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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur einachsigen Verstellung/Drehung einer Trägerstruktur um eine Hauptachse für den Einsatz in einer mit planaren Elementen oder Flächen ausgestatteten Anlage, insbesondere einer Solaranlage, gemäß den Schutzansprüchen. Die Erfindung besonders charakterisierend sind jeweils die kennzeichnenden Merkmale.
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Seit langer Zeit interessieren sich Techniker und Ingenieure weltweit ernsthaft für Systeme, mit denen die Energie der Sonnenstrahlen aufgefangen und technisch nutzbar gemacht werden können. Etwa seit dieser Zeit existieren entsprechende Patentdokumente und Literatur zu diesen Ideen. Im Allgemeinen ist die technische Nutzbarmachung von Sonnenenergie erst in den letzten Dekaden effizient geworden, vor Allem auch dadurch, dass entsprechend effiziente Komponenten (vor Allem Photovoltaik) zur Aufnahme und Wandlung der von den elektromagnetische Wellen in Form von Licht- oder Sonnenstrahlen übermittelten Energie zur Verfügung stehen.
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Während vor mehr als 20 Jahren die Technologie zur Nutzbarmachung der Sonnenstrahlung für Umwandlung von Wärme in elektrische Energie im Wesentlichen darin bestand, möglichst gute Reflektoren und Spiegelapparaturen oder auch parabolische Anordnungen geeignet auf gewisse Punkte zu konzentrieren, zu fokussieren, um dort, zumeist im Brennpunkt solcher Spiegelapparaturen, die Energie zu bündeln und konzentriert nutzen zu können, beispielsweise durch Erhitzung von zentral aufgestellten Medienbehältern und anschließender generatorischer Wandlung, so hat sich vor Allem in den etwa letzten 20 Jahren die Technologie zur Nutzbarmachung der Sonnenstrahlung schwerpunktmäßig darauf gestützt, die immer effizienter gewordenen Solarpanele, auch in Form von flachen Sonnenkollektoren, genannt auch Solar/Photovoltaikmodule (Abk.: PV) oder Solarzellen, zu verwenden. Standardgemäß werden heute leistungsfähigere kristalline PV-Module oder auch PV-Dünnschichttechnologiemodule verwendet.
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Ein wesentlicher Kern der Ideen zur Nutzbarmachung der Sonnenstrahlung war stets die Ausrichtung der Trägerapparaturen für Energie aufnehmende Einheiten, wie Reflektoren, Spiegelapparaturen, Parabolanordnungen, Solarpanele, Solarzellen, PV-Module, etc., nach dem Stand der Sonne und zwar so, dass möglichst eine maximale Ausbeute an Sonnenstrahlen auf die Energie aufnehmende Einheit auftrifft. Die Solar-/Sonnenenergie aufnehmende Einheit wird dabei häufig von einem Trägersystem gehalten und in weiterentwickelten Anwendungen auch dem Sonnenstand nachgeführt. Aktuell handelsübliche und im Einsatz befindliche Nachführsysteme für solare Anwendungen, die es ermöglichen, Geräte zur Absorption von elektromagnetischen Strahlen, insbesondere Sonnenstrahlen, einer Bahn entsprechend auszurichten, können einachsig oder zweiachsig ausgeführt sein.
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Es ist bei einachsig nachgeführten Systemen grundlegend möglich, die Gesamtanordnung nur in einer Ebene, etwa vertikal, auch „Elevation” genannt oder horizontal, auch „Azimut” genannt, nachzuführen. Es ist bei zweiachsig nachgeführten Systemen grundlegend möglich, die Gesamtanordnung in vertikaler und horizontaler Richtung (also in Elevation und Azimut) nachzuführen. So zeigt gemäß den Definitionen im aktuellen Stand der Technik also ein einachsig in vertikaler Richtung nachgeführter Sonnenkollektor bei 0° Azimut direkt gegen Süden, sodass die Sonnenstrahlen von Süden her auf die Energie aufnehmende Einheit auftrifft, bei beispielsweise –90° direkt gegen Ostausrichtung, bei beispielsweise –45° direkt gegen Südostausrichtung, bei beispielsweise +45° direkt gegen Südwestausrichtung und bei beispielsweise direkt gegen +90° Westausrichtung.
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Man unterscheidet ein- und zweiachsige Solarsysteme/Solaranlagen. Lediglich zweiachsig nachgeführte Sonnenkollektorensysteme (sog. „Tracker”) sind in der Lage, eine Bahn, beispielsweise die nicht lineare Bahn des Sonnenstandes, relativ zu einem festen Ortspunkt auf der Erde, zu beschreiben und nachzuführen. Nachteilig bei solchen zweiachsig nachgeführten Systemen sind die höheren Kosten solcher Systeme, im Vergleich zu den einachsig nachgeführten Systemen.
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Solche zweiachsigen „Solar Tracker”, die es ermöglichen, Geräte einer bogenförmigen Bahn entsprechend auszurichten, werden durch weitere diverse Patentdokumente beschrieben. Solche Nachführungseinrichtungen eignen sich beispielsweise für Solareinrichtungen, wie photovoltaische Wandler, Solarkocher und Heliostaten. Die nachzuführenden Geräte werden dabei im Normalfall um eine vertikale Achse drehbar angeordnet, wobei die erforderliche Kippung um eine horizontale Achse durch mindestens ein Führungsglied zwangsläufig mit der Drehung um die vertikale Achse erreicht wird. Das Führungsglied verbindet den von dem nach geführten Gerät mitbewegten Punkt mit einem festen Punkt.
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Gemäß dem weiteren Stand der Technik existieren aber nicht nur nachgeführte Systeme, wie oben beschrieben, sondern Sonnenkollektoren finden sich als Ausprägung der möglichen Montageoptionen in allgemeiner Regel entweder als freistehende oder gebäudeintegrierte Solaranlagenkonzepte bzw. PV-Anlagen Konzepte. Es werden dabei auf der einen Seite freistehende Anlagen wie Freilandanlagen inkl. Modulen auf nachgeführten Systemen und auf der anderen Seite Auf- bzw. Indachanlagen, welche fix/fest installiert sind, unterschieden.
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Aufdach-Anlagenlösungen auf Carports werden heute ebenfalls gelegentlich gesehen. Diese sind jedoch nicht nachgeführt. Teilweise sind neben solchen Carports Strom-Ladesäulen installiert, an denen Strom entnommen werden kann, etwa um beispielsweise Elektrofahrzeuge (gleichzeitig) aufzuladen.
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Gemäß dem aktuellen Stand der Technik werden Solaranlagen (PV-Anlagen) also gebäudeintegriert und fest installiert auf den Dachflächen von Gebäuden angebracht. Häufig wird dabei zwischen „Aufdach”- und „Indach”-Systeme unterteilt. Derartige fest Solaranlagen (PV-Anlagen) auf den Dachflächen von Gebäuden verfügen laut heutigem Stand der Technik ebenfalls über keinerlei Nachführung. Als PV-Technologie werden beispielsweise kristalline Module oder Module in Dünnschichttechnologie, oder gar neuartigeren Cadmium-Tellurid (CdTE)-Module, verwendet.
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Der bisherige Stand der Technik weist, kurz zusammengefasst, generell die folgenden Merkmale und Nachteile auf:
Zweiachsig nachgeführte Systeme sind teuerer als einachsig nachgeführte Systeme.
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Aufdach-Anlagenlösungen auf Carports oder auf Gebäuden sind laut heutigem Stand der Technik nicht nachgeführt und zumeist fest eingebaut.
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Indach Anlagenlösungen auf Gebäuden sind laut heutigem Stand der Technik Stand stets mit dem Gebäude verbunden, in der Regel kraftschlüssig, etwa geschraubt oder gedübelt oder über Klicksysteme integriert. Dadurch wird in der Regel die Dachoberfläche (Dachhaut) manipuliert, in der Regel invasiv bzw. kontrolliert beschädigt. Sei es, um Befestigungen der Indach gezielt anbringen zu können. Da Dächer stets den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind müssen tiefe Installationslöcher, Bohrungen, Schraubungen, et cetera nachträglich abgedichtet werden, oder zumindest so angebracht werden, dass Wind und Wetter nicht nachträglich das Bauwerk schädigen können.
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Generell bieten die bisher vorhandenen einachsig nachführbaren Systeme einen beschränkten Nachführungsbereich, beispielsweise in Elevation, Richtung Ost-West weil eine Nachführung durch lineare Stellglieder durch ihr eigenes Gestänge den Nachführungswinkel auf einen gewissen Bereich einschränkt.
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Wenn bei zweiachsig nachgeführten Trägersystemen für Solarpanele oder PV-Module Schwenktriebe verwendet werden, so werden diese stets zur Realisierung der Azimutbewegung verwendet. Die Elevationsbewegung wird stets über eine lineare (An-)triebstufe realisiert.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems liegen in der Behebung der Nachteile durch eine technische Aufgabenstellung, wie im Folgenden beschrieben:
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die genannten bisherigen Nachteile zu lösen und eine einachsig nachgeführte marktfähige und kostengünstige Gesamtkonstruktion vorzuhalten, welche ideal auch als Nachrüstsystem auf bestehenden (landwirtschaftlichen) Nutz- oder Freiflächen verwendet werden kann, aber auch als einachsig nachgeführte Erstausrüstung oder einachsig nachgeführtes Nachrüstsystem auf bestehenden Bauwerken angebracht werden kann. Die genannte Erfindung ist als eine in Elevation einachsige Nachführungseinrichtung konzipiert, die die Nachstellungsbewegung nicht mit linearem Stell- und Antriebsglied realisiert, sondern mit einem Schwenkantrieb, (welcher in der bisherigen Technik nur für azimutale Bewegungen verwendet wird). Die Erfindung ermöglicht es unter Anderem, eine Anordnung bereitzustellen, die in allen der drei genannten Einsatzgebiete (als Freilandanlage, oder Aufdach, oder gebäudeintegriert) verwendet werden kann. Das System ist gerade wegen der möglichst universellen Einsetzbarkeit verhältnismäßig einfach/modular aufgebaut.
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Im Folgenden folgt eine kurze Beschreibung der existierenden Vorteile dieser universell einsetzbaren und einfach/modular aufgebauten Erfindung, welche jedoch in allen Ausprägungen einen mit planaren Elementen oder Flächen bestückten Gestellrahmen (Aufnahmestruktur) verwendet, wobei diese über Koppelung mit einer (durch einen Schwenkantrieb) in Drehung versetzte Trägerstruktur in Elevationsrichtung geschwenkt werden kann.
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Die bevorzugte Ausprägung (Erfindungsgemäße Bezeichnung: „Leichte Struktur”) sieht die Anwendung der soeben genannten Grundelemente in einem System vor, dass durch ein sehr leichtes Gestell, in der Regel Leichtmetall, Aluminium oder ähnlich leichte Gestaltung, getragen wird. Dieses Gestell bildet den „Unterbau” und kann auch als fachwerkähnliche Tragstruktur ausgeführt sein. Auf diesem leichten Gestell angebracht und von diesem leichten Gestell auf eine geringen Höhe H gebracht, ist mindestens eine Schwenkeinheit montiert, welcher die Drehung einer Trägerstruktur um eine Hauptachse zwecks Realisierung einer Elevationsbewegung ermöglicht.
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Die Steuerimpulse an die einachsige Verstelleinrichtung zur Realisierung der Elevationsbewegung, also die Drehung einer Trägerstruktur um eine Hauptachse, werden durch eine separate Steuereinrichtung, insbesondere eine elektronische Steuereinrichtung, erzeugt.
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Aufdach- oder Indach Anlagenlösungen auf Gebäuden sind laut heutigem Stand der Technik stets mit dem Gebäude verbunden, in der Regel kraftschlüssig, etwa geschraubt oder gedübelt oder über Klicksysteme integriert. Lösungen, bei denen Aufdach- oder Indach Anlagenlösungen durch Eigengewicht, ggfs. mit zusätzlichen Beschwerungsgewichten, ausreichende Positionsstabilität erhalten bietet erstmalig die Technik nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist es demnach nicht mehr nötig, tiefe Installationen in der Dachfläche zu gründen, wie etwa Bohrungen für Verschraubungen, anzubringen: Denn über einfach befestigte Fußschienen werden mehrere planare Elemente (Solarpanele; PV-Module) geeignet nebeneinander und vor Allem auch hintereinander positioniert und mittels Gewichten beschwert, beispielweise können Beton(form)steine als Gewicht herangezogen werden, oder auch Sandsäcke, oder metallische Formkörper, welche sich so über die Fußschienen des Unterbaus legen, dass diese formschlüssig in Position gehalten werden und somit unverrutschbar „befestigt” sind. Die Anordnung wird durch das Eigengewicht und die geeignete Einstellung an Windlasten „sich selbst” tragen. Es brauchen somit keinerlei tief gründende Eingriffe an der Dachhaut oder Dachoberfläche vorgenommen werden. Dies kann in der Praxis Montage- und Serviceaufwände verringern, insbesondere wenn es um etwaige Behebung von Defekt-/Dichtstellen geht. Langfristig wird somit ein System bereitgestellt, dass durch die minimalinvasive Art der Montage sehr viel weniger Ursprung für etwaige späte Bauwerksschäden ist, beispielsweise durch nachhaltiges Einsickern von Feuchtigkeit in Installationskanäle.
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Bei Verwendung der mit der Erfindung ausgestatteten Anlage in landwirtschaftlichen Nutzflächen wird dadurch, dass keine komplette Abschattung der Sonne stattfindet, starke Sonneneinstrahlung nur teilweise durchgelassen. Unterhalb des Trackers oder der „Leichten Struktur” ist landwirtschaftlicher Anbau möglich. Insbesondere bei Einsatz der mit der Erfindung ausgestatteten Anlage in ariden Gebieten oder wüstennahen Gebieten wird dadurch Landwirtschaft ermöglicht, und zeitgleich ein Maximum an Solarenergie nutzbar gemacht. Im Speziellen werden dadurch kleine verstreute oder weit von großstädtischen Ansammlungen entfernte Siedlungen autark mit elektrischer Energie versorgbar. Stets kann die gewonnene elektrische Energie aus der Sonneneinstrahlung selbst verbraucht werden oder in ein Energienetz eingespeist werden. Der große Vorteil hierbei ist die erhöhte Autarkie von Enklaven im Hinblick auf Abhängigkeit von (vorhandenen) Versorgungsnetzen, und die effizientere Nutzbarmachung der „Ab-/Verschattungsflächen” für landwirtschaftliche Zweckbelange.
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Nachts ist die aufgeständerte Solaranlage aus Gründen der optimalen Gewichtsverteilung zwecks Einsparung von Halteenergie stets in der sogenannten „Tischstellung”. Dies bedeutet, die Solarfläche ist stets horizontal ausgerichtet. Ein von der horizontalen Ebene aus gemessener Elevationswinkel Ω beträgt dann exakt 0°. Die gleiche „Tischstellung” wird aus Sicherheitsgründen dann eingestellt, wenn stürmisches Wetter herrscht, d. h. wenn Windkräfte, die flächig gegen die Solarfläche drücken, einen gewissen Schwellenwert überschreiten. Diese Tischstellung ist im Sinne einer („default”-)Grundeinstellung der aufgeständerten Solaranlage, welche sich die Steuereinheit der Solaranlage prior stets dann wählt, wenn keine exakt definierten Steuersignale zur einachsigen Nachführung des Sonnenstandes anliegen.
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Diese Tischstellung wird auch tagsüber dann erreicht, wenn die Sonne im Zenit steht und die Sonnenstrahlen direkt (orthogonal) auf die Solarpanele auftreffen. Auch dann beträgt der von der horizontalen Ebene aus gemessener Elevationswinkel Ω exakt gleich 0°.
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Die Energieausbeute der mit der Erfindung ausgestatteten Anlage wird maximiert, weil der Nachführungsbereich bei Verwendung eines Schwenktriebes zur Nachführung in Elevation wesentlich größer ist als bei Verwendung eines linearen Stell- und Antriebsgliedes zur Abbildung der Elevationsbewegung. Der durch die erfindungsgemäße Anordnung einstellbare Elevationswinkel Ω kann theoretisch jeden beliebigen Wert zwischen 0° und 360° einnehmen. In der Praxis wird dieser Winkel tatsächlich jedoch ausschließlich durch den Platzbedarf der Konstruktion des „Unterbau” eingeschränkt. Praktisch beträgt dieser Wert daher betraglich zwischen 0° ≤ |Ω| ≤ 90° und absolut zwischen –90° ≤ Ω ≤ 90° und ist somit größer ist als bei Verwendung eines linearen Stell- und Antriebsgliedes zur Abbildung der Elevationsbewegung. Praktischer Vorteil ist der größere technische Einsatzbereich der Erfindung zur Nachführung eines Winkelbereiches.
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Die technische Realisierung der Idee bietet die Möglichkeit zur Installation der mit der Erfindung ausgestatteten Anlage auf Gebäuden, insbesondere auf Gebäudedächern. Dort können sich einige wenige Solarpanele zur Aufnahme von Sonnenenergie befinden oder gar ganze „Solarpanelfelder” bestehend aus mehreren gleichsinnig orientierten Solarpanelen oder PV-Modulen. Es können nach Maßgabe der Erfindung dabei einige wenige (Minimum: ein Solarpanel oder PV-Modul) bis sehr viele (Beispiel: Bis zu etwa bis zu einhundert oder sogar mehr dieser einzelnen Solarpanele oder PV-Module) durch nur einen Antrieb (Schwenkeinheit; Schwenktrieb) im Sinne der Erfindung in Elevationsrichtung verstellt werden. Die Verbindung der einzelnen Solarpanele oder PV-Module erfolgt durch horizontal orientierte Schubstangen, welche mittels jeweils einem Gelenk an dem zu schwenkenden Solarpanel oder PV-Modul verbunden sind, so, dass durch die motorische Betätigung des Schwenktriebs, welcher in der Regel etwa in der geometrischen Mitte des „Solarpanelfeldes” angeordnet ist, die Schwenkbewegung aller einzelnen Solarpanele oder PV-Module vollzogen wird. Die Verbindung der einzelnen Solarpanele oder PV-Module untereinander erfolgt über ein Gestänge sowie ein Gelenk und über zugehörige oder daran angekoppelte Schubstangen. Auf diese Weise können sehr viele Komponenten mir nur einer einzigen Schwenkeinheit verstellt werden. Dies spart in der Praxis viel Geld und sorgt für Robustheit, somit lange Standzeit der Anlagen. Im unwahrscheinlichen Fehlerfalle beschränkt sich die Fehlersuche auf nur eine Antriebskomponente, die in der Praxis schnell ausgetauscht werden kann.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Grundlage der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sowie weiteren naheliegenden vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, sowie anhand der Zeichnungen. Selbstverständlich ist auch die Kombination mehrerer der oben genannten erfindungsgemäßen Systeme möglich.
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1 zeigt beispielhaft und perspektivisch in Ansicht von vorne rechts einen Detailausschnitt für den Anwendungsfall „Leichte Struktur”. Gezeigt wird eine Gesamtanordnung in der Ausführung „Leichte Struktur”. Auf zwei Säulen ist hier gelagert die Trägerstruktur, welche durch die erfindungsgemäße Schwenkeinheit entlang der Achse (HA) verstellt werden kann.
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2 bezieht sich auf den Anwendungsfall der „Leichten Struktur”.
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2a bezieht sich auf den Anwendungsfall der „Leichten Struktur”. Dargestellt ist ein Beschwerungselement („Formstein”).
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3 zeigt beispielhaft ein Solarfeld, das sich dadurch definiert, dass mehrere Solarpaneele voreinander und nebeneinander aneinandergereiht sind.
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4 sowie 5 sowie 6 sowie 7: Diese vier Figuren beziehen sich alle, wie auch vorgenannte 3, auf die beispielhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Schwenkeinheit in einer „Leichten Struktur”.
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1 zeigt beispielhaft und perspektivisch in Ansicht von vorne rechts einen Detailausschnitt für den Anwendungsfall „Leichte Struktur”. Dargestellt ist eine Schwenkeinheit (10), welche zwei zueinander konzentrische, ringförmige Strukturen (19; 21) umfasst, die gegeneinander verdrehbar gelagert und zur gegenseitigen Relativverstellung mit beispielsweise einem Antrieb (15) gekoppelt sind. Diese Schwenkeinheit (10) ist hier verbunden mit einer Montagevorrichtung (14). Diese Montagevorrichtung (14) wiederum sitzt auf den Unterbau (6), beispielsweise einer Säule (6). Durch die Schwenkeinheit (10) kann eine Trägerstruktur (13) verdreht werden. Diese Trägerstruktur (13) ist entlang der Hauptachse (HA) ausgerichtet. Dem Erfindungsgedanken folgend, ist der Hauptachse (HA) stets in etwa horizontal orientiert, und somit in etwa parallel zur Fläche, auf welcher der Unterbau (6) insgesamt steht.
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1 zeigt eine alleinstehende Gesamtanordnung. Auf zwei Säulen (6) ist hier gelagert die Trägerstruktur (13), welche durch die erfindungsgemäße Schwenkeinheit (10) entlang der Achse (HA) verstellt werden kann. Es ist erkennbar, dass die Lagerung auf der zur Schwenkeinheit (10) gegenüberliegenden Seite hier beispielhaft durch ein einfaches Drehgelenk realisiert wird. An der Trägerstruktur (13) befestigt ist die Aufnahmestruktur (12), welche darauf fix installierte planare Elemente (2) oder Flächen (2), beispielsweise Solarpanele oder Werbetafeln, tragen kann. Es ist die Höhe (H) des Unterbaus (6), welche die erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) aufständert, relativ gering. Beispielsweise ist die Höhe (H) des Unterbaus (6) kleiner, als wie ein Mensch hoch ist. Schematisch angedeutet ist auch der Verschattungsbereich (VB), der sich bei ausreichenden Sonnenenstrahlverhältnissen sich unterhalb der aufgeständerten Fläche ergibt. Der Fußbereich (3) kann jeweils direkt auf einem Gebäude befestigt sein, oder in einer Freifläche.
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2 zeigt beispielhaft ebenfalls den Anwendungsfall der „Leichten Struktur”. Es wird der Ausschnitt eines „Solarfeldes” beispielhaft gezeigt, welches 3 weiter beschreibt. Inmitten dieses Solarfeldes befindet sich dort beispielsweise nur eine Schwenkeinheit (10) zu einer Aktivverstellung der planaren Flächen (2) oder Elemente (2) einachsig in Elevation. Die dargestellten planaren Flächen (2) oder Elemente (2), sind hier etwa Solarpanele (PV-Panele; PV-Module) und werden durch diese einzige möglichst zentral angeordnete Schwenkeinheit (10) demnach alle gleichsinnig in Elevationsrichtung verstellt. Durch Verdrehung der Trägerstruktur (13) um eine Hauptachse (HA) werden die planaren Flächen (2) oder Elemente (2) verdreht. Wichtig ist in dieser beispielhaften Ausführung, dass alle vorhandenen planaren Flächen (2) oder Elemente (2) stets identisch verstellt werden, sobald die zentral angeordnete Schwenkeinheit (10) eine Verstellung vornimmt. Dies wird dadurch realisiert, dass die jeweiligen planaren Flächen (2) oder Elemente (2) über ein entsprechendes mehrteiliges mechanisches Gestell (31; 31'; 31'') miteinander verbunden sind. Die 2 und 3 zeigen ebenfalls, das alle dargestellten nebeneinander platzierten planaren Flächen (2) oder Elemente (2) steht auf eigenen Fußschienen (32) das jeweilige Unterbaus (6) stehen.
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2 und 2a: Diese beiden Figuren beziehen sich ebenso wie 3, auf die Leichte Struktur. Im Detail beispielhaft dargestellt ist der Verschattungsbereich (VB) sowie zwei um den Elevationswinkel (Ω) aktuell verstellte planare Flächen (2), beispielhaft ausgeführt als Solarpanele (PV-Panele; PV-Module). Dargestellt sind ebenfalls die Fußschienen (32), welche nicht an den berührenden Boden angeschraubt werden müssen, sondern mittels so genannte Formsteinen (30) oder anderen Beschwerungselementen (30), auf der Oberfläche der Gründung festgehalten werden. Es können mehrere dieser Formsteine (30) oder andere Beschwerungselemente (30), verwendet werden. In der Regel werden so viele solcher Formsteinen (30) oder Befestigungselemente (30) verwendet, um genügend Positionsstabilität für die Gesamtanlage zu gewährleisten. Der Unterbau (6''') in diesem Beispiel ist ein Ständerwerk, gegebenenfalls auch als Fachwerk denkbar, aus leichten Rohrstrukturen oder Halbzeugen, ideal zur Realisierung von sehr leichten Gesamtanlagen. Beispielsweise beträgt die Höhe (H) des Unterbaus (6) weniger, als wie ein Mensch hoch ist.
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3 zeigt beispielhaft ein Solarfeld, das sich dadurch definiert, dass mehrere Solarpaneele (2) voreinander und nebeneinander aneinandergereiht sind. Das beispielhafte Solarfeld wird durch eine erfindungsgemäße Schwenkeinheit (10) in Elevation um den Winkel (Ω) verstellt, der stets der Nachführung der planaren Flächen (2) oder Elemente (2) dem Sonnenstand dient. Sichtbar dargestellt ist mindestens eine horizontal orientierte Schubstange (31), welche eine vordere Reihe mit einer dahinter liegenden Reihe von planaren Flächen (2) oder Elemente (2) verbindet. Die Schubstangen (31) sind jeweils über ein Gelenk (31'') mit der Aufnahmestruktur (12) befestigt. Auf der Aufnahmestruktur (12) befindet sich die planaren Fläche (2) oder das planare Element (2) fix installiert. Durch die Schwenkeinheit (10) verdrehbar ist die Trägerstruktur (13), welche stets entlang einer Hauptachse (HA) orientiert ist. Bei Verstellung der Trägerstruktur (13) durch die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) wird auch die Aufnahmestruktur (12) gleichsinnig verstellt, da diese Aufnahmestruktur (12) mit der Trägerstruktur (13) fix verbunden ist. Dadurch, dass das Gestänge (31') der Schubstange ebenfalls fix mit der Aufnahmestruktur (12) verbunden ist, verstellt sich also auch dieses Gestänge in Elevation und gleichsinnig wie die Verstellung der Trägerstruktur (13). Diese Drehbewegung wird sich durch das Gelenk (31''), das an der jeweiligen Schubstange (31) befestigt ist, in eine größtenteils translatorische Bewegung der Schubstange (31) in horizontaler Richtung umwandeln. Somit wird die Drehbewegung in Elevation (Ω) durch eine im wesentlichen translatorische Bewegung der Schubstange (31) von einer Reihe mehrerer Solarpaneele (2) auf die davor oder dahinterliegende Reihe mehrerer Solarpaneele (2) übertragen. Alle Solarpanele (oder allgemein; Alle vorhandenen planaren Flächen (2) oder Elemente (2)) welche auf diese Weise miteinander verbunden sind, sind über den daraus resultierenden Verstellmechanismus (direkt oder) indirekt mit der Trägerstruktur (13) verbunden. Bei Verstellung der Trägerstruktur (13) infolge Betätigung der erfindungsgemäßen Schwenkeinheit (10) werden also alle so verbundenen planeren Flächen (2) oder Elemente (2) um denselben Elevationswinkel (Ω) verstellt.
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4 sowie 5 sowie 6 sowie 7: Diese vier Figuren beziehen sich alle, wie auch vorgenannte 3, auf die beispielhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Schwenkeinheit in einer leichten Struktur. Wie vorgenannt ist das Prinzip so, dass mindestens ein elektrischer oder hydraulischer Motor (15), welcher mit der erfindungsgemäßen Schwenkeinheit (10) verbunden ist, zueinander konzentrische ringförmigen Strukturen, insbesondere Ringe, (19; 21) relativ zueinander verstellt. Das an den inneren dieser konzentrischen Ringe (21) angeschlossene Trägerstruktur (13) wird somit in Drehung um eine Hauptachse (HA) versetzt. Fest mit der Trägerstruktur (13) verbunden ist zum Einen die Aufnahmestruktur (12). Ebenso direkt fix an der Aufnahmestruktur oder an der Trägerstruktur (13) verbunden ist das Gestänge (31') zur Schubstange (31). Sobald die Trägerstruktur (13) in Drehung versetzt wird, wird also auch dieses Gestänge (31') in Drehung versetzt. Diese Drehbewegung wird durch das Gelenk (31''), das an der jeweiligen Schubstange (31) befestigt ist, in eine größtenteils translatorische Bewegung der Schubstange (31) in horizontaler Richtung geändert. Somit wird die Drehbewegung in Elevation (Ω) durch eine im wesentlichen translatorische Bewegung der Schubstange (31) von einer Reihe mehrerer planarer Flächen (2) oder Elemente (2) auf die davor oder dahinterliegende Reihe ähnlicher Elemente übertragen. Alle vorhandenen planaren Flächen (2) oder Elemente (2)) welche auf diese Weise miteinander verbunden sind, sind über den genannten Verstellmechanismus (direkt oder) indirekt mit der Trägerstruktur (13) verbunden. Bei Verstellung der Trägerstruktur (13) infolge Betätigung der erfindungsgemäßen Schwenkeinheit (10) werden also alle so verbundenen planaren Flächen (2) oder Elemente (2) um den selben Elevationswinkel (Ω) verstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gesamtanlage welche die Erfindung beinhaltet
- 2
- in/auf Nachführsystem installiertes planares Elementen oder Fläche, insbesondere Solarpanel (PV-Panel, PV-Module) als planares Element oder Fläche
- 3
- Fuß oder Gründung, z. B.: der Gesamtvorrichtung
- 6
- „Unterbau” (Stütze, Säule und tragender Pylon) der Gesamtvorrichtung
- 6'''
- „Unterbau”: Aufständerungsanordnung
- 10
- Schwenkeinheit als einachsige Verstellvorrichtung; Schwenkdrehverbindung zu einachsigen Verstellung in Elevationsrichtung; (genannt „Schwenkantrieb”)
- 12
- Aufnahmestruktur; flächiger Solarenergieaufnehmer (definiert durch die Gesamtfläche B·T)
- 13
- Trägerstruktur (angeordnet um im die Hauptschwenkachse)
- 14
- Montagevorrichtung zur Fixierung der einachsigen Verstellvorrichtung
- 15
- Antrieb der Schwenkdrehverbindung zu einachsigen Verstellung in Elevationsrichtung; (genannt „elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb”)
- 19
- Äußerer Ring der Schwenktriebdrehverbindung
- 21
- Innerer Ring der Schwenktriebdrehverbindung
- 30
- Formschlüssiges Befestigungselement, beispielsweise „Formstein”
- 31
- Schubstange
- 31'
- Gestänge
- 31''
- Gelenk der Schubstange
- 32
- Fußschiene der Aufständerungsanordnung bzw. des Unterbaus
- H
- Grundhöhe des Pylons oder der Aufständerungsanordnung
- T
- In Elevation schwenkbare Tiefe Fläche des Solarenergieaufnehmers, schwenkbar um die Hauptschwenkachse
- HA
- Hauptschwenkachse der Elevationsbewegung
- B
- Breite Fläche des Solarenergieaufnehmers
- Ω
- Elevationswinkel
- OK G.o.G.
- Oberkante Gelände oder Gebäude
- VB
- Abschattungsfläche; Verschattungbereich/Verschattungsfläche auf dem Niveau der Oberkante Gelände oder Gebäude
