DE10301550A1

DE10301550A1 - Solaranlage

Info

Publication number: DE10301550A1
Application number: DE10301550A
Authority: DE
Inventors: Josef Marx; Burkhardt Arnold
Original assignee: Loseke & Marx & Co KG GmbH; Loeseke and Marx GmbH and Co KG
Current assignee: Loseke & Marx & Co KG GmbH; Loeseke and Marx GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit einer um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmoduleinrichtung, einer Verstelleinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen der Solarmoduleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung eine Antriebseinheit und eine mechanische Übertragungseinheit umfasst zum Antrieb und zur mechanischen Kopplung mit der Solarmoduleinrichtung, einer Gestelleinrichtung zur Halterung der Verstelleinrichtung und der Solarmoduleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung (2) eine Horizontalverstelleinheit (22) zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung (3) um eine vertikale Schwenkachse (7) und eine Neigungsverstelleinheit (120) zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung (3) um eine horizontale Schwenkachse (21) aufweist, wobei die Neigungsverstelleinheit (120) und/oder die Horizontalverstelleinheit (2) einen bogenförmigen Führungsabschnitt (119) aufweist, entlang dessen die Solarmoduleinrichtung (3) um einen vorgegebenen Schwenkwinkel (alpha) verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit einer um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmoduleinrichtung, mit einer Verstelleinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen der Solarmoduleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung eine Antriebseinheit und eine mechanische Übertragungseinheit umfasst zum Antrieb und zur mechanischen Kopplung mit der Solarmoduleinrichtung, mit einer Gestelleinrichtung zur Halterung der Verstelleinrichtung und der Solarmoduleinrichtung.
Aus der DE 42 21 896 A1 ist eine Solaranlage mit einem als Spiegel ausgebildeten Solarmodul bekannt, das mittels einer Verstelleinrichtung dem Sonnenstand nachgeführt wird. Die Verstelleinrichtung umfasst eine thermohydraulische Antriebseinheit mit zwei Absorberrohren, die mit einem temperaturabhängig ausdehnenden Antriebsmittel befüllt sind. Bei asymmetrischer Bestrahlung der Absorberrohre wird eine Druckänderung in dem Antriebsmittel bewirkt. Über eine hydraulische Übertragungseinheit ist die Antriebseinheit mit dem Solarmodul gekoppelt und bewirkt ein sonnstandsabhängiges Nachführen des Solarmoduls. Nachteilig an der bekannten Solaranlage ist, dass die Antriebseinheit als passiver Antrieb ausgebildet ist und es daher sehr aufwändig ist, ein räumlich groß dimensioniertes und relativ schweres Solarmodul zu verschwenken.
Aus der DE 199 28 857 C2 ist eine Solaranlage mit einem aus Photovoltaikplatten bestehenden Solarmodul und mit einer Verstelleinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen des Solarmoduls bekannt, bei der das Solarmodul an einem vertikalen Mast befestigt ist. Der Mast ist zum einen um eine vertikale Schwenkachse und zum anderen um eine horizontale Schwenkachse, die einen gemeinsamen Schnittpunkt bilden, schwenkbar angeordnet. Eine Verstelleinrichtung zum Verstellen des Mastes weist zum einen eine aus einem Elektromotor bestehende Antriebseinheit und zum anderen eine mechanische Übertragungseinheit auf. Nachteilig an der bekannten Solaranlage ist, dass eine ortsfeste Stelleinrichtung vorgesehen ist, in der der Mast in einem Betonfundament eingesetzt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solaranlage nach dem Gattungsbegriff derart weiterzubilden, dass bei einer kompakten Bauweise eine wartungsarme und langzeitstabile Nachführung eines Solarmoduls gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine Horizontalverstelleinheit zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung um eine vertikale Schwenkachse und eine Neigungsverstelleinheit zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung um eine horizontale Schwenkachse aufweist, wobei die Neigungsverstelleinheit und/oder die Horizontalverstelleinheit einen bogenförmigen Führungsabschnitt aufweist, entlang dessen die Solarmoduleinrichtung um einen vorgegebenen Schwenkwinkel α verstellbar ist.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Solaranlage besteht darin, dass eine kompakte und relativ wartungsarme Baueinheit gebildet ist, die einen zuverlässigen und langzeitstabilen Betrieb der Solaranlage ermöglicht. Vorteilhaft wird durch die Minimierung von drehenden Bauteilen der Anlage eine Robustheit und lange Lebensdauer erzielt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermöglicht das Vorsehen eines Kreissegmentteiles bzw. einer kreisförmigen Führungsabschnitt eine Vereinfachung der Nachführung der Solarmoduleinrichtung. Die maßgeblichen Steuerungsparameter, wie der Drehwinkel der Antriebseinheit sowie der Schwenkwinkel entlang der kreisförmigen Führungsabschnitt, um die entsprechende horizontale und/oder vertikale Schwenkachse bilden ein lineares Verhältnis, so dass eine präzise Nachführung zuverlässig gewährleistet ist. Insbesondere für Solarmoduleinrichtungen, die über jeweils auf die Solarzellen aufgesetzte Linsen aufweisen zur Erhöhung des Wirkungsgrade, kann eine Nachführung der Solarmoduleinrichtung auf 1/10°-Genauigkeit des Schwenkwinkels gewährleistet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist als Kopplungsmittel eine Kette fest auf der kreisförmigen Führungsabschnitt angeordnet und steht mit einem drehfest mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit verbundenen Verstellritzel in Eingriff. Vorteilhaft kann die Antriebseinheit gebremst betrieben werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Gestelleinrichtung aus einer Statorgestelleinheit und einer Rotorgestelleinheit zusammengesetzt, wobei die Horizontalverstelleinheit zur Verstellung der Solarmoduleinrichtung in einer horizontalen Ebene einen bogenförmigen Führungsabschnitt, insbesondere eine kreisförmige Führungsabschnitt aufweist, entlang derer sich die Rotorgestelleinheit um einen vorgegebenen Schwenkwinkel in der Horizontalebene verschwenken lässt. Die Rotorgestelleinheit und einer Statorgestelleinheit sind derart miteinander gekoppelt, dass die Rotorgestelleinheit entlang einer vorzugsweise horizontalen Kreisbahn mit vorzugsweise relativ geringer Krümmung bewegt wird. Hierdurch kann auf relativ einfache Weise eine positionsgenaue Verstellung des Solarmoduls erzielt werden. Nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist sowohl die Rotorgestelleinheit als auch die Statorgestelleinheit ausladend, dass heißt unter Ausbildung einer eine relativ große Fläche umfassenden Längserstreckung, ausgebildet. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Solaranlage für relativ großflächige Solarmodule geeignet, wobei die Solarmodule eine Fläche von 45 bis 1000 m² aufweisen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mechanische Übertragungseinheit der Horizontalverstelleinheit durch ein Kettengetriebe gebildet, wobei ein fest mit einer Abtriebswelle eines Elektromotors verbundenes Verstellritzel in Eingriff mit einer an der Rotorgestelleinheit oder Statorgestelleinheit angespannten Kette steht. Vorteilhaft ist die Kette um eine äußere Führungsfläche eines kreisförmigen Führungsteil der Statorgestelleinheit eingespannt, so dass der montagetechnische Aufwand relativ gering gehalten ist. Alternativ kann die Kette durch einen fest mit dem kreisförmigen Führungsteil verbundenen Zahnkranzbogen ausgebildet sein. Der herstellungstechnische Aufwand ist jedoch vergleichsweise höher.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Rotorgestelleinheit mindestens zwei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Räder auf, die entlang von inneren Führungsflächen des kreisförmigen Führungsteils der Statorgestelleinheit geführt sind. Hierdurch wird eine lagesichere, war tungsarme und reibungsarme Führung der Rotorgestelleinheit zu der Statorgestelleinheit gewährleistet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Neigungsverstelleinheit ein Zahnstangengetriebe mit einer schräg nach oben verlaufenden Zahnstange auf, die mit einer gelenkig mit einem Träger des Solarmoduls verbundenen Schubstange zusammenwirkt. Vorteilhaft kann durch die schräge Anordnung der Zahnstange unter Bildung eines festen spitzen Winkels zu einer Horizontalebene auf einfache Weise die Neigung des Solarmoduls verstellt werden.
Je größer der Winkel der Zahnstange zur Horizontalebene ist, desto größer ist die Neigungsverstellung bezogen auf den zurückgelegten Weg des mit der Zahnstange in Eingriff stehenden Zahnrades der Schubstange. Nach einer nicht bevorzugten Ausführungsform kann die Zahnstange auch in der Horizontalebene liegend angeordnet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist jeder Solaranlage eine lokale Steuereinheit zugeordnet, die zum einen einen Solarkoordinatenspeicher aufweist, in dem die festgelegten Koordinaten der Sonne tageszeitabhängig abgespeichert sind. Zum anderen weist die lokale Steuereinheit ein Nachführungsprogramm auf, das die im Solarkoordinatenspeicher abgespeicherten Daten in Beziehung setzt zu der Lage de Solarmoduls, insbesondere zu einer Nulllage des Solarmoduls. vorteilhaft kann das Nachführungsprogramm nach den örtlichen Gegebenheiten modifiziert und vor Ort verändert werden. Das Nachführungsprogramm ist vorzugsweise in einem nicht flüchtigen Speicher der lokalen Steuereinheit abgespeichert. Alternativ kann das Nachführungsprogramm auch als "fest verdrahtete" Schaltung ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der lokalen Steuereinheit eine übergeordnete zentrale Steuereinheit zugeordnet, die in einem vorgegebenen Zeitintervall die aktuellen Solarkoordinaten ermittelt und der lokalen Steuereinheit zur Verfügung stellt. Dies kann über eine Kabelverbindung oder mittels einer Funkverbindung erfolgen. Die lokale Steuereinheit kommt bei dieser Ausführungsform einer Mittlerfunktion zu zwischen der zentralen Steuereinheit einerseits und der Antriebseinheit sowie der Sensoreinheit der Solaranlage andererseits. Darüber hinaus weist die lokale Steuereinheit eine Überwachungsfunktion auf, so dass bei Auftreten von Störungen der Antriebseinheit oder anderer beweglicher Teile sofort entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können, beispielsweise mittels eine integrierten Notlaufprogramms, das das Solarmodul in eine vorgegebene Notfallstellung verbringt.
Vorteilhaft kann die zentrale Steuereinheit auch dazu genutzt werden, Änderungen des in der lokalen Steuereinheit abgespeicherten Nachführungsprogramms zu übermitteln.
Vorteilhaft kann durch die Kombination der zentralen und der lokalen Steuereinheit ein ferngesteuerter und wartungsarmer Betrieb der Solaranlage gewährleistet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Solaranlage nach einer ersten Ausführungsform in einer Steillage und Flachlage eines Solarmoduls,
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Stator- und Rotorgestelleinheit der Solaranlage gemäß 1,
3 einen Teilquerschnitt durch die Stator- und Rotorgestelleinheit im Bereich einer Antriebseinheit für die Rotorgestelleinheit,
4 einen Teilquerschnitt durch die Rotor- und Statorgestelleinheit im Bereich eines Rades der Rotorgestelleinheit,
5 ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinheit für die Solaranlage,
6 eine Seitenansicht einer Solaranlage nach einer zweiten Ausführungsform, die sich durch die Gestelleinheit von der ersten Ausführungsform der Solaranlage unterscheidet und
7 eine schematische Seitenansicht einer Solaranlage nach einer dritten Ausführungsform mit einer einen bogenförmigen Führungsabschnitt aufweisenden Neigungsverstelleinheit.
Eine Solaranlage besteht im wesentlichen aus einer Gestelleinrichtung 1, einer Verstelleinrichtung 2 und einer Solarmoduleinrichtung 3.
Die Solarmoduleinrichtung 3 besteht aus einer Mehrzahl von Solarmodulen, beispielsweise 36 Modulen, die ein Modulfeld von einer Fläche im Bereich von 45 bis 75 m² aufspannen. Die Solarmodule wandeln die Strahlung der Sonne in elektrische Energie um. Ein nicht dargestelltes Anschlusskabel speist den elektrischen Strom in das Versorgungsnetz ein.
Die Gestelleinrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform gemäß 1 weist eine Mehrzahl von Standsockeln 4 auf mit nach oben abragenden Stützzylindern 5. Die Gestelleinrichtung 1 weist ferner eine auf den Stützzylindern 5 gelagerte Statorgestelleinheit 6 und eine drehbar um eine vertikale Schwenkachse 7 verstellbare Rotorgestelleinheit 8 auf. Die Statorgestelleinheit 6 ist rahmenartig und kreisförmig ausgebildet. Sie weist ein kreisförmiges Führungsteil 9 auf, das doppel-T-förmig ausgebildet ist. Das Führungsteil 9 weist zum einen eine in Umfangsrichtung äußere Führungsfläche 10 und eine in Umfangsrichtung verlaufende innere Führungsfläche 11 auf. Entlang der inneren Führungsfläche 11 ist die Rotorgestelleinheit 8 mittels eines drehbar an der Rotorgestelleinheit 8 gelagerten Rades 12 drehbar geführt. Die Rotorgestelleinheit 8 weist mindestens zwei in Umfangsrichtung derselben verteilt angeordnete Räder 12, von denen eines beispielhaft in 4 dargestellt ist.
Wie aus 2 zu ersehen ist, sind sowohl die Statorgestelleinheit 6 als auch die Rotorgestelleinheit 8 in horizontaler Richtung ausladend ausgebildet, wobei sie sich lediglich in der Form unterscheiden. Die Rotorgestelleinheit 8 weist einen rahmenartigen rechteckförmigen Basisträger 13 auf, wobei der Abstand gegenüberliegender Streben 14 des Basisträgers 13 zu dem Durchmesser der Statorgestelleinheit 6 korrespondiert.
Weiterhin weist die Rotorgestelleinheit 8 ein fest mit dem Basisträger 13 verbundenes Neigungsgestänge 15 auf, das ei ne in einem spitzen Winkel zu einer Horizontalebene verlaufende Zahnstange 16 abstützt. Die Zahnstange 16 bildet zusammen mit einem mit demselben in Eingriff stehenden Zahnrad 17 einer Schubstange 18 ein Zahnstangengetriebe 19, das als mechanische Übertragungseinheit eine Kopplung mit der Solarmoduleinrichtung 3 ermöglicht. Diese mechanische Übertragungseinheit 19 sowie eine nicht dargestellte Antriebseinheit (Elektromotor), die auf das Zahnrad 17 einwirkt, bilden eine Neigungsverstelleinheit 20, die zur Neigungsverstellung der Solarmoduleinrichtung 3 um eine horizontale Schwenkachse 21 dient.
Zur Verstellung der Solarmoduleinrichtung 3 in einer Horizontalebene um die vertikale Schwenkachse 7 ist eine Horizontalverstelleinheit 22 vorgesehen, die über eine Antriebseinheit 23 (Elektromotor) und ein Kettengetriebe 24 als mechanische Übertragungseinheit verfügt. Wie besser aus 3 zu ersehen ist, ist der Elektromotor 23 an einer vertikal verlaufenden und an einer Strebe 14 der Rotorgestelleinheit 8 befestigten Lagerplatte 25 montiert. Eine Abtriebswelle 26 des Elektromotors 23 ist drehfest an einem freien Ende derselben mit einem Verstellritzel 27 verbunden. Das Verstellritzel 27 steht in Eingriff mit einem Kettenglied einer Kette 28, die die äußeren Führungsflächen 10 des kreisförmigen Führungsteils 9 der Statorgestelleinheit 6 umspannt. Zu diesem Zweck ist ein Kettenspanner 29 vorgesehen, der die beiden freien Enden der Kette 28 unter reibschlüssiger Anlage der Kette 28 an den äußeren Führungsflächen 10 spannt.
Durch Ansteuerung der Antriebseinheit 23 wird das Verstellritzel 27 in Rotation versetzt und somit die Rotorgestelleinheit 8 durch sequentielles Eingreifen der Glieder der Kette 28 um die vertikale Verschwenkachse 7 verschwenkt.
Die Rotorgestelleinheit 8 weist die durchgehend in Umfangrichtung verlaufenden innere Führungsfläche 11 zur Führung mehrerer verteilt in Umfangsrichtung angeordneter Räder 12 auf. Die innere Führungsfläche 11 weist radial nach innen abgeschrägte Schenkel 31 auf, so dass eine korrespondierende keilförmige Lauffläche 32 des Rades 12 auf dem unteren Schenkel 31 der inneren Führungsfläche 11 abrollen kann. Die keilförmige Lauffläche 32 ist auf der in radialer Richtung nach innen zugewandten Seite durch eine dünne Zylinderscheibe 33 begrenzt, die bündig zu der Vertikalerstreckung der inneren Führungsfläche 11 verläuft. Hierdurch kann eine lagesichere und wartungsschonende Führung der Rotorgestelleinheit 8 gewährleistet sein.
Die Drehachse des Rades 12 verläuft in horizontaler Richtung und steht somit senkrecht zu der Symmetrieachse der Rotorgestelleinheit 8 und der Statorgestelleinheit 6. Da die Statorgestelleinheit 6 und die Rotorgestelleinheit 8 im wesentlichen kreisförmig aufgebaut sind, fallen die Symmetrieachsen mit der vertikalen Schwenkachse 7 zusammen (insbesondere unter Nichtberücksichtigung der Antriebseinheiten derselben).
Wie aus 1 zu ersehen ist, ist ein Träger 34 der Solarmoduleinrichtung 3 gelenkig mit einem oberen Ende des schräg verlaufenden Basisträgers 13 verbunden. In einer steilen Neigungsstellung von 70° zu einer Horizontalebene, durchgezogene Linie des Trägers 34, befindet sich das Zahnrad 17 an einem oberen Ende der Zahnstange 16. In einer flachen Neigungsstellung des Trägers 34 im Bereich von 15° zu einer Horizontalebene befindet sich das Zahnrad 17 an einem unteren Ende der Zahnstange 16. Die flache Endstellung des Trägers 34 wird vorzugsweise dann eingenommen, wenn eine direkte Sonneneinstrahlung nicht möglich ist und statt dessen ein Maximum an Globalstrahlung erfasst werden soll.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Solaranlage ist gemäß 6 eine andere Gestelleinrichtung 35 vorgesehen, die im wesentlichen durch einen vertikalen Rohrpfeiler 36 einer Länge von 3 m bis 5 m gebildet wird. Der Rohrpfeiler 36 ist in einem Betonfundament 37 eines Bodens 38 ortsfest eingesetzt. An einem oberen Ende des Rohrpfeilers 36 ist die Statorgestelleinheit 6 gemäß erstem Ausführungsbeispiel befestigt. Gleiche Bauteile der Solaranlage sind daher mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die beschriebenen Solaranlagen werden mittels einer in 5 schematisch dargestellten elektrischen Steuereinheit 39 angesteuert. Die elektrische Steuereinheit 39 besteht zum einen aus einer ortsfern angeordneten zentralen Steuereinheit 40 und einer Mehrzahl von jeweils einer Solaranlage bzw. Solarmoduleinrichtung 3 zugeordneten lokalen Steuereinheit 41 (dezentrale Steuereinheit).
Die zentrale Steuereinheit 40 weist einen Mikroprozessor und einen Speicher 42 auf, der zum einen ein Solarkoordinatenspeicher 42' und zum anderen ein Programmspeicher 42" umfasst. Der Solarkoordinatenspeicher 42' enthält die aktuellen Solarkoordinaten (Azimutwinkel und Elevationswinkel) der Sonne. Der Programmspeicher 42'' weist ein Nachführungsprogramm 44 auf, demgemäss nach Verarbeitung der Solarkoordinaten die Vorgabedaten zur Ansteuerung der Antriebseinheiten der Neigungsverstelleinheit 20 und der Horizontalverstelleinheit 22 erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist jede einzelne Solaranlage (Solarmoduleinrichtung 3) die lokale Steuereinheit 41 auf, die als untergeordnete Steuereinheit die örtlich relevanten Ansteuersignale an die Antriebseinheiten etc. weitergibt. Die lokalen Steuerein heiten 41 können beispielsweise die Vorgabedaten der zentralen Speichereinheit 40 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der entsprechenden Solaranlage anpassen und somit eine optimale Steuerung der jeweiligen Solaranlage bewirken. Beispielsweise können bei unterschiedlich dimensionierten Solaranlagen die Nulllagen der Solarmoduleinrichtung 3 unterschiedlich sein, was durch die lokale Steuereinheit 41 mit berücksichtigt werden kann.
Der lokalen Steuereinheit 41 ist beispielsweise ein in einem nicht flüchtigen Speicher 43 abgespeichertes Notlaufprogramm 45 zugeordnet, das bei Ausfall der zentralen Steuereinheit 40 eine unterbrechungsfreie Ansteuerung der Solaranlage im Sinne von Drehen, Heben, Senken aufrecht erhält.
Die Kommunikation zwischen der zentralen Steuereinheit 40 und der lokalen Steuereinheit 41 erfolgt vorzugsweise über Funkverbindung. Alternativ können die Steuereinheiten 40 und 41 auch über eine Kabelverbindung miteinander kommunizieren. Die Kommunikationspakete können beispielsweise als SMS-Nachrichten oder über andere Kanäle eines Telekommunikationsnetzes übertragen werden.
Die lokale Steuereinheit 41 ist mit einer Sensoreinheit 46 verbunden, die über einen Windrichtungssensor 47, einen Windstärkesensor 48 und einen Globalstrahlungssensor 49 verfügt. Weiterhin kann die Sensoreinheit 46 einen Sabotagesensor 50 aufweisen, der bei unberechtigtem Entfernen von Bauteilen der Solaranlage auslöst und über die lokale Steuereinheit 41 die Aktivierung einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit (Heulsirene, Drehlicht) bewirkt.
Die Sensorsignale der Sensoren 47, 48, 49 werden vermittels der lokalen Steuereinheit 41 an die zentrale Steuereinheit 40 übermittelt, so dass in Abhängigkeit von den aktuellen Wetterdaten eine Regelung der jeweiligen Solaranlagen ermöglicht wird.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können dieser Steuerungs- und Regelungsaufgabe auch durch die lokale Steuereinheit 41 übernommen werden. Eine zentrale Steuereinheit 40 ist dann nicht erforderlich.
Vorteilhaft ermöglicht das Vorsehen einer zentrale Steuereinheit 40 eine effektive Ansteuerung von einer Mehrzahl von Solaranlagen, beispielsweise 20, auf einem Feld vorgegebener Größe. Darüber hinaus kann durch in regelmäßigen Abständen von den lokalen Steuereinheiten 41 an die zentrale Steuereinheit 40 abgegebenen Überwachungssignalen stets der Betriebszustand der Solaranlagen überwacht werden. Bei einem Störfall können schnell erforderliche Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden. Falls diese von der lokalen Steuereinheit 41 nicht übernommen werden können, beispielsweise bei einem schweren elektrischen oder mechanischen Fehler, kann ein Service-Mitarbeiter zu dem Solaranlagenpark geschickt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 7 weist die Rotorgestelleinheit 8 eine Neigungsverstelleinheit 120 auf, die auf dem Basisträger 13 positioniert ist. Zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung 3 um einen vorgegebenen Schwenkwinkel α um die horizontale Schwenkachse 21 weist die Neigungsverstelleinheit 120 zum einen einen bogenförmigen Führungsabschnitt 116, eine Antriebseinheit 123 sowie Kopplungsmittel 119 auf.
Der bogenförmige Führungsabschnitt 116 ist als Kreissegmentteil mit einer Kreisführungsbahn 118 und einem oberen Stützschenkel 117' und einem unteren Stützschenkel 117'' ausgebildet. Der kreisförmige Führungsabschnitt 116 erstreckt sich entlang eines spitzen oder stumpfen Winkels konzentrisch zu der horizontalen Schwenkachse 21. Die Kreisführungsbahn 116 weist als Kopplungsmittel 119 eine Kette auf, die in Umfangsrichtung auf der Kreisführungsbahn 116 festgespannt ist. Die Kette 119 steht in Eingriff mit einem Verstellritzel 127, das koaxial und drehfest zu einer Abtriebswelle 126 der Antriebseinheit 123 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 123 ist auf einem Sockel 115 fest stehend positioniert.
Einer Solarmoduleinrichtung 3 sind jeweils zwei Kreissegmentteile 116 zugeordnet, wobei die oberen Stützschenkel 117' der Kreissegmentteile 116 fest mit einem Randbereich der Solarmoduleinrichtung 3 verbunden sind. In einer Flachstellung der Solarmoduleinrichtung 3 von 15° bezogen auf eine Horizontalebene, siehe durchgezogene Linie in 7, liegt der untere Stützschenkel 117'' unterhalb des Basisträgers 13. Das Verstellritzel 127 ist in einer Ebene des Basisträgers positioniert und greift in der Flachstellung in einem oberen Bereich der Kette 119 ein.
Im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kann nach der Ausführungsform gemäß 7 auf ein Neigungsgestänge, Zahnstange, Zahnrad und Schubstange verzichtet werden.
Zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung 3 um einen vorgegebenen Schwenkwinkel α wird die Antriebseinheit 123 mit einem den Schwenkwinkel vorgegebenen Steuersignal angesteuert. Die Abtriebswelle 126 ist über das Verstellritzel 127 über die Kette 119 direkt mit dem kreisförmigen Führungsabschnitt 116 verbunden, so dass ohne Schlupf über ein lineares Übertragungsverhältnis der gewünschte Schwenkwinkel mit einer Genauigkeit von etwa 1/10° eingestellt werden kann.
In 7 ist eine steile Endstellung der Neigungsverstelleinheit 120 von 75° in gestrichelter Form dargestellt. Das Verstellritzel 127 greift in dieser Endstellung in einem oberen Bereich der Kette 119 ein.
Diese Neigungsverstelleinheit 120 kann in Kombination mit der vorher beschriebenen Horizontalverstelleinheit 22 betrieben werden zur Einstellung der Solarmoduleinrichtung 3 um eine horizontale und vertikale Schwenkachse. Alternativ kann die Neigungsverstelleinheit 120 auch mit einer anderen Horizontalverstelleinheit genutzt werden. Dasselbe gilt für die Horizontalverstelleinheit 22.
Der kreisförmige Führungsabschnitt 116 weist einen solchen konstanten Radius zu der horizontalen Schwenkachse 21 auf, dass eine vorgegebene Genauigkeit der Nachführung der Solarmoduleinrichtung 3 in einer vertikalen Ebene gegeben ist. Durch Vergrößerung des Radius' lässt sich die Genauigkeit der Nachführung erhöhen, weil die Wegstrecke pro Schwenkwinkel α vergrößert ist. Vorzugsweise liegt die Länge des Radius' im Bereich der Quererstreckung der Solarmoduleinrichtung 3 bzw. Solarmodule.

Claims

Solaranlage mit – einer um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmoduleinrichtung, – einer Verstelleinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen der Solarmoduleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung eine Antriebseinheit und eine mechanische Übertragungseinheit umfasst zum Antrieb und zur mechanischen Kopplung mit der Solarmoduleinrichtung, – einer Gestelleinrichtung zur Halterung der Verstelleinrichtung und der Solarmoduleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (2) eine Horizontalverstelleinheit (22) zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung (3) um eine vertikale Schwenkachse (7) und eine Neigungsverstelleinheit (120) zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung (3) um eine horizontale Schwenkachse (21) aufweist, wobei die Neigungsverstelleinheit (120) und/oder die Horizontalverstelleinheit (2) einen bogenförmigen Führungsabschnitt (116) aufweist, entlang dessen die Solarmoduleinrichtung (3) um einen vorgegebenen Schwenkwinkel (α) verstellbar ist.
Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bogenförmige Führungsabschnitt (116) der Neigungsverstelleinheit (120) als ein Kreissegmentteil (116) ausgebildet ist mit mindestens einem radial zu der horizontalen Schwenkachse (21) verlaufenden Stützschenkel (117', 117'') und einer konzentrisch zu der horizontalen Schwenkachse (21) verlaufenden Kreisführungsbahn (118), die Kopplungsmittel (119) aufweist zur Kopplung mit einer Antriebseinheit (123).
Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kopplungsmittel (119) eine fest auf der Kreisführungsbahn (118) angeordnete Kette vorgesehen ist, die mit einem mit der Antriebseinheit (123) wirkverbundenen Verstellritzel (127) in Eingriff steht.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellritzel (127) drehfest und koaxial zu einer Abtriebswelle (126) der Antriebseinheit (123) angeordnet ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (123) auf einem fest stehenden Sockel (115) positioniert ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils ein Kreissegmentteil (160) an gegenüberliegenden Rändern der Solarmoduleinrichtung (3) vorgesehen ist, wobei auf dem oberen Stützschenkel (117') die Solarmoduleinrichtung (3) befestigt ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreissegmentteil (116) einen unteren Stützschenkel (117'') aufweist, der in der Flachstellung der Solarmoduleinrichtung (3) auf der Gestelleinrichtung (8) und/oder der Verstelleinrichtung (2) der Horizontalverstelleinheit (22) aufliegt.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestelleinrichtung (1) eine ausladende Rotorgestelleinheit (8) und eine ausladende Statorgestelleinheit (6) aufweist, wobei die Solarmoduleinrichtung (3) auf der Rotorgestelleinheit (8) gehal tert ist, dass die Verstelleinrichtung (2) eine Horizontalverstelleinheit (22) zum Verstellen der Solarmoduleinrichtung (3) um eine vertikale Schwenkachse (7) und eine Neigungsverstelleinheit (20) zum Verstellen der Solarmoduleinrichtung (3) um eine horizontale Schwenkachse (21) aufweist, mittels derer die Solarmoduleinrichtung (3) um die vertikale Schwenkachse (7) und um die die vertikale Schwenkachse (7) nicht schneidende horizontale Schwenkachse (21) nachführbar ist, – dass die Horizontalverstelleinheit (22) derart ausgebildet ist, dass die Rotorgestelleinheit (8) entlang einer Kreisbahn relativ zur Statorgestelleinheit (6) verfahrbar ist und – dass der Horizontalverstelleinheit (22) und der Neigungsverstelleinheit (20) eine elektrische Steuereinheit (39) zugeordnet ist, die tageszeitabhängig und/oder witterungsabhängig Vorgabedaten zur räumlichen Positionierung der Solarmoduleinrichtung (3) bereitstellt und Ansteuersignale abgibt an die Antriebseinheit (23) der Horizontalverstelleinheit (22) und/oder der Neigungsverstelleinheit (20).
Solaranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Übertragungseinheit (24) der Horizontalverstelleinheit (22) als Kettengetriebe (24) ausgebildet ist mit einem drehfest mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit (23) verbundenen Verstellritzel (27), das mit einer an der Rotorgestelleinheit (8) oder Statorgestelleinheit (6) reibschlüssig und/oder kraftschlüssig verbundenen Kette (28) in Eingriff steht.
Solaranlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (28) unter Anlage an einer in Umfangsrichtung verlaufenden Führungsfläche (10) der Statorgestelleinheit (6) an derselben fest eingespannt ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (23) der Horizontalverstelleinheit (22) als ein Elektromotor ausgebildet ist und dass an einer am Umfangsbereich der Statorgestelleinheit (6) angeordneten Lagerplatte (25) der Rotorgestelleinheit (8) derart gehaltert ist, dass die Abtriebswelle des Elektromotors (28) koaxial um eine vertikale Drehachse zu dem Verstellritzel (27) angeordnet ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorgestelleinheit (6) ein kreisförmiges Führungsteil (9) aufweist mit einer äußeren Führungsfläche (10) und einer inneren Führungsfläche (11), wobei an der einen Führungsfläche (10) die Kette (28) und an der anderen Führungsfläche (11) mindestens zwei in Umfangsrichtung der Rotorgestelleinheit (8) verteilt angeordnete und drehbar an der Rotorgestelleinheit (8) gelagerte Räder (12) zur Anlage kommen.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das kreisförmige Führungsteil (9) im Querschnitt doppel-T-förmig ausgebildet ist mit abgeschrägten Schenkeln (31), derart, dass das Rad (12) lagesicher geführt ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (12) eine Umfangsfläche mit einer zur Schräge der Schenkel (31) der Führungsfläche (11) korrespondierenden Neigung zur Drehachse derselben aufweist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsverstelleinheit (20) ein Neigungsgestänge aufweist, das zum einen gelenkig mit einem Träger (34) der Solarmoduleinrichtung (3) und zum anderen verstellbar über ein Zahnstangengetriebe (19) mit einem Basisträger (13) der Rotorgestelleinheit (8) verbunden ist.
Solaranlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnstangengetriebe (19) eine zur Horizontalebene schräg verlaufende Zahnstange (16) als Teil des Basisträgers (13) aufweist, wobei der Träger (34) der Solarmoduleinrichtung (3) an einem höchsten Ende der Zahnstange (16) um die horizontale Schwenkachse (21) schwenkbar angelenkt ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsverstelleinheit (20) eine Schubstange (18) aufweist, die auf der einen Seite gelenkig mit dem Träger (34) der Solarmoduleinrichtung (3) und an einem anderen Ende gelenkig mit einem mit der Zahnstange (16) in Eingriff stehenden Zahnritzel (17) in Eingriff steht.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit der Neigungsverstelleinheit (20) einen mit dem Zahnrad (17) gekoppelten Elektromotor umfasst.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuereinheit (39) eine ortsfern angeordnete zentrale Steuer einheit (40) und eine zu jeder Solarmoduleinrichtung (3) ortsnah angeordneten lokalen Steuereinheit (41) umfasst, dass die zentrale Steuereinheit (40) zur Erzeugung der Ansteuersignale zum einen einen Solarkoordinatenspeicher (42') enthaltend die Solar-Koordinaten der Sonne und zum anderen ein die Beziehung der absoluten Positionskoordinaten der Sonne zu der Lage der Solarmoduleinrichtung (3) herstellendes Nachführungsprogramm (44) aufweist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Steuereinheit (41) mit einer lokalen Sensoreinheit (46) verbunden ist, die einen Windrichtungssensor (47), ein Windstärkesensor (48) und gegebenenfalls einen Globalstrahlungssensor (49) und gegebenenfalls einen Sabotagesensor (50) aufweist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zentralen Steuereinheit (40) eine Mehrzahl von jeweils den Solarmoduleinrichtungen (3) lokalen Steuereinheiten (41) untergeordnet ist, wobei die zentrale Steuereinheit (40) den Solarmoduleinrichtungen (3) jeweils gleiche sonnenstandsabhängige Vorgabedaten bereitstellt.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen der zentralen Steuereinheit (40) und der lokalen Steuereinheit (41) drahtlos oder über Kabelverbindung mittels eines üblichen Telekommunikationsnetzes erfolgt.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Rotorge stelleinheit (8) und/oder der Statorgestelleinheit (6) größer als der halbe Durchmesser der Solarmoduleinrichtung (3) ist.