast wie künstliche Muskeln. Auch Schneckengetriebe / Gewinde-Getriebe (Gewindetrieb, Spindelgewinde), Hydraulik-Elemente (Arbeitszylinder) oder gar Bimetall-Elemente können als Aktuatoren für die Neigung des Solarmoduls eingesetzt werden. Vorteilhaft hier bei der Erfindung ist das Kugelgelenk-Blockier-System, das die Kugel bei Inaktivität der Aktuatoren einfach am Drehen blockiert, was die Neigeposition des Solarmoduls stabil sichert. Die Position des Solarmoduls wird hier nicht permanent durch Aktuatoren sondern durch das Kugelgelenk selbst gehalten oder fixiert. Das ist notwendig, weil z.B. auf das Solarmodul verschiedene Wetter-Faktoren einwirken können. Schnee, Regen, insbesondere Wind, können die Neigung des Solarmoduls unvorteilhaft ändern. Weil aber die Kugel des Kugelgelenks am Drehen blockiert wird, ist eine stabile Lage des Solarmoduls möglich. Das kann z.B. vorteilhaft auf einem Solarpark wirken. Die Blockierung funktioniert stromlos (durch Federkraft-Einwirkung auf einem Bremselement auf die Kugel) und wird erst dann aufgehoben, wenn Strom durch den Aktuatoren des Blockier-Elements fließt. Die Aufhebung der Blockierung wird durch die elektronische Steuerung veranlasst und das synchron mit der Aktivierung der Aktuatoren, die die Neigung des Solarmoduls veranlassen. Sobald das Solarmodul auf die Sonne gerichtet wird, dann blockiert das Blockier-System die Kugel, sodass die Neige-Position des Solarmoduls beibehalten wird. Eine kontinuierliche Nachführung des Solarmoduls ist nicht notwendig. Es reicht aus, eine Neigungs-Korrektur z.B. alle 20 oder 30 Minuten auszuführen. Somit wird eine Aktivierung der Aktuatoren z.B. alle 20 Minuten veranlasst.
Ein Ausführungsbeispiel ist auf der 1 dargestellt. Hier ist das Solarmodul 8 auf dem oberen Teller (Plattform) 1 des Systems eingebaut, der mit einem Kugelgelenk ausgestattet ist. Die Kugel 4 des Kugelgelenks 3 ist fest mit dem oberen Teller 1 gekoppelt und steckt in die Kugelpfanne 5, die mit dem unteren Teller 2 fest verbunden ist. Der obere Teller ist damit in jede Richtung neigbar. Der untere Teller ist mit der Tragsäule 9 starr gekoppelt und ist nicht neigbar. Als Verbindungsteil für das Anbringen auf die Tragsäule kann z.B. eine Stange, eine Hülse oder ein Hohlzylinder 13 dienen, in dem die Tragsäule mit dem oberen Ende eingeführt wird. Das Kugelgelenk erlaubt eine freie Schwenkung des Solarmoduls in jede Richtung. Zwischen den beiden Tellern sind drei zylinderförmige elektroaktive Polymer-Aktuatoren 14 eingebaut, die sternförmig an den Rändern 15 der beiden Teller angeordnet sind. Die Zylinder aus elektroaktive Polymere sind mit den Tellern mindestens an drei Punkten, gleichmäßig verteilt (bei drei Polymer-Einheiten bedeutet das in 120° Winkel) in seinem Perimeter gekoppelt. Die Aktuatoren sind jeweils an deren beiden Enden mit je einem Gelenk 16 ausgestattet und sind in der Lage ihre Länge in senkrechte Richtung elektrisch zu ändern. Durch die Verlängerung oder Verkürzung der einzelnen Aktuatoren, wird eine Neigung des oberen Tellers verursacht. Damit wird das Solarmodul in jede Richtung ebenso geneigt. Die Aktuatoren aus elektroaktive Polymeren sind in Form von kleinen Zylindern eingebaut und sternförmig auf dem Tellerrand 15 verteilt. Sobald eines der Polymer-Zylindern 17 (A, B, C) unter Strom steht, verkürzt er sich und zieht die beiden Teller an diese Stelle zusammen. Auf der gegenüber liegende Seite der Teller, werden sie auseinander gezogen. Weil auf der anderen Seite der Teller die beiden anderen Aktuatoren 17 (B und C) sich befinden, leisten sie Widerstand gegen die Neigungs-Kräfte des Zylinders 17 A. Allerdings sind die Kräfte des Zylinders 17 A, der unter Strom steht, deutlich stärker, als der mechanische Widerstand der beiden Zylindern (17 B und C) gegenüber. Es ist zwar nicht unbedingt erforderlich, aber um die Widerstandskräfte der inaktiven Zylindern zu minimieren, können alle Zylinder zusätzlich mit je einem Aktuator 18 an dessen Befestigungsstellen 19 gekoppelt werden, die dessen Befestigungspunkte radial verlagern können. Als Aktuatoren in dem Fall sind Schnecken-Getriebe oder Gewindetriebe / Spindelgetriebe 20 optimal geeignet. Durch diese Getriebe werden die beiden Zylindern B und C radial näher an der senkrechten Achse 21 der Tragsäule 9 bewegt, während der Zylinder 17 A, radial am Tellerrand bewegt wird. Damit wird der Kraftmoment des Aktuators (Zylinders) 17 A deutlich erhöht. Auf dem Teller sind für jeden Aktuator, je ein Gewindetrieb / Spindelgetriebe eingebaut, die die Befestigungsstelle bzw. den Zylinder radial auf dem Teller aus- und einfahren kann. Je nachdem in welche Richtung das Solarmodul 8 geschwenkt werden soll, so wird an der Stelle das betroffene Aktuator-Befestigungs-Teil radial in dem Teller herausgefahren. Unmittelbar nachdem das Teil die Peripherie des Tellers erreicht hat, wird durch elektrische Spannung in dem Aktuator, der betroffene Zylinder verkürzt und somit den Tellerrand näher ziehen, sodass eine Neigung des Solarmoduls stattfindet. Weil die Befestigungsteile der Aktuatoren auf der gegenüber liegenden Seite näher am Teller-Zentrum sich befinden, ist deren Krafteinwirkung deutlich geringer und somit leisten sie nur geringfügig Widerstand. Die Krafteinwirkung des Aktuators (Zylinders), der in dem Fall elektrisch verkürzt wird, ist wegen der Hebelwirkung ziemlich stark und somit bewirkt eine Schwenkung des Solarmoduls. Durch die Verkürzung des Aktuators 17 A, wird das Solarmodul in seine Richtung geneigt. Sind zwei der Aktuatoren aktiv, wird das Solarmodul in eine Richtung geneigt, deren Kraft-Vektor zwischen den beiden aktiven Aktuatoren liegt. Je nachdem, welche der Aktuatoren stärker beansprucht wird, so dominiert auch die Richtung des Kraft-Vektors. Die Neigungsgrad ist begrenzt durch die Abmessungen der Aktuatoren, den Abstand zwischen den beiden Tellern und durch den Durchmesser der Teller. Weil das Solarmodul mit seinem Schwerpunkt direkt auf das Kugelgelenk liegt, ist keine große Kraft notwendig, um das Solarmodul zu neigen. Die größte Herausforderung besteht darin, die Position zu halten und die Windkräfte zu trotzen. Das wird allerdings durch das Blockier-System am Kugelgelenk erreicht. Die Kugel des Kugelgelenks ist hier relativ groß (z.B. 8 bis 20cm in Durchmesser bei einer Solarmodul-Fläche von 8m²). Die Kugel soll so stabil wie möglich sein und dementsprechend für das Halten des Solarmoduls konzipiert werden. Ob die Kugel hohl oder eine Vollkugel ist, spielt keine große Rolle und ist eine Auslegung des Herstellers. Ab einer Wandstärke von 2,5mm (Stahl) ist sie sehr stabil und kann große Module halten. Das Kugelgelenk ist mit einem Blockier-System ausgestattet, dass die Kugel am Drehen blockiert. Die Blockierung wird mechanisch z.B. durch einen Stift 22 oder einem Brems-Belag, der in die Kugelpfanne 5 eingebaut ist und die Kugel 4 berührt, permanent aufrechterhalten. Der Stift oder der Bremsbelag 23 wird durch ein kraftvolles Federsystem 24 stets nach oben gegen die Kugel gepresst. Um die Blockierung leichter zu erreichen, kann die Kugel trotz glatter Oberfläche, feine Dellen, Bohrungen oder Vertiefungen 25 (wie ein Golfball) oder Bohrungen aufweisen, in denen der Stift teilweise eindringt oder der Bremsbelag besser greifen kann. Der Stift oder der Bremsbelag ist zusätzlich mit einem Elektromagnet 26 gekoppelt, der im aktiven Zustand in der Lage ist, ihn gegen die Federkraft nach unten zu ziehen. Allerdings wird der Elektromagnet nur dann kurz davor oder gleichzeitig aktiviert, wenn eines der Aktuatoren 17, der die Neigung des Solarmoduls verursacht, auch aktiviert wird. Somit wird die Lockerung der Kugel eine Kugel-Drehbewegung durch Aktuatoren ermöglichen, bis die angestrebte Neigung des Solarmoduls erreicht wurde. Sofort nachdem die Aktuatoren das Solarmodul positioniert haben, wird die Kugel wieder am Drehen blockiert und der Aktuator unmittelbar danach oder gleichzeitig ebenso inaktiviert. Der ganze Ausrichtungsvorgang soll möglichst kurz (einige Sekunden) dauern und sobald die Kugel am Drehen blockiert wird, eine stabile Lage des Solarmoduls erreicht werden. Anstatt des Kugelgelenks kann auch ein biaxiales Gelenk 52 oder Zwei-Achsen Kardan-Aufhängung eingebaut werden. Die erlaubt auch eine beliebige Neigung des Solarmoduls. Die Blockierung kann an deren Achsen 53 erfolgen (8).
Die Neigungskorrekturen müssen nicht kontinuierlich veranlasst werden, sondern lediglich alle 20 bis 30 Minuten einmal. Das spart Energie und verlängert enorm die Wartungsinterwalle für das System. Eine elektronische Steuerung 27 steuert die einzelnen Polymer-Aktuatoren (in Zylinder- oder Kreissektor-Form), so dass sie den Teller oben mit dem Solarmodul in die richtige Position neigen können. Solange das System die Position behält, wird gar kein Strom verbraucht. Das Blockier-System wird erst dann die Kugel lockern, wenn es mit Strom versorgt wird und die Drehung des Solarmoduls dauert lediglich einige Sekunden. Als Blockierer ist auch ein Gewindetrieb, das das Blockierelement (22, 23) in die Kugel reinschiebt. Weil die Gewindetriebe 28 selbsthemmend sind, können sie optimal für unsere Zwecke eingesetzt werden. Das Blockierelement (22, 23) kann durch die Kugel nicht nach unten versenkt werden, während der Elektromotor 29 das Gewinde 30 problemlos in beide Richtungen bewegen kann. Für die Arretierung des Solarmoduls auf die Sonnenstrahlen mit Polymer-Aktuatoren sind die Lichtsensoren 30 eine große Hilfe. Sie können die Aktuatoren über die elektronische Steuerung präzise steuern, sodass das Solarmodul die Richtige Position findet.
Auf der 2 ist eine Variante mit Spindel-Aktuatoren 31 in Form von Gewinde-Getriebe (Gewindetriebe), die in kleinen Teleskop-Hohlzylindern 32 eingebaut sind, dargestellt worden. Auch hier, die Kugel, in dem der obere Teller befestigt ist, dreht sich in eine Kugelpfanne frei in jede Richtung, bis ein elektrisches Blockier-System dort einwirkt und die Drehung der Kugel stoppt. Das Blockier-System hier besteht ebenso aus Bremsbacken oder einem Stift, der allerdings nicht durch Federkraft nach oben geschoben wird, sondern durch einem Gewinde-Getriebe (Gewindetrieb) 28 nach oben oder nach unten bewegt werden kann. Wird er nach oben bewegt, dann blockiert sich die Kugel und kann nicht weiter gedreht werden, was eine Einhaltung der Position des Solarmoduls gewährleistet. Das System hat ebenso die Eigenschaft, die Blockierung ohne Stromzufuhr aufrecht zu erhalten. Der Strom wird nur dann verbraucht, wenn eine Änderung des Zustands angestrebt wird. Das Beibehalten des Zustands erfordert keinen Stromverbrauch.
Die Blockierung der Kugel am Drehen kann auch mit Blockier-Systeme aus Elektrorheologischen oder Magnetorheologischen Flüssigkeiten 33 erreicht werden (3). Das Blockier-System hier besteht aus einem System mit einer elektrorheologischen oder magnetorheologischen Flüssigkeit, die in die Kugelpfanne 5 angebracht ist. Diese sind Flüssigkeiten, die unter Einfluss von elektrischen oder Magnetischen Feldern, zäh bis hart werden. Hier wird die Variante mit magnetorheologischen Flüssigkeit bevorzugt, weil bei ihr es, ein Magnet 34 mit Hilfe eines Aktuators 35 an dem Behälter oder Kugelpfanne mit Magnetorheologischen Flüssigkeit heranzufahren reicht und das Magnetfeld auf die Flüssigkeit wirkt, die in dem Fall zäh bis hart wird. Weil die Blockier-Phasen deutlich länger sind, als die Phasen, in der die Kugel frei drehbar ist, sollen nur die Phasen, während denen die Kugel sich frei drehen kann, mit Strom funktionieren. Das System, das die Blockierung der Kugel veranlasst, soll ohne Strom die Blockierung verursachen und bei Stromzufuhr diese aufheben und die Kugel frei drehen lassen. Das bedeutet, wenn das Blockier-System mit Strom versorgt wird, die Blockade der Kugel gelöst wird und diese sich frei drehen kann. Die Blockade soll in Zeitintervallen nur kurzzeitig aufgehoben werden. Bei der Verwendung von Magnetorheologischen Flüssigkeit, die in die Kugelpfanne angebracht ist, bremst die Kugel solange der Magnet in unmittelbarer Nähe der Kugelpfanne sich befindet. Wird der Magnet durch einen Aktuator 35 (z.B. ein Elektromagnet oder Elektromotor) weg von der Kugelpfanne bewegt, dann wird die Viskosität der Flüssigkeit deutlich gesenkt, sodass die Kugel wieder sich drehen kann. Der Magnet muss nicht unbedingt bewegt werden. Es reicht auch aus, eine Elektromagnetspule 36 direkt an dem Magneten einzubauen oder z.B. den Magneten damit umhüllen, die durch ihr Magnetfeld, das Magnetfeld des Magnets neutralisiert. Damit würde das Magnetfeld in die magnetorheologischen Flüssigkeit abgeschwächt oder gar komplett neutralisiert, sodass die Viskosität der Flüssigkeit wieder stark gesenkt wird.
Die kurze Zeit, in der die Aufhebung der Blockade stattfindet, soll für die Bewegung des Solarmoduls durch die Verlängerung bzw. Verkürzung der dementsprechenden Aktuatoren genutzt werden. Durch die elektronische Steuerung werden diese Vorgänge synchron ablaufen. Sobald die Blockade aufgehoben wird, wird einer der Aktuatoren aktiv und durch die Teller-Neigung schwenkt das Solarmodul ein Stück in Richtung Sonne und dann wird erneut die Blockade aktiviert, sodass die Position des Solarmoduls für eine Zeitlang gehalten wird. Die Schwenkbewegung des Solarmoduls ist in dem Fall keine permanente Bewegung, sondern es folgt impulsweise in Zeitanständen (z.B. alle 20 - 30 Minuten).
Die Steuerung der Nachführbewegungen durch die elektronische Steuerung kann auf zwei Wege erfolgen. Eines wäre durch einen Chronometer 37 (am besten durch einen elektronischen Chronometer), der abhängig von der Tageszeit und Kalenderdatum (selbstverständlich der Breitengrad des Einbau-Ortes mit kalkuliert) die Schwenkbewegung alle 20 bis 30 Minuten so steuert, dass das Solarmodul die Sonnenstrahlen perpendikular bekommt. Die zweite Methode wäre einen kleinen kuppen- oder kugelförmigen Lichtsensor (Lichtsensor-System) 30 auf dem Solarmodul (z.B. an einem Eck) einzubauen. Der Lichtsensor soll die Sonnenstrahlenrichtung ermitteln können. Er kann mit mehrere Lichtleiter oder zylindrischen Blenden (Facetten) 38 ausgestattet werden, wodurch die Sonnenstrahl-Richtung erfasst wird (4). Der kuppen- oder kugelförmige Lichtsensor ist mit dem Solarmodul statisch gekoppelt und kann die Sonnenstrahlrichtung recht einfach ermitteln, weil die Sonnenstrahlen hauptsächlich nur durch eine der Röhren 38, die zum Zeitpunkt am genauesten Richtung Sonne gerichtet ist, die Sensor-Fläche erreicht. Weil die Innenwände der Röhren lichtabsorbierende Eigenschaften haben, können kaum Reflektionen stattfinden. Anhand dessen, aus welchen Rohr das Licht der Sonne die Sensorfläche erreicht, wird die Position der Sonne bestimmt. Sobald die Sonnen-StrahlRichtung-Ermittlung erfolgt ist, wird der dementsprechende Aktuator elektrisch verkürzt und eine Neigung des Solarmoduls in der Richtung veranlasst. Erst wenn die Sonnenstrahlen auf die Rohr-Blende oder den Lichtleiter, die / der perpendikular zu der Oberfläche des Solarmoduls gerichtet ist, scheinen, und dadurch den Lichtsensor erreichen, wird der Strom für die Aktuatoren und für die Aufhebung der Blockade abgeschaltet und die Kugel in die Kugelpfanne wird blockiert. Wichtig ist, dass der kuppenförmige oder kugelförmige Sensor mit dem Solarmodul gekoppelt ist und mit dem Solarmodul mit bewegt. Der Sensor neigt sich zusammen mit dem Solarmodul, bis die optimale Ausrichtung gefunden wird. Sobald die Sonnenstrahlen über das Rohr, das perpendikulär zu Solarmodulfläche angeordnet ist, die Sensorfläche erreichen, wird die Neigungsbewegung des Solarmoduls blockiert. Das Solarmodul wird auf diese Weise perpendikular zu der Sonnenstrahlrichtung innerhalb von Sekunden gerichtet und kann somit ca. 20 bis 30 Minuten die Stellung halten. Die Methode mit den Lichtsensoren funktioniert allerdings zuverlässig, nur bei direkter Sonnenstrahlung. Wenn es bewölkt ist, dann bleibt das Solarmodul starr, bis die Wolken weg sind. Der Lichtsensor, wenn er nicht auf die Sonne „zuschaut“, bleibt inaktiv. Die Methode mit dem Chronometer dagegen steuert das Solarmodul zeitabhängig (z.B. alle 20 - 30 Minuten eine kleine Schwenk-Bewegung des Solarmoduls) auf die Sonnen-Position zu und es spielt dabei keine Rolle wie das Wetter ist.
Weil das System mit einer Steuerung ausgestattet ist, die die Solarmodule nicht kontinuierlich bewegt, sondern diese z.B. alle 20 Minuten einmal kurz bewegt / dreht und Richtung Sonne ausrichtet, ist die Vorrichtung sehr stromsparend und auch langlebig. Eine impulsartige Schwenkbewegung des Solarmoduls alle 20 Minuten ermöglicht eine sehr effektive und stromsparende Bewegung des Solarmoduls. Die Schwenkposition des Solarmoduls wird durch das Kugelgelenk-Blockier-System präzise gehalten, bis die nächste Aktivierung einer Impulsbewegung aus der elektronischen Steuerung kommt.
Für die Sonnenposition-Bestimmung kann wahlweise das Lichtsensor-System oder der Chronometer benutzt werden, der anhand der Uhrzeit und Datum genau die Position der Sonne am Himmel angibt oder die beiden Systeme können kombiniert werden und einander ergänzen. Anstatt von Lichtsensor, kann auch ein Bildsensor oder eine Kamera und eine Auswerteeinheit dazu, verwendet werden. Die Kamera 44 müsste durch einen Sonnenfilter 45 geschützt und Richtung Sonne 46 zusammen mit dem Solarmodul ausgerichtet werden. Die Auswerteeinheit 47 hat die Aufgabe die elektronische Steuerung und die Aktuatoren so zu steuern, dass eine Solarmodul-Neigung bewirkt wird, wobei durch die Neigung, die Sonnenstrahlen perpendikular auf die Bild-Sensorfläche erscheinen lässt. Somit wird die Sonne mittig auf dem Bildsensor „positioniert“. Sobald die Sonne mittig auf dem Bildsensor „positioniert“ wird, bzw. die Sonnenstrahlen parallel zu der optischen Achse sind, wird die Neigungsaktivität gestoppt und das Solarmodul an der Stelle fixiert (6).
Auf der 5 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei der zusätzlich ein Vibrationselement 39 eingebaut ist, das in der Lage ist, das Solarmodul in feine mechanische Vibrationen zu bringen, wodurch Staub oder Sand 40 aus der Solarmodulen-Oberfläche nach unten rutschen kann. Während das Staub-Problem auf den Solarmodulen, mehr oder weniger überall präsent ist, kommt das Sand-Problem vorwiegend in äquatorialen Ländern vor. Dort sind meistens die Solarparks in den Wüsten aufgebaut. Es kommt allerdings vor, dass kleine oder größere Sandstürme über Solarparks beachtliche Mengen aus Sand über die Solarmodule streuen oder lagern. Sand verhindert mehr oder weniger, dass die Sonnenstrahlen die Solarmodul-Oberfläche erreichen und somit sinkt der Energie-Ertrag des Solarmoduls. Man müsste dann Putzkolonen schicken, die jedes Modul manuell mit Hilfe von Bürsten säubern. Das ist eine sehr aufwändige und langsam vorangehende Arbeit, die dem Solarmodul-Betreiber Kosten verursacht. Hier wird vorgeschlagen das Vibrationselement 39 direkt in dem oberen Teller (Plattform) 1 des Nachführ-Systems einzubauen, das den Teller (die Plattform) und damit auch das oben auf liegendes Solarmodul 8 zum Vibrieren bringt. Die Vibrationen werden durch einen kleinen Sensor (Schmutz-Sensor) 41, der optisch die Staub- oder Sand-Schicht auf die Solarmodul-Oberfläche scannt (z.B. durch IR / Licht-Reflektion-Prinzip) und falls diese vorhanden ist, ein Signal an eine Steuerung 42 weiterleitet, die das Vibrationselement 39 aktiviert. Das Vibrationselement vibriert nur einige Sekunden lang, bis die Sand- / Staub-Schicht aus der Solarmoduloberfläche herunter rollt.
Weil das Solarmodul die meiste Zeit geneigt ist, ist das herunter rollen der Sandkörner problemlos machbar. Es gibt zwar solche Systeme schon aus dem Stand der Technik, wobei das Vibrationselement direkt in dem Solarmodul eingebaut ist, allerdings das Vibrationselement in einem Nachführ-System, vor allem in einem Teller, der mit dem Solarmodul oberhalb des Kugelgelenks eingebaut ist, zu integrieren, bringt einige Vorteile mit sich. Das Vibrationselement kann beliebig gestaltet werden. Elektromagnetspulen mit bewegliche Eisenkerne, Piezoelemente mit mehrfache Lagen, Magneto-Striktionselemente, etc. sind dafür geeignet.
Um die Vibrationen auf das Solarmodul zu erzeugen, können auch die Aktuatoren, die das Nachführen ermöglichen, behilflich sein. In dem Fall müssten die Aktuatoren teilweise mit einem Wechselstrom oder Pulsstrom versorgt werden, sodass Zitterbewegungen am Solarmodul während der Nachführ-Bewegung erzeugt werden. In dem Fall wäre ein Sensor-Erfassungs-System für die Staubpartikel oder Sand auf der Solarmodul-Oberfläche überflüssig, weil das Nachführen regelmäßig in Zeitintervallen stattfindet (z.B. alle 20 bis 30 Minuten).
Bei allen Varianten wird der Raum zwischen beiden Tellern mit einer Ummantelung 43 aus einer Zylinderwand oder mit einem Falten-Zylinder aus Kunststoff oder Gummi geschlossen, sodass nichts in den Raum dazwischen von außen eindringen kann.
Das System ist sehr kompakt, klein und bringt nicht viel Gewicht mit. Es ist optimal für Solarparks konzipiert, kann aber auch für Solarmodule auf dem Dach ist verwendet werden. Bei einem Solarmodul-System mit 6 Solarpanels mit insgesamt 6m² Fläche, wäre ein Nachführ-System mit einem Tellerdurchmesser von ca. 20 bis 50cm gut dafür geeignet. Die Kugel in das Kugelgelenk wäre zw. 8 und 15cm gross. Ein Neigungswinkel Von 25° - 55° wären damit leicht realisierbar. Der Neigungswinkel ist abhängig von der Größe der Teller, Größe der Kugel am Kugelgelenk und der Distanz zwischen den beiden Tellern. Je kleiner die Teller und je grösser die Distanz zwischen den Tellern, desto grösser der Neigungswinkel.
Verglichen mit herkömmlichen Nachführ-Systeme für Solarmodule, ist das System hier relativ einfach gebaut und kann sehr wirkungsvoll einen Solarpanel oder eine Solarpanel-Gruppe Richtung Sonne neigen. Ein weiteres Merkmal hier ist, dass eine Rotation des Solarmoduls in eine senkrechte Achse gar nicht mehr erforderlich ist. Mit lediglich drei Aktuatoren ist es möglich, das Solarmodul in jede Position in Richtung Sonne auszurichten, alleine durch Kippneigungen der Teller durch die einzelnen Aktuatoren.
Auf der 7 ist eine weitere Ausführung mit Arbeitszylindern, die die Neigung des Solarmoduls bewirken. Hier sind drei Arbeitszylinder 48 sternförmig angeordnet jeweils eine Aktuatoren-Wirkung in die Längsachse, die parallel zu der Tragsäulen-Achse gerichtet ist. Je nachdem welche der Kolben der Arbeitszylinder herausgefahren wird, so wird das Solarmodul auch geneigt. Das Kugelgelenk in der Mitte sorgt für Stabilität während der Ausführung von Neigebewegungen. Zu erwähnen ist, dass ein Herausfahren eines der Arbeitszylinder, das Verkürzen der beiden anderen oder eines davon bedeutet. Das Kugelgelenk erlaubt zwar eine Neigung in beliebige Richtungen, aber der Abstand zwischen dem Solarmodul-Befestigungspunkt und der Tragsäule bleibt unverändert. Deswegen jede Verlängerung auf einer Seite, eine Verkürzung des Aktuators auf der gegenüber liegenden Seite bedeutet. Das System funktioniert zwar sehr zuverlässig, braucht allerdings noch weitere Begleitelemente, die das System etwas komplizierter machen. Z.B. sind dafür auch Druck-Schläuche 50 (oder Druckleitungen) und eine Druck-Pumpe 49 notwendig. Ebenso Elektroventile 51, die in den Arbeitszylindern installiert sind und die Arbeitsvorgänge des Arbeitszylinders steuern, müssen dort vorhanden sein.
Das System kann übrigens auch für die Positionierung der Parabel-Antennen für Multi-Satelliten-Empfang oder als automatisches Nachführ-System für Teleskope. Der Einbau an einem Teleskop wäre relativ einfach. Das Doppelteller-System wäre wie ein Zwischen-Stück an der Verbindungsstelle des Teleskops mit seinem Stativ einzubauen. Hier wäre kein Lichtsensor erforderlich, weil der total unwirksam wäre, aber ein Chronometer kann die automatische Steuerung unterstützen. Hinzu kommt, dass das Nachführen nicht mehr impulsartig alle 20 Minuten ausreichen würde. Hier müsste ein azimutales Nachführen idealerweise kontinuierlich geschehen. Dafür sind die Aktuatoren mit Gewinde-Getriebe (Gewindetriebe) optimal geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Obere Scheibe / obere Teller / Plattform
2: Untere Scheibe / untere Teller
3: Kugelgelenk
4: Kugel
5: Kugelpfanne
6: Bohrungen
7: Schrauben
8: Solarmodul
9: Tragsäule
10: Akku
11: Kleines Solarmodul
12: Solarmodul-Rahmen
13: Stange, Hülse oder Hohlzylinder
14: Elektroaktive Polymer-Aktuatoren
15: Tellerrand
16: Gelenke an den Aktuator-Enden
17: Aktuatoren, Polymer-Zylindern (A, B, C)
18: Aktuator für die Befestigungsstelle
19: Befestigungsstelle
20: Schnecken-Getriebe / Gewindetriebe / Spindelgetriebe
21: Senkrechte Achse
22: Stift
23: Bremsbelag
24: Federsystem
25: Dellen, Bohrungen oder Vertiefungen auf der Kugel
26: Elektromagnet
27: Elektronische Steuerung
28: Gewindetrieb
29: Elektromotor
30: Lichtsensor
31: Spindel-Aktuatoren
32: Teleskop-Hohlzylinder
33: Magnetorheologische Flüssigkeit
34: Magnet
35: Aktuator für das Bewegen des Magnets
36: Elektromagnetspule
37: Chronometer
38: Röhre, Lichtleiter oder zylindrischen Blenden
39: Vibrationselement
40: Staub oder Sand
41: Sensor / Schmutz-Sensor
42: Steuerung für das Vibrationselement
43: Ummantelung für das Nachführ-System
44: Kamera
45: Sonnenfilter
46: Sonne
47: Auswerteeinheit
48: Arbeitszylinder
49: Druck-Pumpe
50: Druck-Schläuche / Druck-Leitungen
51: Elektroventile
52: Biaxiales Gelenk
53: Achsen des Gelenks

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0216734 [0004]
WO 2006/114457 [0005]
US 4209231 [0006]
US 20130192659 A1 [0007]
US 4129360 [0008]
US 4883340 [0008]
ES 1050814 U [0008]
US 6123067 A [0008]

Claims

Solar-Tracking-System für Solarmodule, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens - einem unteren waagerecht angeordneten Teller, der mit einer Tragsäule oder einem Untergrund oder Objekt verbindbar ist, - einem oberen Teller, der mit dem Solarmodul verbindbar ist, der über dem unteren Teller positioniert ist, - einem Kugelgelenk, das aus einer Kugelpfanne, die fest mit einem der Teller gekoppelt ist und einer Kugel, die fest mit dem anderen übrig gebliebenen Teller verbunden ist, das eine beliebige Neigung des oberen Tellers möglich macht, - drei Aktuatoren, die zwischen den beiden Tellern eingebaut sind, die um 120° versetzt oder sternförmig an den Rändern der Teller angeordnet, mit Hilfe von jeweils zwei kleinen Kugelgelenken an jedem Aktuatoren-Ende befestigt sind, die einzeln elektrisch gesteuert die Distanz der Aktuatoren-Befestigungspunkte zwischen den beiden Tellern ändern und dadurch eine beliebige Neigung des oberen Tellers gegenüber dem unteren Teller erzielen können, - einem elektrisch steuerbaren Blockier-System, dass im stromlosen Zustand die Kugel des großen Kugelgelenks am Drehen blockiert, eine starre Verbindung zwischen den beiden Tellern erstellt und die Blockierung nur dann löst, wenn es synchron zu den Aktuatoren mit Strom versorgt wird, - einem Sensor- oder Chronometer-System, das die Position der Sonne in Echtzeit ermittelt, - einer Steuerung, die mit den Aktuatoren und dem Sensor- / Chronometer-System verbunden ist, - mechanische Verbindungs-Elemente, die eine Montage eines Solarmoduls auf dem oberen Teller und eine Fixierung an eine Tragsäule, die am Boden befestigt ist, möglich machen, besteht.
Solarmodul-Nachführ-System, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens - zwei stabile, planparallel, sandwichartig übereinander angeordnete Scheiben, die jeweils mit Befestigungs-Elemente für eine Verbindung mit einer Tragsäule und mit der Unterseite des Solarmoduls an seinem Schwerpunkt, ausgestattet sind, - einem aus einer großen Kugel und einer Kugelpfanne bestehendes Kugelgelenk, das die beiden Scheiben miteinander in der Mitte verbindet, wobei die Kugel mit einer der Scheiben fest verbunden ist und die Kugelpfanne mit der anderen übrig gebliebenen Scheibe ebenso fest verbunden ist, und eine Neigung der oberen Scheibe gegenüber der unteren ermöglicht, - drei einzeln steuerbare Aktuatoren, die zwischen den beiden Scheiben außerhalb der Drehachse der Scheiben eingebaut sind und die beiden Scheiben miteinander verbinden, die sternförmig an den Rändern der Scheiben angeordnet sind, die einzeln elektrisch gesteuert ihre Abmessungen in eine parallel zu Verbindungsachse der beiden Scheiben, befindlichen Achse, ändern können und damit die Distanz der Aktuatoren-Befestigungspunkte zwischen den beiden Scheiben ändern können und dadurch die planparallele Anordnung der beiden Scheiben stören, indem sie die obere Scheibe neigen können, - einer elektronischen Steuerung, die die Aktuatoren steuert, - drei oder sechs Gelenke, die jeweils an einem oder beiden Enden der Aktuatoren eingebaut sind und als Bindeelement zwischen den Aktuatoren und der Scheiben dienen, - einem Lichtsensor- oder Chronometer-System, das die Position der Sonne im Himmel in Echtzeit ermittelt und diese Information in Form von elektrischen Signale an die Steuerung übermittelt, - einem Fixier-System, das in das Kugelgelenk eingebaut ist und das im stromlosen Zustand die Kugel des Kugelgelenks am Drehen blockiert und die Blockierung nur dann löst, wenn es zeitgleich mit den Aktuatoren mit Strom versorgt wird, besteht.
Solarmodul-Nachführ-System umfassend: - eine Unterlage, die eine dreieckige Plattform oder eine dreiarmige Hebel-Formation, die einen Stern bilden, ist, auf der das Solarmodul liegt und damit fest oder lösbar gekoppelt ist, - eine Tragsäule, die am Boden oder an einem Gegenstand, wo das Solarmodul angebracht ist, befestigt ist, - ein Kugelgelenk, dass die Unterlage mit der Tragsäule in jede Richtung neigbar verbindet, wobei der Schwerpunkt des Solarmoduls auf das Kugelgelenk liegt, - drei einzeln steuerbare, sternförmig um die Tragsäulen-Achse angeordnete Aktuatoren, die mit jeweils einem Ende mit der unteren Seite der Unterlage jeweils an deren äußeren Punkten gekoppelt sind und mit dem anderen Ende mit der Tragsäule an dafür eingebaute Ösen oder durch einen Ring, in dem die Tragsäule eingeführt ist und der mit der Tragsäule gekoppelt ist, verbunden sind, - eine elektronischen Steuerung, die die Aktuatoren steuert, - ein Sensor- oder Chronometer-System, das die Position der Sonne am Himmel in Echtzeit ermittelt und diese Information an der elektronischen Steuerung leitet.
Solarmodul-Nachführ-Systemnach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Chronometer-System, mit einem Datenspeicher, der die Informationen über die Uhrzeit und Kalender-Datum für die Bestimmung der Sonnen-Position am Himmel an die elektronischen Steuerung in Echtzeit liefert, ausgestattet ist.
Solarmodul-Nachführ-Systemnach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus elektroaktive Kunststoffe oder Polymeren, die elektrisch gesteuert ihre Form oder Länge ändern können, bestehen.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus je einem senkrecht ausgerichteten TeleskopZylinder, in denen je ein Elektromotor oder Schrittmotor und Schneckengetriebe oder Gewindetriebe / Spindeltriebe eingebaut sind, bestehen.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren hydraulische Arbeitszylinder sind, die mit einer kleinen Hydraulik-Pumpe, die in oder auf der senkrechten Wand der Tragsäule eingebaut ist, gekoppelt sind.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Lagesensor, der mit der Steuerung gekoppelt ist und die Lage des Solarmoduls erfasst, ausgestattet ist
Solarmodul-Nachführ-Systemnach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren an den Befestigungs-Punkten mit je einem weiteren elektrisch gesteuerten Aktuatoren ausgestattet sind, die die Befestigungspunkte radial von und zu der Tragsäulen-Achse bewegen können.
Solarmodul-Nachführ-System nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren, die die Befestigungspunkte radial bewegen, aus Elektromotoren und Schnecken- oder Gewindetriebe / Spindeltriebe bestehen.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk mit einem eingebauten Brems-System, das die Kugel am Drehen blockieren kann, bestehend aus mindestens - einem Blockier-Element, das in die Kugelpfanne eingebaut ist, das die Kugel durch Berühren am Drehen blockieren kann, - einem Federelement, das das Blockier-Element Richtung Kugel vorschiebt, es stets unter mechanischen Spannung setzt und die Kugel am Drehen blockiert, - einem elektrischen Aktuator, der beim Aktivieren, das Blockier-Element in die entgegengesetzte Richtung von der Kugel weg schiebt und die Kugel am Drehen nicht mehr blockiert, - einer elektronischen Steuerung, die den elektrischen Aktuator steuert, ausgestattet ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk mit einem eingebauten Brems-System, das die Kugel am Drehen blockieren kann, bestehend aus mindestens - einem Blockier-Element, das in die Kugelpfanne eingebaut ist, das die Kugel durch Berühren am Drehen blockieren kann, - einem Schnecken- oder Gewindetriebe mit einem Elektromotor, das je nach Steuerung, das Blockier-Element Richtung Kugel vorschieb, unter mechanischen Spannung setzt und die Kugel am Drehen blockiert oder das Blockier-Element abziehen kann, - einer elektronischen Steuerung, die den elektrischen Aktuator steuert, ausgestattet ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel im Kugelgelenk, Dellen oder Löcher oder Vertiefungen, in denen ein elektrisch gesteuertes Brems-Element in die Kugelpfanne eingebaut, eingeschoben werden kann und somit die Kugel am Drehen blockieren kann, aufweist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es kompakt aufgebaut ist und nachträglich in ein Solarmodul-System integrierbar ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem magnetorhoelogischen oder elektrorhoelogischen Brems-System für die Kugel am Kugelgelenk, das durch die elektronische Steuerung gesteuert wird, ausgestattet ist
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit dem Stromausgang des Solarmoduls oder mit einer eigenen Stromquelle oder einer zusätzlichen Solarzelle gekoppelt ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es an der Gelenkstelle mit einer Zylinderhülle oder einem Faltzylinder aus Gummi oder Kunststoff umhüllt ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Verbindungselemente ausgestattet ist, die eine alternative Einsatzmöglichkeit und Einbau in einem Teleskop oder Fernrohr für astronomische Beobachtungen, ermöglichen, und als Nachführ-Vorrichtung für die Himmel-Beobachtungen konzipiert ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren so gesteuert sind, dass sie Vibrationen oder Zitterbewegungen auf das Solarmodul kurzzeitig oder während des Nachführens erzeugen.
Solarmodul-Nachführ-System nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so gestaltet ist, dass sie die Aktuatoren mit Pulsstrom oder mit einer kombinierten Stromversorgung, die Wechselstrom und Gleichstrom beinhaltet, versorgt werden.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens - einem Sensor-System, dass Staub oder Schmutz auf die Solarmodul-Oberfläche erfassen kann, - ein elektrisch angetriebenes Vibrationselement, das auf dem oberen Teller oder an einem Verbindungsteil, das das Solarmodul-Nachführ-System mit dem Solarmodul verbindet, eingebaut ist, das das Solarmodul oder eine Gruppe von Solarmodulen, zum Vibrieren bringt, - einer Steuerung, die das Vibrationselement nur einige Sekunden oder Minuten lang zum Vibrieren bringt, die mit dem Vibrationselement und mit dem Sensor-System gekoppelt ist, ausgestattet ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-System, das die Sonnenposition am Himmel ermitteln soll, aus einer kuppenförmigen oder kugelförmigen Anordnung der Sensor-Flächen und einer kuppenförmigen oder kugelförmigen Anordnung von Facetten oder Röhren besteht, die an dem Solarmodul befestigt ist, die alle das Sonnenlicht radial auf die Kugel oder Kuppe mit Sensorflächen leiten, wobei die Sensoren mit der elektronischen Steuerung des Solarmodul-Nachführ-Systems gekoppelt sind und nur eines der Facetten oder der Röhren perpendikular zu Solarmodul-Fläche ausgerichtet ist, dessen Sensorfläche beim Beleuchten durch Sonnenstrahlen, das Stoppen der Aktuatorbewegungen und eine Blockierung der Neigungsbewegung des Solarmoduls bewirkt.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-System, das die Sonnenposition am Himmel ermitteln soll, aus einem elektronischen Bildsensorerfassungs- oder Kamera-System, dessen optische Achse perpendikular zu dem Solarmodul gerichtet ist, und einer Auswerteeinheit, die die Sonnenposition ermittelt und mit der elektronischen Steuerung des Solarmodul-Nachführ-Systems gekoppelt ist, die eine solche Neigung des Solarmoduls und damit des Bildsensorerfassungs- oder Kamera-Systems steuert, die eine perpendikulare Richtung der Sonnenstrahlen auf das Solarmodul anstrebt, besteht.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren selbsthemmend sind.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt des Solarmoduls auf das Kugelgelenk oder geringfügig darunter liegt.
Solarmodul-Nachführ-System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Kugelgelenks eine Kardan-Aufhängung oder ein biaxiales Gelenk eingebaut ist.
Solarmodul-Nachführ-System nach Patentanspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils elektrisch steuerbare Blockier-Elemente in den Achsen des biaxialen Gelenks oder der Kardan-Aufhängung eingebaut sind.