DE10343374A1

DE10343374A1 - Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren, z.B. für photovoltaik- oder auch solarthermische Module

Info

Publication number: DE10343374A1
Application number: DE2003143374
Authority: DE
Inventors: Werner Herz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren, zum Beispiel für photovoltaik- oder solarthermische Module, umfassend ein Gestell (20) mit einer Konsole (10) zur Aufnahme der Solarkollektoren, wobei das Gestell auf einem Drehkranz (30) drehbeweglich angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren, z. B. für photovoltaik- oder auch solarthermische Module.

Solarkollektoren, insbesondere in Form von photovoltaik- oder auch solarthermischen Modulen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Derartige Module werden häufig auf Dächern oder Fassaden angeordnet. Problematisch hierbei ist die relativ geringe Ausbeute, da die Solarkollektoren statisch auf dem Dach bzw. an der Fassade angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Solarkollektoren nur zu einer ganz bestimmten Jahres- und Tageszeit eine optimale Stellung zur Sonne einnehmen können, um so auch nur zu diesem Zeitpunkt einen optimalen Ertrag zu bringen.

Bekannt ist allerdings bereits eine Vorrichtung, um Solarkollektoren dem aktuellen Sonnenstand nachzuführen, und zwar je nach Tages- und Jahreszeit. In diesem Zusammenhang zeigt die DE 101 44 601 ein Gestell, das einen Arm aufweist, der endseitig jeweils einen Solarkollektor aufweist, wobei dieser Arm um eine horizontale Achse verschwenkbar ausgebildet ist, wobei diese Achse Bestandteil eines weiteren Gestells ist, das um eine vertikale Achse verdrehbar ist. In ähnlicher Weise ist das Prinzip eines Sonnennachführungssystems für Sonnenkollektoren gemäß dem Gebrauchsmuster 201 04 306 ausgebildet.

Bekanntermaßen sind insbesondere Photovoltaikelemente sehr teuer. Eine Anlage mit Solarkollektoren rechnet sich im wirtschaftlichen Sinne erst ab einer bestimmten Größe, d. h. einer bestimmten Fläche. Die bereits zuvor genannten bekannten Vorrichtungen zur Aufnahme und Nachführung von Solarkollektoren sind nicht geeignet, um eine Vielzahl von Solarkollektoren aufzunehmen, mithin eine große Fläche in Form von Solarkollektoren bereitzustellen.

Eine Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren, z. B. für photovoltaik- oder solarthermische Module, die eine Vielzahl von Solarkollektoren aufnehmen kann, zeichnet sich durch ein Gestell mit einer Konsole zur Aufnahme der Solarkollektoren aus, wobei das Gestell auf einem Drehkranz drehbeweglich angeordnet ist. Gegenstand der Erfindung ist somit eine Konsole, die auf einem Drehkranz drehbeweglich angeordnet ist. Eine solche Konsole kann eine flächenmäßige Erstreckung von bis zu 30 × 50 m aufweisen. Ein Drehkranz, der eine solche Konsole drehbeweglich aufnimmt, ist ähnlich ausgebildet, wie der Drehkranz bei einem Kran. Bekanntermaßen sind Krandrehkränze in der Lage, erhebliche Kräfte von mehreren Tonnen aufzunehmen. Durch die drehbare Anordnung einer solchen Konsole auf einem Drehkranz wird nun die Möglichkeit eröffnet, diese Konsole, die die einzelnen Solarkollektoren aufnimmt, den jeweiligen Sonnenstand entsprechend auszurichten. Das heißt, es besteht die Möglichkeit, durch die Ausrichtung der Konsole und mithin der Kollektoren die Ausbeute in Form von elektrischer bzw. thermischer Energie zu verbessern, wobei insbesondere wesentlich ist, dass mit Hilfe dieser Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren gegenüber der Anordnung einzelner Kollektoren auf einem Dach bzw. an einer Fassade oder auch auf einer Fläche auf dem Boden eine erhebliche Platzeinsparung möglich ist. Dies deshalb, weil durch die erfindungsgemäße Einrichtung in die Höhe und nicht mehr in die Fläche gebaut wird.

Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung.

So ist nach einem besonderen Merkmal vorgesehen, dass die Konsole durch das Gestell um die Horizontale schwenkbeweglich aufnehmbar ist. Durch eine derartige schwenkbewegliche Anordnung der Konsole und mithin der darauf befindlichen Solarkollektoren wird erreicht, dass auch die Höhe des Sonnenstandes, mithin der Einstrahlwinkel der Sonne auf die Kollektoren der jeweiligen Tageszeit angepasst werden kann. Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass zur horizontalen Verschwenkung der Konsole die Konsole eine horizontalverlaufende Welle aufweist, die antreibbar ist. Somit kann nicht nur entsprechend der Tageszeit die Konsole der Sonne nachgeführt werden, sondern es kann die Konsole so ausgerichtet sein, dass der Einstrahlwinkel der Sonne auf die Solarkollektoren optimal ist und mithin auch optimale Erträge zu erzielen sind.

Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Welle durch Gestellböcke des Gestells drehbar aufnehmbar ist. Zum Antrieb der Welle ist eine motorische Antriebseinheit vorgesehen, die sich an einem Gestellbock abstützt, um bei Verschwenkung der Konsole die entsprechenden Reaktionskräfte in das Gestell ableiten zu können. Um Toleranzen in der Länge der Welle auszugleichen ist vorgesehen, dass die Welle mindestens zu einer Seite der motorischen Antriebseinheit eine Kupplung, z. B. eine Zahnkupplung, aufweist. Zum Trennen der Antriebseinheit von der Welle sind an beiden Seiten der Antriebseinheit Kupplungen in der Welle anzuordnen.

Vorteilhaft an die Möglichkeit der horizontalen Verschwenkung der Konsole ist somit nicht nur, dass die Konsole selbst mit den daran angeordneten Solarkollektoren optimal auf den Sonnenstand ausgerichtet werden kann, sondern eine um die Horizontale verschwenkbare Konsole eröffnet auch die Möglichkeit, beispielsweise bei starkem Wind die Konsole horizontal zu stellen, um dem Wind lediglich eine geringe Angriffsfläche zu bieten. In gleicher Weise ist es möglich, die Konsole im Wesentlichen vertikal auszurichten, um bei starkem Schneefall zu verhindern, dass die Last auf die Konsole bei im Wesentlichen horizontaler Ausrichtung der Konsole zu groß wird.

In Bezug auf die Ausbildung des Gestells ist vorgesehen, dass das Gestell eine Drehplattform aufweist, wobei die Drehplattform durch mehrere Wagen drehbeweglich mit einer Rundlaufbahn des Drehkranzes in Verbindung steht. Hieraus wird deutlich, dass das Gestell eine Drehplattform umfasst, die umfangsverteilt mehrere Wagen aufweist, die auf einer Rundlaufbahn des Drehkranzes beweglich angeordnet sind. Die Ausbildung ist hierbei ganz ähnlich getroffen wie bei einem Krandrehkranz. Im Einzelnen ist in Bezug auf die Ausbildung der Wagen vorgesehen, dass jeder Wagen mindestens zwei untereinander verbundene Rollen aufweist, die vertikal beabstandet einander gegenüberliegend, die Rundlaufbahn klammerartig erfassen, so dass ein Abheben der Drehplattform von der Rundlaufbahn vermieden wird. Sowohl die Drehplattform als auch die Rundlaufbahn können hierbei als Doppel-T-Träger ausgebildet sein, wobei durch die beiden übereinander angeordneten Rollen der Flansch des Doppel-T-Trägers der Rundlaufbahn, wie bereits ausgeführt, klammerartig umfasst wird.

Um das Gestell nunmehr drehen zu können, ist vorgesehen, dass mindestens einer der Wagen antreibbar ist.

Um eine zentrische Bewegung der Drehplattform auf der Rundlaufbahn mit Hilfe der zuvor bereits erwähnten Wagen zu gewährleisten ist, weiterhin vorgesehen, dass ein jeder Wagen mindestens eine um eine Vertikalachse drehbare Führungsrolle aufweist, die der Führung der Drehplattform auf der Rundlaufbahn dient. Das heißt, dass bei Verwendung einer Rundlaufbahn beispielsweise in Form eines Doppel-T-Trägers, diese Führungsrolle an der Stirnseite des Flansches des Doppel-T-Trägers anliegt, der durch die beiden Rollen des Wagens klammerartig erfasst wird.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
1 zeigt die Sonnenstandnachführungseinrichtung in perspektivischer Darstellung;
2 zeigt die Anordnung des Wagens mit der Drehplattform auf der Rundlaufbahn;
3 zeigt eine Ansicht gemäß der Linie III-III aus 2
4 zeigt eine Ansicht gemäß der Linie IV-IV aus 2;
5 zeigt einen Ausschnitt der Konsole mit der Welle und der motorischen Antriebseinheit für die Welle.
Gemäß 1 ist die Sonnenstandnachführungseinrichtung insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Sonnenstandnachführungseinrichtung umfasst die insgesamt mit 10 bezeichnete Konsole, das Gestell 20 und den Drehkranz 30. Der Drehkranz 30 zeigt, wie sich dies aus den 2 bis 4 ergibt, eine mit 31 bezeichnete Rundlaufbahn in Form eines Doppel-T-Trägers und eine dazu drehbewegliche Drehplattform 32, wobei die Rundlaufbahn und die Drehplattform durch den insgesamt mit 40 bezeichneten Wagen miteinander in Verbindung stehen. Der Wagen 40 umfasst die Laufrolle 41 und die Druckrolle 42. Diese beiden Rollen 41, 42 sind vertikal beabstandet zueinander durch einen Arm 44 aufgenommen. Der Arm 44 ist mit der Drehplattform 32 verbunden. Wie bereits ausgeführt, ist die Rundlaufbahn als Doppel-T-Träger ausgeführt, wobei der obere Flansch 31a dieses Doppel-T-Trägers von den beiden Rollen zu beiden Seiten erfasst wird, wie sich dies insbesondere aus 2 ergibt. Hierbei dient die Laufrolle 41 der Aufnahme des Gewichtes der Drehplattform und dem darauf angeordneten Gestell samt Konsole, wohingegen die Rolle 42 verhindert, dass das Gestell samt Konsole von der Rundlaufbahn abheben kann. 2 zeigt darüber hinaus den motorischen Antrieb 48, zum Antrieb der Laufrolle 41. Hierzu besitzt die Laufrolle 41 eine Antriebswelle 41a, die mit dem motorischen Antrieb 48 in Verbindung steht. Wesentlich zu erwähnen bleibt in diesem Zusammenhang noch die insgesamt mit 50 bezeichnete Führungsrolle, die ebenfalls an dem Wagen 40 angeordnet ist. Die Führungsrolle 50 ist an dem Wagen 40 um eine vertikale Achse 51 drehbar gelagert und liegt, wie sich dies insbesondere aus den 3 und 4 ergibt, an der Stirnseite des Flansches 31a an, um eine zentrische Rotationsbewegung der Drehplattform auf der Rundlaufbahn zu gewährleisten.
Die insgesamt mit 10 bezeichnete Konsole ist durch Gestellböcke 21 des Gestells 20 und durch die Welle 25 mit dem Gestell verbunden (1, 5). Die Gestellböcke 21 besitzen hierbei Lager, um die Welle 25 drehbeweglich aufzunehmen. Die Konsole 10 besitzt darüber hinaus mehrerer Traversen 13, mit denen die Konsole mit der Welle 25 starr verbunden ist. Zur Drehung der Welle 25 ist nun eine motorische Antriebseinheit 27 vorgesehen, die zum Abfangen der Reaktionskraft an dem einen Gestellbock 21 befestigt ist. Die motorische Antriebseinheit 27 bewirkt somit ein Verschwenken der Konsole 10 um die Horizontale entsprechend dem Pfeil 29. Zu beiden Seiten des motorischen Antriebes befinden sich Wellenkupplungen 23, um den Antrieb von der Welle trennen zu können bzw. zum Längenausgleich der Welle.
Die Verbindung des Gestells 20 mit der Drehplattform 32 (2) erfolgt durch eine Strebenkonstruktion 38, auf der die drei Gestellböcke 21 aufsitzen.
Die Rundlaufbahn, die aus einem Doppel-T-Träger besteht, besitzt an ihrem unteren Ende Stützen 36, die beispielsweise der Verankerung des Drehkranzes 30 in entsprechenden Fundamenten dienen. In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, dass die Stützen 36 eine beliebige Länge aufweisen können. Hierdurch ist es möglich, auf im Prinzip begrenztem Raum mehrere derartiger relativ gesehen großer Einrichtungen anordnen zu können. Durch eine unterschiedliche Höhe der Einrichtungen auf einer bestimmten Fläche wird es möglich, wie bereits ausgeführt, mehrere derartiger Einrichtungen auf einer solchen Fläche anzuordnen, da selbst im Extremfall, das heißt, bei horizontaler Ausrichtung der Konsole aufgrund der unterschiedlichen Höhe sich die einzelnen Konsolen nicht berühren. Denkbar ist ebenfalls, dass unter dem Drehkranz ein Gebäude errichtet wird, wobei die Stützen Bestandteil der Wandung des Gebäudes sein können. Denkbar sind hier Werkstätten und ähnliches, beispielsweise in der dritten Welt, um diese von der lokalen Stromversorgung unabhängig zu machen.

Claims

Sonnenstandnachführungseinrichtung für Solarkollektoren, zum Beispiel für photovoltaik- oder solarthermische Module, umfassend ein Gestell (20) mit einer Konsole (10) zur Aufnahme der Solarkollektoren, wobei das Gestell (20) auf einem Drehkranz (30) drehbeweglich angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (10) durch das Gestell (20) um die Horizontale schwenkbeweglich aufnehmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (20) eine Drehplattform (32) aufweist, wobei die Drehplattform (32) durch mehrere Wagen (40) drehbeweglich mit einer Rundlaufbahn (31) des Drehkranzes (30) in Verbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen (40) mindestens zwei untereinander verbundene Rollen (41, 42) aufweist, die vertikal beabstandet einander gegenüberliegend die Rundlaufbahn (31) erfassen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wagen (40) antreibbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen (40) mindestens eine um eine vertikale Achse drehbare Führungsrolle (50) aufweist, die der Führung der Drehplattform (32) auf der Rundlaufbahn (31) dient.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur horizontalen Verschwenkung der Konsole (10), die Konsole (10) eine horizontal verlaufende Welle aufweist, die antreibbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (25) durch Gestellböcke (21) des Gestells (20) drehbar aufnehmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Welle (25) eine motorische Antriebseinheit (27) vorgesehen ist, die sich an dem Gestellbock (21) abstützt.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (25) mindestens zu einer Seite der motorischen Antriebseinheit (27) eine Kupplung (23) zum Trennen der Welle (25) aufweist.