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Die
Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel.
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Ein
Solarpaneel umfasst mehrere Solarkollektoren, die mechanisch fest
miteinander verbunden sind. Bei den Solarkollektoren kann es sich
insbesondere um thermische Solarkollektoren handeln, die einfallende
Sonnenstrahlen in thermische Energie umwandeln. Dabei weist ein
Solarkollektor eine aktive Fläche
auf, auf die die Sonnenstrahlen senkrecht auftreffen sollten, um
eine maximale Umwandlung von Sonnenstrahlen in nutzbare Energie
zu gewährleisten.
Bei einem Solarpaneel sind die Solarkollektoren in der Regel vom
gleichen Typ und so angeordnet, dass ihre jeweiligen aktiven Flächen in
einer gemeinsamen Ebene liegen und somit gemeinsam eine aktive Fläche des
Solarpaneels bilden.
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Die
Umwandlung von Sonnenstrahlen in nutzbare Energie bei einem Solarpaneel
ist maximal, wenn die Sonnenstrahlung senkrecht auf die aktive Fläche des
Solarpaneels auftrifft. Aufgrund der Wanderung der Sonne innerhalb
eines Tages und im Jahreszeitenzyklus ist eine konstant senkrechte
Sonneneinstrahlung auf ein feststehendes Solarpaneel nicht möglich. Im
Stand der Technik ist es daher bekannt, Solarpaneele, Gruppen von
Solarkollektoren oder einzelne Solarkollektoren dem Sonnenstand
nachzuführen,
so dass zu jedem Zeitpunkt die Sonnenstrahlung möglichst senkrecht auf die jeweils
aktiven Fläche
auftrifft.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel
zu schaffen, mit der eine Nachführung
eines Solarpaneels möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Schwenkvorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Demnach
betrifft die Erfindung eine Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel umfassend eine
Stütze
mit einem unteren und einem oberen Teil, wobei der obere Teil der
Stütze
gegenüber
dem unteren Teil der Stütze
drehbar um eine Drehachse ist, ein am oberen Teil der Stütze, um
eine zur Drehachse nicht-parallele Schwenkachse schwenkbar befestigtes
Tragrohr, an dem das Solarpaneel befestigt ist, wobei die Schwenkachse
durch den Schwerpunkt des Solarpaneels verläuft.
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Aufgrund
der schwenkbaren Befestigung des Tragrohrs am oberen Teil der Stütze lässt sich
ein erster Stellwinkel des Solarpaneels einstellen. Indem der obere
Teil der Stütze,
mit dem das Tragrohr verbunden ist, sich gegenüber dem unteren Teil der Stütze um eine
Drehachse drehen lässt,
lässt sich
auch ein zweiter Stellwinkel des Solarpaneels einstellen. Die erfindungsgemä ße Schwenkvorrichtung
ermöglicht
also eine zweiachsige Nachführung
eines Solarpaneels zur Sonne.
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Damit
eine zweiachsige Nachführung
sichergestellt werden kann, sind Drehachse und Schwenkachse nicht-parallel. „Nicht-parallel” bedeutet,
dass der Winkel zwischen den beiden Achsen ungleich 0° ist. Die
vorgenannten Achsen können
dabei windschief oder schneidend angeordnet sein. Bevorzugt ist
es, wenn die Schwenkachse und die Drehachse schneidend und/oder
senkrecht zueinander sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn die
Schwenkachse horizontal, die Drehachse vertikal angeordnet ist.
In diesem Fall ist der erste Stellwinkel der Elevationswinkel, der
zweite Stellwinkel der Azimutwinkel des Solarpaneels.
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Die
erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung wird
von der Stütze
getragen. Die Stütze
ist bevorzugt mit ihrem unteren Ende fest verankert, bspw. im Boden.
Der untere Teil der Stütze
ist also nicht drehbar. Die Drehung des Solarpaneels erfolgt ausschließlich über die
drehbare Lagerung des oberen Teils gegenüber dem unteren Teil der Stütze. Die Stütze ist
so dimensioniert bzw. so hoch, dass das Solarpaneel bei der für die Nachführung erforderlichen,
maximalen Verschwenkung um die Schwenkachse nicht in Kontakt mit
dem Boden oder anderen Objekten kommt.
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Um
den Energieaufwand zum Verschwenken des Solarpaneels um die Schwenkachse
möglichst
gering zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schwenkachse
durch den Schwerpunkt des Solarpaneels verläuft. Dies bietet den Vorteil,
dass vom Verschwenken des Solarpaneels um die Schwenkachse keine
Gewichtsmomente des Solarpaneels überwunden werden müssen, da
diese sich gegenseitig aufheben. Beim Verschwenken des Solarpaneels
um die vorgenannte Achse sind somit im Wesentlichen nur Reibungsmomente
und gegebenenfalls äußere Momente,
wie z. B. solche aufgrund von Windeinflüssen, zu überwinden.
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Es
ist bevorzugt, dass am Tragrohr ein Zahnradsegment vorgesehen ist,
in das eine fest mit dem oberen Teil der Stütze verbundene erste Antriebseinheit
zum Schwenken des Tragrohrs um die Schwenkachse eingreift. Der Radius
des Zahnradsegmentes kann dabei so gewählt werden, dass sich ein günstiges Übersetzungsverhältnis für die Antriebseinheit ergibt.
Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit mithilfe einer Antriebsschnecke
oder über
ein Schneckengetriebe in das Zahnradsegment eingreift. Durch einen
solchen Schneckenantrieb bzw. ein solches Getriebe kann ein ungewolltes
Verstellen des Solarpaneels beispielsweise aufgrund von Windeinflüssen wirksam
vermieden werden. Das Zahnradsegment ist bevorzugt so gestaltet,
dass sich das Solarpaneel ausgehend von einer horizontalen Position
in beide Richtungen um die horizontale Schwenkachse verschwenken
lässt.
Es ist bevorzugt, wenn der Schwenkbereich um die Schwenkachse ±45°, weiter bevorzugt ±60°, weiter
bevorzugt ±80° beträgt.
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Es
ist weiter bevorzugt, dass am oberen oder unteren Teil der Stütze ein
Zahnradsegment vorgesehen ist, das eine fest mit dem unteren oder
oberen Teil der Stütze
verbundene zweite Antriebseinheit zum Drehen des oberen Teils der
Stütze
gegenüber dem
unteren Teil der Stütze
und zum Schwenken des Solarpaneels um die Drehachse eingreift. Auch
hier kann durch entsprechende Wahl des Radius' des Zahnradsegmentes ein für die Antriebseinheit
günstiges Übersetzungsverhältnis gewählt werden.
Ebenfalls bevorzugt, wenn die Antriebseinheit mit einer Antriebsschnecke
und/oder über
ein Schneckengetriebe in das Zahnradsegment eingreift, dadurch einen
entsprechenden Schneckenantrieb bzw. ein entsprechendes Schneckengetriebe
dank Selbsthemmung ein ungewolltes Verstellen des Solarpaneels wirksam
verhindert werden kann. Je nach Schwenkbereich um die Schwenkachse
kann es ausreichend sein, wenn der Drehbereich um die Drehachse
180° umfasst.
Bevor zugt ist es, wenn der Drehbereich 360° oder 720° umfasst. Weiter bevorzugt ist
es, wenn Rotation um die Drehachse möglich ist.
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Es
ist bevorzugt, wenn das Solarpaneel aus Solarkollektoren zusammengesetzt
ist, die ein optisches Element, vorzugsweise eine Fresnel-Linse, zur
Bündelung
der einfallenden Sonnenstrahlen auf ein Absorberrohr aufweisen.
Die aktiven Flächen
der einzelnen Solarkollektoren sind dabei in einer Ebene angeordnet,
so dass sie die aktive Fläche
des Solarpaneels bilden. Die Absorberrohre der einzelnen Solarkollektoren
eines Solarpaneels sind dabei so miteinander verbunden, dass ausgehend
von einem Zulauf eine geschlossene Durchflussschleife durch alle Absorberrohre
hin zu einem Ablauf gebildet wird. Bei Solarkollektoren mit Absorberrohren
handelt es sich um thermische Solarkollektoren.
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Anstelle
eines Absorberrohrs können
wassergekühlte
Hochleistungsphotovoltaikzellen zur Umwandlung von Sonnenstrahlung
in elektrische Energie vorgesehen sein. Die Hochleistungsphotovoltaikzellen
sind entlang der Brennlinie des optischen Elementes angeordnet und
dienen der Umwandlung der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische
Energie. Um eine Überhitzung
und damit eine Zerstörung
der Hochleistungsphotovoltaikzellen zu verhindern, sind auf der
von dem optischen Element abgewandten Seite Kühlleitungen vorgesehen, die
von einem Kühlmedium
durchflossen werden. Das aufgrund der Kühlung der Hochleistungsphotovoltaikzellen
erwärmte
Kühlmedium
kann zur Erwärmung
von Brauchwasser, bspw. mit Hilfe eines Wärmetauschers, genutzt werden.
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Die
Kühlleitungen
der einzelnen Solarkollektoren eines Solarpaneels können dabei – wie die oben-beschriebenen
Absorberrohre – so
miteinander verbunden sein, dass ausgehend von einem Zulauf eine
geschlossene Durchflussschleife durch alle Kühlleitungen hin zu einem Ablauf
gebildet wird. Die nachfolgenden Erläuterungen nehmen aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich
Bezug auf Ab sorberrohre. Die im Zusammenhang mit Absorberrohren dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen
sind aber auch für
Kühlleitungen
von Hochleistungsphotovoltaikzellen gültig.
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Zu-
und Ableitung des durch die Absorberrohre strömenden Wärmeträgerfluids können bevorzugt in einer solchen
Art und Weise erfolgen, dass durch die Zu- und Ableitung die Verschwenkung
des Solarpaneels nicht behindert wird. Es ist daher bevorzugt, wenn
an dem Zu- und/oder Ablauf ein flexibler Schlauch vorgesehen ist, über den
Zu- und/oder Ablauf mit jeweils einem feststehenden Anschlusspunkt verbunden
sind. Aufgrund der Flexibilität
des Schlauches ist eine Relativbewegung von Zu- und/oder Ablauf
zu dem jeweiligen Anschlusspunkt und somit ein Verschwenken des
Solarpaneels möglich.
Um ein Abknicken des oder der flexiblen Schläuche zu verhindern, können Führungselemente
vorgesehen sein, die den oder die Schläuche so führen, dass bei jeder möglichen
Position des Solarpaneels ein minimaler Krümmungsradius an den Schläuchen nicht unterschritten
wird. Die Führungselemente
können dazu
als bogenförmige
Halterungen ausgebildet sein.
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Es
ist auch möglich,
die Zu- und/oder Ableitung des durch die Absorberrohre strömenden Wärmeträgerfluids
mit Drehdurchführungen
für Fluide
zu verwirklichen. Entsprechende Drehdurchführungen ermöglichen einen kontinuierlichen
Fluidstrom bei Rotation zwischen zwei Bauteilen. Die Drehdurchführung kann
zweikanalig ausgeführt
sein, d. h. sie umfasst zwei Kanäle,
von denen der eine für
die Zu-, der andere für
die Ableitung des durch die Absorberrohre strömenden Wärmeträgerfluids genutzt werden kann.
Es ist auch möglich,
zwei einkanalige Drehdurchführungen
um eine gemeinsame Achse vorzusehen.
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Drehdurchführungen
erlauben in der Regel nur die Rotation um eine Achse. Soll die Zu-
und/oder Ableitung des Wärmeträgerfluids
vollständig über Drehdurchführungen
erfolgen, sind bei der er findungsgemäßen zweiachsigen Nachführung des
Solarpaneels sowohl an der Schwenkachse als auch an der Drehachse
Drehdurchführungen
vorzusehen. Da die Solarkollektoren mechanisch fest untereinander verbunden
sind, sind weitere Drehdurchführungen für einzelne
Solarkollektoren jedoch nicht erforderlich.
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Sofern
die Drehdurchführung
einkanalig ausgeführt
ist und somit nur Zu- oder Ableitung über die Drehdurchführung erfolgen
kann, ist es bevorzugt, wenn die Ab- oder Zuleitung über einen
flexiblen Schlauch erfolgt. Erfolgt die Zu- und/oder Ableitung des
Wärmeträgerfluids
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Stütze mithilfe des flexiblen Schlauches,
so ist es bevorzugt, wenn der Schlauch eine Rotation des ersten
Teils gegenüber
dem zweiten Teil der Stütze
um 180°,
weiter bevorzugt 360°, weiter
bevorzugt 720° zulässt. Durch
ggf. entsprechende Wahl der 0°-Stellung kann sichergestellt
werden, dass die Nachführung
des Solarpaneels über ein
Jahreszyklus sichergestellt werden kann, ohne dass es zu einer Entwirrung
eines flexiblen Schlauches zwischen ersten und zweiten Teil der
Stütze kommen
müsste.
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Es
ist bevorzugt, wenn durch die Solarkollektoren Wasserdampf erzeugt
wird. Dazu wird Wasser als Wärmeträgerfluid
in flüssiger
Form durch den Zulauf in die Absorberrohre zugeführt und aufgrund der in den
Solarkollektoren gewandelten Sonnenenergie soweit erhitzt, dass
sich Wasserdampf bildet. Mithilfe dieses Wasserdampfes können beispielsweise
Turbinen zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben werden.
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Erfolgt
bei Wasserdampferzeugung durch die Solarkollektoren die Zu- oder
Ableitung über
eine einkanalige Drehdurchführung
und einen flexiblen Schlauch, so ist bevorzugt, wenn die Zuleitung
des flüssigen
Wassers über
den flexiblen Schlauch, die Ableitung des Wasserdampfes über die
Drehdurchführung
erfolgt.
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Es
ist bevorzugt, wenn das Tragrohr aus Aluminium gefertigt ist. Insbesondere
dann, wenn auch das Solarpaneel im Wesentlichen aus Aluminium gefertigt
ist, ergibt sich der Vorteil, dass es keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
beim Tragrohr und bei dem Solarpaneel gibt. Durch unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten
induzierte Spannungen im Tragrohr und/oder im Solarpaneel werden
somit wirksam verhindert. Es ist möglich, dass die Absorberrohre
des Solarpaneels aus einem Material, bspw. Stahl, gefertigt sind,
das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
als das übrige Solarpaneel
aufweist. Da sich das Absorberrohr gegenüber dem restlichen Solarpaneel
aufgrund der auf ihn gebündelten
Sonnenstrahlung jedoch stärker erhitzt,
werden die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
ausgeglichen, ohne das Spannungen in das Absorberrohr und/oder das
Solarpaneel induziert werden.
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Die
Stütze
ist bevorzugt aus Stahl gefertigt.
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Um
die Durchbiegung des Tragrohrs zu verringern, kann ein Zuganker
vorgesehen sein, mit dem das Tragrohr in axialer Richtung vorgespannt
werden kann. Durch die dann in das Tragrohr induzierte Schubspannung
verringert sich die Durchbiegung des Tragrohrs.
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Die
erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung umfasst
bevorzugt eine Steuerungseinheit zur Nachführung des Solarpaneels durch
Ansteuerung der ersten und/oder zweiten Antriebseinheit. Die Steuerungseinheit
ist bevorzugt dazu ausgebildet, dass Solarpaneele in einer Windschutzstellung
und/oder einer Wartungsstellung zu bewegen. Bei der Windschutzstellung
wird das Solarpaneel in eine horizontale Lage verfahren, so dass
dem Wind eine möglichst
geringe Angriffsfläche
geboten wird. Bei der Wartungsstellung wird das Solarpaneel so verfahren, dass
ein Ende des Solarpaneels so in Bodennähe ist, dass ein Servicetechniker
darauf zugreifen kann. In der Regel wird das Solarpaneel dazu in
eine nahezu senkrechte Position verfahren. Es ist auch möglich, dass
am Solarpaneel oder dem Tragrohr Trittstufen vorgesehen sind, die
von einem Servicetechniker in der Wartungsposition erreicht und
bestiegen werden können,
um entlang der Trittstufen zum oberen Teil der Stütze zu gelangen.
Dort kann er dann Wartungsarbeiten an Lagern und/oder Antriebselementen durchführen.
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Es
ist weiter bevorzugt, wenn am Tragrohr ein Knotenblech mit einer Öffnung für den Eingriff
eines Kranhakens angeordnet ist, wobei die Öffnung des Knotenbleches auf
einer Linie durch den Schwerpunkt und senkrecht zur aktiven Fläche des
Solarpaneels liegt. Mithilfe des Knotenbleches ist eine einfache
Montage des Solarpaneels auf die Stütze möglich. Durch die vorbeschriebene
Lage der Öffnung des
Knotenbleches befindet sich das Solarpaneel, wenn das von einem
Kranhaken hängt,
nämlich
an einer stabilen horizontalen Lage.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schwenkvorrichtung
für ein
Solarpaneel;
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2 eine
Detaildarstellung der Schwenkvorrichtung aus 1;
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3 eine
Teilschnittdarstellung durch die Schwenkvorrichtung aus 1 und 2;
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4a eine
Detaildarstellung der Drehdurchführung
in der Stütze
gemäß Detail
IV aus 3; und
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4b eine
alternative Durchführung
in der Stütze.
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Die
in 1 bis 4 dargestellte
Schwenkvorrichtung 1 für
ein Solarpaneel 90 umfasst eine Stütze 2 mit einem oberen
Teil 3 und einem unteren Teil 4. Der untere Teil 4 der
Stütze 2 ist
fest am Boden 5 verankert. Der obere Teil 3 der
Stütze 2 ist
gegenüber dem
unteren Teil 4 drehbar um die Drehachse 6 befestigt.
Die Drehachse 6 wie auch die Stütze 2 selbst sind
senkrecht angeordnet.
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Am
oberen Teil 3 der Stütze 2 ist
ein Tragrohr 7 schwenkbar um eine Schwenkachse 8 befestigt. Das
Tragrohr 7 erstreckt sich zu beiden Seiten der Schwenkachse 8,
wobei das Tragrohr 7 senkrecht zur Schwenkachse 8 verläuft. Das
Tragrohr 7 hat einen kreisrunden Querschnitt und ist aus
Aluminium gefertigt. Die Schwenkachse 8 ist horizontal
angeordnet, womit sie senkrecht zur Drehachse 6 steht. Drehachse 6 und
Schwenkachse 8 schneiden sich.
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Das
Tragrohr 7 ist fest mit dem Solarpaneel 90 verbunden.
Indem das Tragrohr 7 schwenkbar um die Schwenkachse 8 gelagert
ist, lässt
sich das mit dem Tragrohr 7 fest verbundene Solarpaneel 90 ebenfalls
um die Schwenkachse 8 verschwenken. Da das Tragrohr 6 wiederum
am oberen Teil 3 der Stütze 2 befestigt
ist, lässt
sich das Solarpaneel 90 zusammen mit dem oberen Teil 3 der
Stütze 2 um
die Drehachse 6 drehen. Somit ist eine zweiachsige Nachführung des
Solarpaneels 90 zur Sonne hin möglich. Sofern – wie dargestellt – die Drehachse 6 vertikal
und die Schwenkachse 8 horizontal verläuft, ist eine ungekoppelte
Nachführung
des Solarpaneels 90 um Elevations- und Azimutwinkel möglich.
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Das
Solarpaneel 90 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
zweigeteilt und so mit dem Tragrohr 7 verbunden, dass die
Schwenkachse 8 durch den Schwerpunkt des Solarpaneels 90 verläuft. Dies
bietet den Vorteil, dass bei Verschwenkung des So larpaneels 90 um
die Schwenkachse 8 lediglich Widerstandsmomente aufgrund
von Reibung und/oder gegebenenfalls extern eingetragenen Momenten,
wie z. B. aufgrund von Windeinflüssen,
beim Verschwenken des Solarpaneels 90 überwunden werden müssen. Die
aufgrund der Masse des Solarpaneels 90 um die Schwenkachse 8 auftretenden
Momente heben sich gegenseitig auf, und zwar unabhängig von der
Stellung der Schwenkvorrichtung 1.
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Das
Tragrohr 7 verläuft
entlang einer Symmetrielinie des Solarpaneels 90. Dadurch
wird sichergestellt, dass sich die einzelnen Gewichtsmomente des
Solarpaneels 90 entlang des Tragrohres 7 gegenseitig
aufheben, so dass eine Torsion des Tragrohres 7 vermieden
wird. Indem das Tragrohr 7 entlang einer Symmetrielinie
des Solarpaneels 90 verläuft, läuft es auch durch den Schwerpunkt
des Solarpaneels.
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Aufgrund
der Anordnung von Drehachse 6, Tragrohr 7 und
Schwenkachse 8 verläuft
die Drehachse 8 im Wesentlichen ebenfalls durch den Schwerpunkt
des Solarpaneels 90. Dadurch werden Verformungen an der
Stütze 2 aufgrund
ungleichmäßiger Gewichtsverteilung
vermieden.
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In 2 ist
der obere Teil 3 der Stütze 2 näher dargestellt.
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Der
obere Teil 3 der Stütze 2 umfasst
einen Anschlussbereich 9, über den der obere Teil 3 drehbar
gegenüber
dem unteren Teil 4 der Stütze 2 mit diesem verbunden
ist. Das andere Ende des oberen Teils 3 der Stütze 2 ist
als Gabel 10 ausgestaltet, wobei an den Gabelspitzen das
Tragrohr 7 drehbar um die Schwenkachse 8 befestigt
ist.
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Zwischen
Gabel 10 und Anschlussbereich 9 ist eine Wartungsplattform 11 vorgesehen,
auf der sich ein Servicetechniker bei der Wartung der Schwenkvorrichtung 1 aufhalten
kann. Die Wartungs plattform 11 weist eine Aussparung 12 auf,
so dass das Tragrohr 7 in seiner Schwenkbewegung um die Schwenkachse 8 nicht
durch die Wartungsplattform 11 behindert wird.
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Um
ein automatisiertes Verschwenken des Solarpaneels 90 um
die Schwenkachse 8 zu ermöglichen, ist ein fest mit dem
Tragrohr 7 verbundenes Zahnradsegment 13 vorgesehen.
In dieses Zahnradsegment 13 greift eine fest mit dem oberen
Teil 3 der Stütze 2 verbundene
erste Antriebseinheit 14 ein. Der Radius des Zahnradsegmentes 13 ist
so gewählt,
dass ein für
die erste Antriebseinheit 14 günstiges Übersetzungsverhältnis entsteht.
Die Antriebseinheit 14 greift mit einem über ein
Schneckengetriebe angebundenes Zahnrad in die Zähne des Zahnradsegmentes 13 ein.
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Für ein automatisiertes
Verschwenken des Solarpaneels 90 um die Drehachse 6 ist
ein fest mit dem unteren Teil 4 der Stütze 2 verbundenes
Zahnradsegment 15 vorgesehen, in das eine fest mit dem oberen
Teil 3 der Stütze 2 verbundene
zweite Antriebseinheit 16 eingreift. Das Zahnradsegment 15 ist umlaufend
um die Stütze 2 ausgebildet,
so dass der obere Teil 3 gegenüber dem unteren Teil 4 der
Stütze 2 rotieren
kann. Der Eingriff der Antriebseinheit 16 in die Zähne des
Zahnradsegmentes 15 erfolgt mithilfe eines Zahnrades, welches über ein
Schneckengetriebe angebunden ist. Der Radius des Zahnradsegmentes 15 ist
so gewählt,
dass sich ein ideales Übersetzungsverhältnis zwischen
der zweiten Antriebseinheit 16 und dem Zahnradsegment 15 ergibt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Solarpaneel 90 aus Solarkollektoren 91 zusammengesetzt,
die mithilfe von Fresnel-Linsen 92 die einfallende Sonnenstrahlung
auf ein Absorberrohr 93 bündelt. Die Absorberrohre 93 der
einzelnen Solarkollektoren 91 sind so miteinander verbunden,
dass sich innerhalb des Solarpaneels 90 zwischen einem Zu-
und einem Ablauf ein geschlossener Durchlauf bildet. Durch den Zulauf
in den Durchlauf kreis eingebrachtes Wärmeträgerfluid wird in den Absorberrohren 93 erhitzt
bevor es am Ablauf entnommen werden kann. Alternativ zu Absorberrohren 93 können auch
wassergekühlte
Hochleistungsphotovoltaikzellen vorgesehen sein. Die Hochleistungsphotovoltaikzellen
sind dabei entlang der Brennlinie des optischen Elementes angeordnet
und wandeln die einfallende Sonnenstrahlung in elektrische Energie
um. Um eine Überhitzung
und damit eine Zerstörung
der Hochleistungsphotovoltaikzellen zu verhindern, sind auf der
von dem optischen Element abgewandten Seite Kühlleitungen vorgesehen, die
wie die vorbeschriebenen Absorber einen Durchlaufkreis bilden und
von einem Wärmeträgerfluid
als Kühlmedium durchflossen
werden. Das aufgrund der Kühlung
der Hochleistungsphotovoltaikzellen erwärmte Kühlmedium kann zur Erwärmung von
Brauchwasser, bspw. mit Hilfe eines Wärmetauschers, genutzt werden.
Die nachfolgenden Ausführungen
betreffend Absorberrohre lassen sich auch auf die Kühlleitungen
von Hochleistungsphotovoltaikzellen übertragen.
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Es
ist möglich,
dass das Wärmeträgerfluid sowohl
am Zu- als auch am Ablauf in flüssiger
Form vorliegt. Die in dem Wärmeträgerfluid
in Form von Wärme
gespeicherte Energie kann dann direkt oder mithilfe eines Wärmetauschers
genutzt werden. Es ist aber auch möglich, dass das Solarpaneel 90 mit einem
Wärmeträgerfluid,
z. B. Wasser, betrieben wird, welches in flüssiger Form zugeleitet wird
und welches in den Absorberrohren 93 soweit erhitzt wird, dass
es am Ablauf einen gasförmigen
Zustand aufweist. Das gasförmige
Wärmeträgerfluid
kann dann zum Betreiben einer Turbine und damit zur Erzeugung elektrischer
Energie genutzt werden.
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Das
Wärmeträgerfluid
wird dem geschlossenen Durchlauf in einer Art und Weise zu- bzw.
abgeführt,
dass die Schwenkbewegung des Solarpaneels 90 nicht behindert
wird. Um die Schwenkbewegung um die Schwenkachse 8 nicht
zu behindern, sind am Ende der Gabel 10 am oberen Teil 3 der
Stütze 2 zwei Drehdurchführungen 17 vorge sehen.
Die Drehdurchführungen 17 dienen
als Lager für
das Tragrohr 7 und ermöglichen
jeweils eine einkanalige Durchführung von
Wärmeträgerfluid. Über die
eine Drehdurchführung 17 erfolgt
die Zu-, über
die andere die Ableitung des Wärmeträgerfluids.
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Um
ein Drehen des Solarpaneels 90 um die Drehachse 6 zu
ermöglichen,
sind – wie
in 4a näher
dargestellt – in
Innern der Stütze 2 zwei
einkanalige Drehdurchführungen 18 angeordnet.
Die Drehdurchführungen 18 sind
beide entlang der Drehachse 6 ausgerichtet und sind über Halterungen 19 am
unteren Teil 4 der Stütze 2 befestigt.
Im unteren Teil 4 der Stütze 2 verlaufen feststehende
Rohre 20 zur Zu- und Ableitung von Wärmeträgerfluid, wobei jeweils eines
mit einer Drehdurchführung 18 verbunden
ist. Im oberen Teil 3 der Stütze 2 verlaufen Rohre 21,
die jeweils eine Drehdurchführung 18 in
der Stütze 2 mit
einer Drehdurchführung 17 an
der Gabel 10 des oberen Teils 3 der Stütze 2 verbinden.
Eine Drehung des oberen Teils 3 gegenüber dem unteren Teil 4 der
Stütze 2 ist
weiterhin möglich.
Allerdings ist der Drehbereich durch die Rohre 20, 21 und
Halterungen 19 auf ca. 270° eingeschränkt. Ein entsprechender Drehbereich
ist in den meisten Fällen
ausreichend, um eine zweiachsige Nachführung des Solarpaneels 90 im
Tages- und Jahreszeitenzyklus zu gewährleisten.
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Ist
ein größerer Drehbereich
erforderlich, kann auf die alternative Drehdurchführung gemäß 4b zurückgegriffen
werden. Die Rohre 20 im unteren Teil 4 der Stütze 2 sind über flexible
Schläuche 22 mit
den Rohren 21 im oberen Teil 3 der Stütze 2 verbunden.
Sind die Schläuche 22 entsprechend lang,
ist ein Drehbereich von über
270° möglich. Dabei
ist ein Drehbereich bis 720° möglich, so
dass bei der zweiachsige Nachführung
des Solarpaneels 90 im Tages- und Jahreszeitenzyklus zu
keinem Zeitpunkt eine Entwirrung der Schläuche 22 erforderlich ist.
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Das über die
Drehdurchführungen 17, 18 zugeführte Wärmeträgerfluid
wird durch Rohre 23, die die einzelnen Absorberrohre 93 des
Solarpaneels 90 verbinden so geführt, dass es, bevor es wieder über die
Drehdurchführungen 17, 18 abgeleitet
wird, durch jedes Absorberrohr 93 des Solarpaneels 90 fließt. Die
Absorberrohre 93 der einzelnen Solarkollektoren 90 können dabei
auch direkt miteinander verbunden sein. Zwischen den Absorberrohren 93 können aber auch
Verbindungsrohre 24 vorgesehen sein, die aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nur
beispielhaft dargestellt sind. Die Verbindungsrohre 24 weisen u-förmige Ausgleichsbereiche 25 auf,
mit denen unterschiedliche Ausdehnungen von Verbindungsrohren 24 und
den anderen Bauteilen des Solarpaneel 90 aufgrund von Wärme ausgeglichen
und somit induzierte Spannungen vermieden werden können.
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Das
durch die Rohre 23 und Absorberrohre 93 strömende Wärmeträgerfluid
weißt
in der Regel erhöhte
Temperaturen auf, die zu einer Wärmeausdehnung
der Rohre 23 und Absorberrohre 93 führen. Da
die übrigen
Bauteile des Solarpaneels 90 und das Tragrohr 7 nicht,
oder nur in geringerem Maße
erwärmt
werden, kann es zu induzierten Spannungen in den Rohren 23 und
Absorberrohren 93 bzw. in den übrigen Bauteilen des Solarpaneels 90 und
dem Tragrohr 7 kommen. Um dies zu verhindern kann vorgesehen
sein, dass Rohre 23 und Absorberrohre 93 auf der
einen, und die übrigen
Bauteile Solarpaneels 90 und das Tragrohr 7 auf
der anderen Seite aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt sind. Die übrigen
Bauteile Solarpaneels 90 und das Tragrohr 7 können aus Aluminium,
die Rohre 23 und Absorberrohre 93 aus Stahl gefertigt
sein. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und der unterschiedlichen Temperaturen an den genannten Bauteilen
können
induzierte Spannungen verringert oder ganz vermieden werden.
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Die
von der Schwenkvorrichtung 1 ermöglichten Schwenk- und Drehbewegungen
um die Schwenkachse 8 und die Drehachse können in
ihren Maximalwerten an die Gegebenheiten des Standortes der Schwenkvorrichtung 1 angepasst
sein. So ist beispielsweise in der Nähe des Äquators eine Schwenkbarkeit
des Sonnensegels 90 um eine in Ost-West-Richtung ausgerichtete,
horizontale Schwenkachse 8 von 0° bis 23° gegenüber der Horizontalen ausreichend.
Bevorzugt ist an einem solchen Standort ein Schwenkbereich von ±23°. Für Standorte
entfernt vom Äquator
sind bspw. auch Schwenkbereiche von 0° bis 60° gegenüber der Horizontalen möglich.
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Die
Stütze 2 der
Schwenkvorrichtung 1 ist in jedem Fall so hoch, dass das
Solarpaneel innerhalb des vorgesehenen Schwenkbereiches um die Schwenkachse 8 bzw.
um die Drehachse 6 bewegt werden kann, ohne dass das Solarpaneel 90 in
Kontakt mit dem Boden 5 oder andere Objekten (nicht dargestellt)
gerät.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat
das Solarpaneel 90 eine Dimension von 10 m × 20 m.
Die Stütze 2 ist
ca. 10 m hoch. Die Größe der einzelnen
Solarkollektoren 90 ist frei wählbar.
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Zur
automatischen Nachführung
des Solarpaneels 90 ist eine Steuerungseinheit 26 (vgl. 3) vorgesehen,
mit der die erste und die zweite Antriebseinheit 14, 16 über (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellte) Kabel angesteuert werden können.
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Die
Steuerungseinheit 26 ist weiterhin dazu ausgebildet, das
Solarpaneel 90 in einer Windschutzstellung zu verfahren.
Bei der Windschutzstellung handelt es sich um die Stellung des Solarpaneels 90, in
der das Solarpaneel 90 dem Wind die geringste Angriffsfläche bietet.
In der Regel handelt es sich bei der Windschutzstellung die in 3 dargestellte
Horizontalstellung.
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Außerdem ist
die Steuerungseinheit 26 dazu ausgebildet, das Solarpaneel 90 in
eine Wartungsstellung zu verfahren, dass ein Ende des Solarpaneels 90 so
bodennah ist, das ein Servicetechniker es ohne weiteres erreichen
kann. Wie in 3 dargestellt, sind an dem Tragrohr 7 Trittstufen 27 vorgesehen.
Ist das Solarpaneel 90 in Wartungsstellung verfahren, kann
der Servicetechniker über
diese Trittstufen 27 auf die Wartungsplattform 11 gelangen,
von wo aus er die Wartung der Drehdurchführungen 17, 18 oder
der Antriebseinheiten 14, 16 durchführen kann.
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Am
Tragrohr 7 weiterhin befestigt ist ein Knotenblech 28 mit
einer Öffnung 29 für den Eingriff
eines Kranhakens. Die Öffnung 29 des
Knotenbleches 28 auf einer Linie 30 durch den
Schwerpunkt und senkrecht zur aktiven Fläche des Solarpaneels 90 liegt.
Mithilfe des Knotenbleches 28 ist eine einfache Montage
des Solarpaneels 90 auf die Stütze 2 möglich. Durch
die vorbeschriebene Lage der Öffnung 29 des
Knotenbleches 28 befindet sich das Solarpaneel 90,
wenn das von einem Kranhaken hängt,
nämlich an
einer stabilen horizontalen Lage.