DE202006003476U1 - Nachführbares Gestell für Solarmodule - Google Patents

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Abstract

Nachführbares Gestellsystem für Solarmodule (4), insbesondere Photovoltaikmodule bestehend aus zwischen zwei Gestellfüßen (1) drehbar gelagert angeordneten Modulträgerrahmen (2), wobei der Modulträgerrahmen (2) über eine Schwenkstange (8) mit einem an einem Gestellfuß (1) angeordneten Lineargleitlager (9) und einem Elektrozylinder (10) zur Durchführung von Schwenkbewegungen gekoppelt ist,
der Modulträgerrahmen (2) beabstandet angeordnete Lager (11) für die senkrecht zur Schwenkachse (7) des Modulträgerrahmens (2) verlaufenden Drehachsen (12) der Modulträger (3) aufweist, wobei die Modulträgeraußenmaße und die Modulaußenmaße so ausgelegt sind, dass sie durch die vom Modulträgerrahmen (2) aufgespannte Ebene schwenkbar sind,
die Drehachsen (12) der Modulträger (3) jeweils über einen Schwenkhebel (13) verfügen, der über ein Gelenk (17) mit einer geteilt ausgebildeten Schubstange (16) verbunden ist, wobei das Gelenk (17) jeweils benachbarte Schubstangenabschnitte verbindet, und
eine Schubstange (16) durch einen Elektrozylinder (15), angeordnet am Modulträgerrahmen (2), verschiebbar ist, wobei die Bewegung der Elektrozylinder (10,15) sonnenstandsabhängig oder zeitfunktionsgesteuert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein nachgeführtes Gestellsystem für Photovoltaikmodule und/oder solarthermische Kollektoren wie sie insbesondere in Sonnenenergieparks genutzt werden.
  • Derartige Anlagen sind bekannt. So wird in der DE 199 16 514 A1 ein nachführbarer Sonnenkollektor beschrieben mit einem auf eine Absorbereinheit richtbaren Reflektormittel. Hierbei ist vorgesehen, dass die Absorbereinheit aus einer Vielzahl zumindest im wesentlichen paralleler, radial ausgedehnter Fluidleitung besteht, die so in das Reflektormittel definierenden Spiegelrinnen verlaufen, dass deren Brennlinien in und/oder auf die jeweiligen Fluidleitungen fallen, die Spiegelrinne allgemein um die Fluidleitungen schwenkbar ist und sich quer zur Vielzahl Spiegelrinnen ein Stellelement erstreckt, um Spiegelrinnen gemeinsam allgemein um die jeweiligen Fluidleitungen zu schwenken.
  • Das Verstellen der Spiegelrinnen kann sonnenstandsabhängig und/oder zeitfunktionsgesteuert sein. Es erfolgt für alle Spiegelrinnen gleichzeitig durch eine Antriebseinheit bestehend aus einem Schrittmotor und einer durchgehenden Schubstange, die vom Schrittmotor angetrieben wird und über ein Anschlussgelenk und einen Schwenkarm mit der Achse der jeweiligen Spiegelrinne gekoppelt ist.
  • Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass nur ein Verstellen gegenüber einer Ebene möglich ist. Weiterhin wirken Lasten auf die Kollektoren direkt auf den Schrittmotor.
  • Eine gegenüber zwei Ebenen verstellbare nachführbare Solarmodulanlage ist aus der ES 10 51 388 U bekannt. Dabei kommt ein rechteckiges Grundgestell mit 3 Längsstreben zum Ein satz, jeweils eine Strebe außen und eine mittig verlaufend. Die mittige Längstrebe ist beidseitig drehbar auf jeweils einem zweibeinigen Stützfuß gelagert. So wird die Schwenkbewegung gegenüber einer Ebene realisiert. Das Grundgestell ist dabei als reiner Unterbau konzipiert und wird von den montierten Solarmodulen total verdeckt.
  • Das Grundgestell weist wiederum mehrere beabstandet angeordnete Querstreben auf, die an den Enden senkrecht zur Grundgestellebene gekröpft ausgebildet sind und so die Lagerpunkte für die Schwenkachse des jeweiligen Solarmodulrahmens oder Solarmodulrahmenträgers bilden.
  • Von der Höhe der Kröpfung und der Breite der Solarmodule/Solarmodulrahmen wird damit die Größe des Schwenkwinkels bestimmt.
  • Des weiteren ist es aus der CA 2 435 992 A1 bekannt, Sonnenlicht gezielt mittels Reflektoren in Gebäude zu leiten. Die Reflektoren werden dabei der Sonnenstrahlung nachgeführt, wozu hier eine besondere Schaltung beschrieben wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein nachführbares Gestellsystem für Solarmodule, insbesondere für Photovoltaikmodule vorzuschlagen, das zuverlässig, energieoptimiert und wartungsarm arbeitet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den Vorrichtungsmerkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße nachführbare Gestellsystem für Solarmodule, insbesondere Photovoltaikmodule, besteht aus zwischen zwei Gestellfüßen drehbar gelagert angeordneten Modulträgerrahmen, wobei der Modulträgerrahmen über eine Schwenkstange mit einem an einem Gestellfuß angeordneten Lineargleitlager und einem Elektrozylinder zur Durchführung von Schwenkbewegungen gekoppelt ist. Der Modulträgerrahmen weist beabstandet angeordnete Lager für die senkrecht zur Schwenkachse des Modulträgerrahmens verlaufenden Drehachsen der Modulträger auf, wobei die Modulträgeraußenmaße und die Modulaußenmaße so ausgelegt sind, dass sie durch die vom Modulträgerrahmen aufgespannte Ebene schwenkbar sind.
  • Die Drehachsen der Modulträger verfügen jeweils über einen Schwenkhebel, der über ein Gelenk mit einer geteilt ausgebildeten Schubstange verbunden ist, wobei das Gelenk jeweils benachbarte Schubstangenabschnitte verbindet, und eine Schubstange durch einen Elektrozylinder, angeordnet am Modulträgerrahmen, verschiebbar ist. Die Bewegung der Elektrozylinder erfolgt sonnenstandsabhängig oder zeitfunktionsgesteuert.
  • Das so ausgebildete Gestellsystem weist eine hohe innere Stabilität auf, kann große Verstellwinkel realisieren und ist wartungsarm zu betreiben.
  • Bevorzugt werden die Gestellfüße, der Modulträgerrahmen, der Modulträger sowie die Schubstangenabschnitte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Das macht das Gestellsystem vergleichsweise leicht und ebenfalls wartungsfrei.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das beschriebene Gestell erweiterbar ist. Dazu sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass mindestens zwei auf jeweils zwei Gestellfüßen gelagerte Modulträgerrahmen nebeneinander angeordnet und miteinander starr zu einer Einheit verbunden sind, wobei nur ein Modulträgerrahmen über ein die Schwenkbewegung erzeugendes Getriebe aus Schwenkstange, Lineargleitlager und Elektrozylinder verfügt. Bevorzugt besteht eine Einheit aus drei miteinander verbundenen Modulträgerrahmen, von denen einer über ein die Schwenkbewegung bewirkendes Getriebe verfügt.
  • Dabei sollten die geteilt ausgebildeten Schubstangen zur Bewegung der Modulträger der jeweiligen Modulträgerrahmen ebenfalls miteinander gekoppelt werden, so dass ein Elektrozylinder die Drehbewegung aller Modulträger bewirkt.
  • Neben dem wartungsfreien Getriebe für den Modulträgerrahmen, das eine Schwenkstange mit einem an einem Gestellfuß angeordneten Lineargleitlager und einen Elektrozylinder umfasst, sind trockenlaufende Kunststofflager als Lager für die Modulträgerdrehachsen am Modulträgerrahmen vorgesehen.
  • Ebenso sind die Gelenke zwischen den Schubstangenabschnitten bevorzugt aus Kunststoff mit Kohlefasern hergestellt.
  • In einer bevorzugten Ausführung weist das Gelenk jedes Schubstangenabschnittes ein Auge mit Zapfen auf, wobei der Zapfen formschlüssig in den rohrförmigen Schubstangenabschnitt einbringbar ist, vorzugsweise in Form einer Schraubverbindung zwischen Zapfen und Innenrohr. Neben konstruktiven Vorteilen gegenüber einer durchgehenden Schubstange ist eine derartige Ausbildung auch transportfreundlich, denn das zerlegte Gestell muss ja zum Aufstellort transportiert werden.
  • Zu Steuerungs- und Überwachungszwecken ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass jeder Modulträgerrahmen oder jede Einheit aus Modulträgerrahmen auf einem Modulträger einen Gravitationssensor aufweist, der die Stellung des Modulträgerrahmens und/oder Modulträgers misst und die Messsignale einer Rechen- und Steuereinheit zuleitet.
  • Eine derartige Ausrüstung des Gestellsystems hat den Vorteil, dass die Elektrozylinder keiner Positionserfassung bedürfen. Auch das garantiert hochgradig die Wartungsfreiheit des Systems.
  • Darüber hinaus lassen sich die Daten der Gravitationssensoren rechentechnisch mit Umweltdaten kombinieren, um zu Steuerdaten zur Ansteuerung der Elektrozylinder zu gelangen, wobei diese im einfachsten Fall aus „Strom an" und „Strom aus" bestehen können.
  • Aufbauend auf dieser Form der Ausstattung sieht eine vorteilhafte Steuerung des nachführbaren Gestellsystems vor, dass die Bewegung der Elektrozylinder mittels eines astronomischen Nachführalgorithmuses gesteuert ist, und bei mittels Sensoren festgestellten Umwelteinflüssen, die zur Überschreitung von Lastaufnahmeobergrenzen des Gestells führen, die Zeitfunktionssteuerung ersetzt wird durch eine Ansteuerung der Elektrozylinder in eine vorgegebene lastminimierte Position für das Gestell.
  • Dies kann maschinentechnisch erfolgen oder auch per Hand veranlasst werden.
  • Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass die Zeitfunktionssteuerung in den Phasen der Ansteuerung und des Beibehaltens der lastminimierten Position intern weiterläuft, so dass bei der Entaktivierung der lastminimierenden Position die der Zeit entsprechende Position durch Energiezufuhr zu den Elektrozylindern angesteuert wird.
  • Unter Umwelteinflüssen, die zur Überschreitung von Lastaufnahmeobergrenzen des Gestells führen können, werden insbesondere Windkräfte aber auch Schneelasten gesehen.
  • Eine Position, die geringste Windangriffsflächen bietet, wird danach als lastminimierende Position bezeichnet.
  • Detailansichten des nachführbaren Gestellsystems werden in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
  • 1 Gestellsystem mit zwei Modulträgerrahmen und
  • 2 Elektrozylinderanordnung an einem Gestellfuß.
  • 1 zeigt das Gestellsystem mit zwei Modulträgerrahmen 2. Jeder Modulträgerrahmen 2 ist oben zwischen zwei Gestellfüßen 1 drehbar um die Drehachse 6 in den Lagern 5 gelagert. Die beiden Modulrahmen 2 sind hier miteinander unter Einhaltung eines Abstandes starr und lösbar verbunden. Die Schwenkbewegung wird durch einen Elektrozylinder 10 bewirkt und ist bei dieser Anordnung durch das Gestellsystem in keiner Weise behindert.
  • Der Modulträgerrahmen 2 weist beabstandet angeordnete Lager 11 für die senkrecht zur Schwenkachse 7 des Modulträgerrahmens 2 verlaufenden Drehachsen 12 der Modulträger 3 auf, wobei die Modulträgeraußenmaße und die Außenmaße der Module 4 so ausgelegt sind, dass sie durch die vom Modulträgerrahmen 2 aufgespannte Ebene schwenkbar sind.
  • Auch durch diese Anordnung ist gewährleistet, dass die Schwenkbewegung nicht durch Gestellteile begrenzt wird, die nicht zum Antrieb gehören. Für Wartungsfreiheit sorgen Ausführungen der Lager 11 als trockenlaufende Kunststofflager.
  • Die Drehachsen 12 der Modulträger 3 verfügen jeweils über einen Schwenkhebel 13, der über ein Gelenk 17 mit einer geteilt ausgebildeten Schubstange 16 verbunden ist, wobei das Gelenk 17 jeweils benachbarte Schubstangenabschnitte verbindet.
  • Eine Schubstange 16.1 ist durch einen Elektrozylinder 15, angeordnet am Modulträgerrahmen 2, verschiebbar, wobei die Bewegung des Elektrozylinders 15 zeitfunktionsgesteuert ist.
  • Die Einheit aus Modulträgerrahmen 2.1, 2.2 weist auf einem Modulträger 3 einen Gravitationssensor 18 auf, der die Stellung des Modulträgerrahmens 2 und der Modulträger 3 misst und die Messsignale einer Rechen- und Steuereinheit zuleitet. Damit ist die exakte Position der Module 4 bekannt, ohne dass Einstellungen der Elektrozylinder 10, 15 festgestellt werden müssen. Auf Messelektronik an den Elektrozylindern 10, 15 kann so verzichtet werden. Auch das senkt die Störanfälligkeit und damit den Wartungsaufwand. Darüber hinaus ist es möglich, die Daten des oder 4 der Gravitationssensoren 18 zusammenzuführen mit Daten von mittels Sensoren festgestellten Umwelteinflüssen, die zur Überschreitung von Lastaufnahmeobergrenzen des Gestells führen oder führen könnten, um auf dieser Grundlage dann die Zeitfunktionssteuerung zu ersetzen durch eine Ansteuerung der Elektrozylinder 10,15 in eine vorgegebene lastminimierte Position für das Gestell. Natürlich ist eine derartige Verstellung auch aus anderen Gründen möglich.
  • 2 zeigt in einer Teilansicht einen Gestellfuß 1 mit dem im Lager 5 drehbar gelagert angeordneten Modulträgerrahmen 2, wobei der Modulträgerrahmen 2 über eine Schwenkstange 8 mit einem an einem Gestellfuß 1 auf einer Lagerschiene 6 angeordneten Lineargleitlager 9 und einem Elektrozylinder 10 zur Durchführung von Schwenkbewegungen gekoppelt ist. Diese Getriebeanordnung hat den Vorteil, dass die Lastwirkung des Modulträgerrahmens 2 mit allen Aufbauten nicht direkt und nicht voll auf den Elektrozylinder 10 wirkt, denn das Lineargleitlager 9 kompensiert einen Teil der Kräfte. Das ist besonders vorteilhaft bei der Beherrschung größerer Windlasten.
  • Wie bereits gezeigt verfügen die Drehachsen 12 der Modulträger 3 jeweils über einen Schwenkhebel 13, der über ein hier teilweise gezeigtes Gelenk 17 mit einer geteilt ausgebildeten Schubstange 16 verbunden ist, wobei das Gelenk 17 jeweils benachbarte Schubstangenabschnitte verbindet.
  • Die Gelenke 17 zwischen den Schubstangenabschnitten 16.1 – 16.2, 16.2 – 16.3, usw. bestehen aus Kunststoff mit Kohlefasern. Dabei weist das Gelenk 17 jedes Schubstangenabschnittes 16.1 – 16.n ein Auge mit Zapfen auf, wobei der Zapfen formschlüssig in den rohrförmigen Schubstangenabschnitt 16.1 – 16.n eingebracht ist, vorzugsweise in Form einer Schraubverbindung.
    • 1
    Gestellfuß
    2
    Modulträgerrahmen
    3
    Modulträger
    4
    Modul
    5
    Lager Modulträgerrahmen
    6
    Lagerschiene
    7
    Schwenkachse für Modulträgerrahmen
    8
    Schwenkstange
    9
    Lineargleitlager Modulträgerrahmen
    10
    Elektrozylinder zum Schwenken des Modulrahmens
    11
    Lager Modulträger
    12
    Drehachse Modulträger
    13
    Schwenkhebel
    14
    Lineargleitlager Modulträger
    15
    Elektrozylinder Modulträger
    16
    Schubstange geteilt (16.1 – 16.n)
    17
    Gelenk zwischen Schubstangenabschnitten
    18
    Gravitationssensor

Claims (10)

  1. Nachführbares Gestellsystem für Solarmodule (4), insbesondere Photovoltaikmodule bestehend aus zwischen zwei Gestellfüßen (1) drehbar gelagert angeordneten Modulträgerrahmen (2), wobei der Modulträgerrahmen (2) über eine Schwenkstange (8) mit einem an einem Gestellfuß (1) angeordneten Lineargleitlager (9) und einem Elektrozylinder (10) zur Durchführung von Schwenkbewegungen gekoppelt ist, der Modulträgerrahmen (2) beabstandet angeordnete Lager (11) für die senkrecht zur Schwenkachse (7) des Modulträgerrahmens (2) verlaufenden Drehachsen (12) der Modulträger (3) aufweist, wobei die Modulträgeraußenmaße und die Modulaußenmaße so ausgelegt sind, dass sie durch die vom Modulträgerrahmen (2) aufgespannte Ebene schwenkbar sind, die Drehachsen (12) der Modulträger (3) jeweils über einen Schwenkhebel (13) verfügen, der über ein Gelenk (17) mit einer geteilt ausgebildeten Schubstange (16) verbunden ist, wobei das Gelenk (17) jeweils benachbarte Schubstangenabschnitte verbindet, und eine Schubstange (16) durch einen Elektrozylinder (15), angeordnet am Modulträgerrahmen (2), verschiebbar ist, wobei die Bewegung der Elektrozylinder (10,15) sonnenstandsabhängig oder zeitfunktionsgesteuert ist.
  2. Nachführbares Gestellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei auf jeweils zwei Gestellfüßen (1) gelagerte Modulträgerrahmen (2.1, 2.2) nebeneinander angeordnet und miteinander starr zu einer Einheit verbunden sind, wobei nur ein Modulträgerrahmen (2.1) über ein die Schwenkbewegung erzeugendes Getriebe aus Schwenkstange (8), Lineargleitlager (9) und Elektrozylinder (10) verfügt.
  3. Nachführbares Gestellsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit aus drei miteinander verbundenen Modulträgerrahmen (2.1, 2.2, 2.3) besteht, von denen einer über ein die Schwenkbewegung bewirkendes Getriebe verfügt.
  4. Nachführbares Gestellsystem nach Anspruche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geteilt ausgebildeten Schubstangen (16) zur Bewegung der Modulträger (3.1 – 3.n) der Modulträgerrahmen (2.1, 2.2, 2.3) miteinander gekoppelt sind, so dass ein Elektrozylinder die Drehbewegung der Modulträger (3.1 – 3.n) bewirkt.
  5. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (11) der Modulträgerdrehachsen (12) am Modulträgerrahmen (2) trockenlaufende Kunststofflager sind.
  6. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke (17) zwischen den Schubstangenabschnitten (16.1 – 16.2, 16.2 – 16.3, usw.) aus Kunststoff mit Kohlefasern bestehen.
  7. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (17) jedes Schubstangenabschnittes (16.1 – 16.n) ein Auge mit Zapfen aufweist, wobei der Zapfen formschlüssig in den rohrförmigen Schubstangenabschnitt (16.1 – 16.n) einbringbar ist, vorzugsweise in Form einer Schraubverbindung zwischen Zapfen und Innenrohr.
  8. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Modulträgerrahmen (2) oder jede Einheit aus Modulträgerrahmen (2.1, 2.2, 2.3) auf einem Modulträger (3) einen Gravitationssensor (18) aufweist, der die Stellung des Modulträgerrahmens (2) und/oder Modulträgers misst und die Messsignale einer Rechen- und Steuereinheit zuleitet.
  9. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechen- und Steuereinheit mit weiteren Messgebern zur Ermittlung von Umweltdaten gekoppelt ist.
  10. Nachführbares Gestellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestellfüße (1), der Modulträgerrahmen (2), der Modulträger (3) sowie die Schubstangenabschnitte (12.1 – 12.n) Konstruktionen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind.
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