DE10301550A1 - Solar unit for tracking the state of the sun has a solar module device to swivel on a swivel pin, an adjusting device on a frame to track the sun's condition and a mechanical transmission unit - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a solar system with a solar module device which can be pivoted about at least one pivot axis, with an adjustment device for tracking the position of the sun Solar module device, wherein the adjusting device is a drive unit and a mechanical transmission unit includes for the drive and for mechanical coupling with the solar module device, with a frame device for holding the adjusting device and the solar module device.
Aus der
Aus der
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.Object of the present invention is to develop a solar system according to the generic term in such a way that with a compact design a low-maintenance and long-term stable Tracking a Guaranteed solar module is.
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.To solve this problem is the Invention in connection with the preamble of the claim 1 characterized in that the adjustment device is a horizontal adjustment unit for pivoting the solar module device about a vertical pivot axis and a tilt adjustment unit for pivoting the solar module device around has a horizontal pivot axis, the inclination adjustment unit and / or the horizontal adjustment unit has an arcuate guide section has, along which the solar module device by a predetermined Swivel angle α adjustable is.
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.The particular advantage of the solar system according to the invention is a compact and relatively low-maintenance unit is formed, which is a reliable and long-term stable operation of the solar system. Will be advantageous through the minimization of rotating components of the system makes it robust and long life.
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.According to a preferred embodiment of the Invention enables the provision of a circular segment part or a circular guide section a simplification of the tracking the solar module device. The relevant control parameters, like the angle of rotation of the drive unit and the swivel angle along the circular guide section, about the corresponding horizontal and / or vertical swivel axis form a linear relationship, so that a precise tracking reliable guaranteed is. Especially for Solar panel devices that over each have lenses placed on the solar cells to increase the Efficiencies, can be a tracking the solar module device to 1/10 ° accuracy of the swivel angle guaranteed his.
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.After a further development of the invention As a coupling means, a chain is fixed on the circular guide section arranged and stands with a rotationally fixed with an output shaft the adjustment unit connected to the drive unit. Can be advantageous the drive unit is operated with brakes.
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.According to a further embodiment of the invention, a frame device is composed of a stator frame unit and a rotor frame unit, the horizontal adjustment unit for adjusting the solar module device in a horizontal plane having an arcuate guide section, in particular a circular guide section, along which the rotor frame unit extends by a predetermined swivel angle in the horizontal plane can pivot. The rotor frame unit and a stator frame unit are coupled to one another such that the rotor frame unit is moved along a preferably horizontal circular path with a preferably relatively small curvature. In this way, a positionally accurate adjustment of the solar module can be achieved in a relatively simple manner. According to the embodiment according to the invention, both the rotor frame unit and the stator frame unit are protruding, that is to say they form a longitudinal extension encompassing a relatively large area. The solar system according to the invention is advantageously suitable for relatively large-area solar modules, the solar modules having an area of 45 to 1000 m 2 .
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.According to a preferred embodiment of the invention, the mechanical transmission unit of the horizontal adjustment unit is a chain gear formed, wherein a fixed to an output shaft of an electric motor adjusting pinion is in engagement with a chain tensioned on the rotor frame unit or stator frame unit. The chain is advantageously clamped around an outer guide surface of a circular guide part of the stator frame unit, so that the assembly outlay is kept relatively low. Alternatively, the chain can be formed by a sprocket arch that is firmly connected to the circular guide part. However, the manufacturing outlay is comparatively higher.
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.According to a development of the invention the rotor frame unit is distributed at least two in the circumferential direction arranged wheels on that along inner guide surfaces of the circular guide part the stator frame unit are guided. This ensures a secure, low-maintenance and low-friction guidance of the Rotor frame unit to the stator frame unit guaranteed.
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.According to a development of the invention the tilt adjustment unit is a rack and pinion gear with an incline upwards extending rack, which is articulated with a support of the Solar module connected connecting rod interacts. Can be advantageous through the oblique Arrangement of the rack to form a fixed acute angle the inclination of the solar module to a horizontal plane in a simple manner be adjusted.
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.The larger the angle of the rack to the horizontal plane, the greater the tilt adjustment based on the distance traveled Path of the connecting rod gear meshing with the rack. According to a non-preferred embodiment, the rack can also be arranged lying in the horizontal plane.
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.After a further development of the invention a local control unit is assigned to each solar system on the one hand has a solar coordinate memory in which the specified Coordinates of the sun are saved depending on the time of day. On the other hand the local control unit has a tracking program that the Data stored in the solar coordinate memory is related the position of the solar module, in particular to a zero position of the solar module. The tracking program can be advantageous according to the local Conditions are modified and changed on site. The tracking program is preferably local in a non-volatile memory Control unit saved. Alternatively, the tracking program also designed as a "hard-wired" circuit his.
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.After a further development of the invention the local control unit is a higher-level central control unit assigned the current in a predetermined time interval Solar coordinates determined and made available to the local control unit. This can be about a cable connection or by means of a radio connection. The local control unit comes in this embodiment of an intermediary function to between the central control unit on the one hand and the drive unit and the sensor unit of the solar system on the other. Furthermore if the local control unit has a monitoring function, so that when malfunctions occur the drive unit or other moving parts immediately activities can be initiated for example by means of an integrated emergency running program that Spends solar module in a predetermined emergency position.
Vorteilhaft kann die zentrale Steuereinheit auch dazu genutzt werden, Änderungen des in der lokalen Steuereinheit abgespeicherten Nachführungsprogramms zu übermitteln.The central control unit can also be advantageous used to make changes of the tracking program stored in the local control unit to transmit.
Vorteilhaft kann durch die Kombination der zentralen und der lokalen Steuereinheit ein ferngesteuerter und wartungsarmer Betrieb der Solaranlage gewährleistet werden.The combination can be advantageous the central and local control units are remote controlled and low-maintenance operation of the solar system can be guaranteed.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantages of the invention result itself from the further subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Eine Solaranlage besteht im wesentlichen aus
einer Gestelleinrichtung
Die Solarmoduleinrichtung
Die Gestelleinrichtung
Wie aus
Weiterhin weist die Rotorgestelleinheit
Zur Verstellung der Solarmoduleinrichtung
Durch Ansteuerung der Antriebseinheit
Die Rotorgestelleinheit
Die Drehachse des Rades
Wie aus
Nach einer alternativen Ausführungsform
der Solaranlage ist gemäß
Die beschriebenen Solaranlagen werden mittels
einer in
Die zentrale Steuereinheit
Der lokalen Steuereinheit
Die Kommunikation zwischen der zentralen Steuereinheit
Die lokale Steuereinheit
Die Sensorsignale der Sensoren
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
können
dieser Steuerungs- und Regelungsaufgabe auch durch die lokale Steuereinheit
Vorteilhaft ermöglicht das Vorsehen einer zentrale
Steuereinheit
Nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung gemäß
Der bogenförmige Führungsabschnitt
Einer Solarmoduleinrichtung
Im Vergleich zu den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
kann nach der Ausführungsform gemäß
Zum Verschwenken der Solarmoduleinrichtung
In
Diese Neigungsverstelleinheit
Der kreisförmige Führungsabschnitt
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