DE202010009651U1 - Schwenkmechanik für ein Solarpaneel - Google Patents

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Abstract

Schwenkvorrichtung (1) für ein Solarpaneel (90) umfassend eine Stütze (2) mit einem unteren und einem oberen Teil (4, 3), wobei der obere Teil (3) der Stütze (2) gegenüber dem unteren Teil (4) der Stütze (2) drehbar um eine Drehachse (6) ist, ein am oberen Teil (3) der Stütze (2) um eine zur Drehachse (6) nicht-parallele Schwenkachse (8) schwenkbar befestigtes Tragrohr (7), an dem das Solarpaneel (90) befestigt ist, wobei die Schwenkachse (8) durch den Schwerpunkt des Solarpaneels (90) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel zu schaffen, mit der eine Nachführung eines Solarpaneels möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schwenkvorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Stütze ist bevorzugt aus Stahl gefertigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwenkvorrichtung für ein Solarpaneel;
  • 2 eine Detaildarstellung der Schwenkvorrichtung aus 1;
  • 3 eine Teilschnittdarstellung durch die Schwenkvorrichtung aus 1 und 2;
  • 4a eine Detaildarstellung der Drehdurchführung in der Stütze gemäß Detail IV aus 3; und
  • 4b eine alternative Durchführung in der Stütze.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In 2 ist der obere Teil 3 der Stütze 2 näher dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (10)

  1. Schwenkvorrichtung (1) für ein Solarpaneel (90) umfassend eine Stütze (2) mit einem unteren und einem oberen Teil (4, 3), wobei der obere Teil (3) der Stütze (2) gegenüber dem unteren Teil (4) der Stütze (2) drehbar um eine Drehachse (6) ist, ein am oberen Teil (3) der Stütze (2) um eine zur Drehachse (6) nicht-parallele Schwenkachse (8) schwenkbar befestigtes Tragrohr (7), an dem das Solarpaneel (90) befestigt ist, wobei die Schwenkachse (8) durch den Schwerpunkt des Solarpaneels (90) verläuft.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (8) und die Drehachse (6) schneidend und/oder senkrecht zueinander sind.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragrohr (7) ein Zahnradsegment (13) vorgesehen ist, in das eine fest mit dem oberen Teil (3) der Stütze (2) verbundene erste Antriebseinheit (14) zum Schwenken des Tragrohrs (7) um die Schwenkachse (8) eingreift.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen oder unteren Teil (3, 4) der Stütze (2) ein Zahnradsegment (15) vorgesehen ist, in das eine fest mit dem unteren oder oberen Teil (4, 3) der Stütze (2) verbundene zweite Antriebseinheit (16) zum Drehen des oberen Teils (3) der Stütze (2) gegenüber dem unteren Teil (4) der Stütze (2) um die Drehachse (6) eingreift.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarpaneel (90) aus Solarkollektoren (91) mit Absorberrohren (93) oder wassergekühl ten Hochleistungsphotovoltaikzellen, sowie optischen Elementen (92) gebildet ist, wobei die optischen Elemente (92) vorzugsweise Fresnel-Linsen (92) sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein flexibler Schlauch (22) zur Zu- und/oder Ableitung von Wärmeträgerfluid vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Drehdurchführung (17, 18) zur Zu- und/oder Ableitung von Wärmeträgerfluid vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarkollektoren (91) zu Erzeugung von Wasserdampf ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (26) zur Nachführung des Solarpaneels (90) durch Ansteuerung der ersten und/oder zweiten Antriebseinheit (14, 16) vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinheit (26) vorzugsweise zum Verschwenken des Solarpaneels (90) in eine Windschutzstellung und/oder eine Wartungsstellung ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragrohr (8) ein Knotenblech (28) mit einer Öffnung (29) für den Eingriff eines Kranhakens angeordnet ist, wobei die Öffnung (29) des Knotenbleches (28) auf einer Linie (30) durch den Schwerpunkt und senkrecht zur aktiven Fläche des Solarpaneels (90) liegt.
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