DE202014005964U1

DE202014005964U1 - Nachführbares Photovoltaikmodul

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Publication number: DE202014005964U1
Application number: DE202014005964.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-08-26
Anticipated expiration: 2024-07-25

Abstract

Nachführbares Photovoltaikmodul, umfassend ein Photovoltaikpanel (1) das an einer Halterung (2) befestigt ist, und ein Fundament (10), wobei die Halterung (2) relativ zum Fundament (10) schwenkbar ist, sowie elektrische Komponenten, insbesondere einen Wechselrichter (5) und einen Energiespeicher (6), dadurch gekennzeichnet, dass – die Halterung (2) bogenförmige Streben (8) umfasst, die an ihren Enden mit dem Photovoltaikpanel (1) verbunden sind und die um eine linear verlaufende Drehachse (26) drehbar sind, – wobei zwischen den Streben (8) zumindest ein windabweisendes Element (7), vorzugsweise eine Plane, eine Metallfolie oder eine Blechkonstruktion, angebracht ist, und – die elektrischen Komponenten an den dem Photovoltaikpanel (1) zugewandten Seiten der Streben (8) angebracht sind, wobei – die Streben (8) an ihrer dem Photovoltaikpanel (1) abgewandten Seite derart über ein Getriebe (4) mit einem Antrieb (3) in Verbindung stehen, dass die Halterung (2) in einer ersten Ebene schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein nachführbares Photovoltaikmodul, umfassend ein Photovoltaikpanel das an einer Halterung befestigt ist, und ein Fundament, wobei die Halterung relativ zum Fundament schwenkbar ist, sowie elektrische Komponenten, insbesondere einen Wechselrichter und einen Energiespeicher.
Bekannt sind Photovoltaiksysteme die mit Hilfe von Solarzellen Sonnenlicht direkt in Gleichstrom umwandeln, der weiters durch einen Wechselrichter in Wechselstrom gewandelt und über einen Einspeiszähler in das Stromnetz eingespeist wird.
Solarzellen an sich umfassen dotiertes Silizium welches mittels Glas und speziellen Folien zu einem Modul zusammengesetzt wird wobei mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschaltet werden.
Die Montage der Solarmodule erfolgt über verschiedene Montagevarianten die sich durch die Befestigungstypen unterscheiden. Dabei gibt es zunächst Aufdachmontagen, wo die Solarmodule unter Berücksichtigung einer Hinterlüftung am Dach befestigt werden. Bei der Indachmontage werden die Module anstatt der Dachziegel montiert und somit Teil des Daches selbst. Auch kann man Solarmodule mit Aufständerungen befestigen, die einerseits auf freien Flächen oder Flachdächern, aber auch auf flachen Schrägdächern befestigt werden können.
Nachgeführte Systeme bringen den besten Wirkungsgrad aller bisher erwähnten da sogenannte „Tracker” ermöglichen, dem Lauf der Sonne zu folgen. Bekannt sind insbesondere Systeme die an einer Halterung befestigbar und durch einen Antrieb und ein Getriebe bewegbar sind.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtungen ist es, dass sie eine große Angriffsfläche für Wind bieten. Außerdem sind sie meist exponiert wie z. B. auf Dächern und freien Flächen aufgestellt, was zu hohen Windlasten führen kann. Dadurch werden teure Verankerungen notwendig oder auch muss die Angriffsfläche verringert werden da es sonst zu Schäden kommen kann. Wenn nun die Angriffsfläche verringert wird, führt das unweigerlich zu einer Verringerung der Anzahl bzw. Größe der Solarpanele und somit einer Abnahme der Stromproduktion.
Zur Abhilfe dieser Probleme ist beispielsweise aus der US 2010/0229850 A1 ein Photovoltaikmodul bekannt, welches ein windabweisendes Element umfasst.
Ein wesentlicher Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass durch die für die Umwandlung der erzeugten Energie erforderlichen elektrischen Komponenten, beispielsweise Wechselrichter und elektrische Energiespeicher, separat von der Photovoltaikanlage vorgesehen sind und entsprechende Verkabelungen vorgesehen werden müssen, die ihrerseits wiederum Windangriffspunkte bilden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der Vorrichtungen aus dem Stand der Technik zu lösen sowie ein alternatives, einfach herzustellendes und robustes, nachführbares Photovoltaikmodul zu schaffen.
Die Aufgabe wird bei einem Photovoltaikmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Indem die die Halterung bogenförmige Streben umfasst, die an ihren Enden mit dem Photovoltaikpanel verbunden sind und um eine linear verlaufende Drehachse schwenkbar sind, kann die Halterung in einfacher Weise verschwenkt werden. Die zwischen den Streben angebrachten windabweisenden Elemente sind vorzugsweise in Form einer Plane, einer Metallfolie oder einer Blechkonstruktion ausgeführt und sind derart angeordnet, dass sie die Verschwenkung bzw. Drehung der Halterung nicht behindern.
Indem die elektrischen Komponenten an den dem Photovoltaikpanel zugewandten Seiten der Streben angebracht sind, erübrigen sich etwaige außerhalb des Moduls verlaufende Kabelführungen. Die elektrischen Komponenten befinden sich praktisch im Innenraum des Moduls zwischen dem Photovoltaikpanel und den windabweisenden Elementen.
Weiters erlaubt das Merkmal, dass die Streben an ihrer dem Photovoltaikpanel abgewandten Seite, also der Außenseite, derart über ein Getriebe mit einem Antrieb in Verbindung stehen, dass die Streben und mit ihnen die gesamte Halterung in einer ersten Ebene schwenkbar ist, dass die Halterung geschwenkt werden kann, ohne die windabweisenden Elemente zu beeinflussen.
Vorzugsweise sind die Streben halbkreisförmig ausgeführt, wobei sich die Drehachse im Mittelpunkt des durch die Streben gebildeten Halbkreises befindet. Die Drehachse der Schwenkung befindet sich auf Grund der halbkreisförmigen Form stets im Mittelpunkt des durch die Streben gebildeten Halbkreises und ermöglicht eine stets gleichmäßige Energieausbeute während das Photovoltaikpanel dem Sonnenstand nachgeführt wird. Eine Winkelabweichung wird dadurch ausgeschlossen.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Halterung nicht nur in einer Ebene, sondern auch in einer zweiten Ebene schwenkbar ist, welche normal auf die erste Ebene liegt. Dies hat den Vorteil, dass die unterschiedliche Position der Sonne im Laufe des Jahres verfolgt werden kann. Durch eine derartige zweidimensionale Nachführung kann – im Rahmen der jeweiligen Winkelbereiche – beinahe jeder Punkt am Himmel angepeilt werden. Die Halterung ist vorzugsweise mit einer Bogenführung verbunden, welche derart angeordnet ist, dass sie die Halterung gemeinsam mit den Streben in einer Ebene drehen kann, welche normal zur ersten Ebene ist.
Die Halterung kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass sie um eine erste Drehachse und um eine normal darauf stehende zweite Drehachse schwenkbar ist, wobei die zweite Drehachse die Halterung in einen ersten Hebelarm sowie einen zweiten Hebelarm teilt, wobei zur Stabilisierung der Halterung an zumindest einem Hebelarm ein Gewicht vorgesehen ist, welches derart dimensioniert ist, dass die auf die beiden Hebelarme wirkenden Hebelkräfte im Ruhezustand im Wesentlichen gleich sind.
Dadurch wird erreicht, dass der Antrieb für die Durchführung der Schwenkbewegung nur eine relativ geringe Kraft aufbringen muss, da sich die Halterung relativ im Gleichgewicht befindet. Wenn die Hebelarme gleich lang ausgebildet wären, dann müsste die Halterung auf einer erhöhten Konstruktion angebracht werden, um eine ausreichende Schwenkung zu erreichen. Hingegen ermöglicht die Ausführung mit unterschiedlich langen Hebelarmen und Gegengewicht eine platzsparende und einfache Realisierung der schwenkbaren Halterung.
Zur Stabilisierung des Photovoltaikpanels können stabilisierende Elemente aus Holz, Metall oder Kunststoff und/oder eine Stütze vorgesehen sein. Insbesondere die Stütze ermöglicht es, die Halterung im nichtbenutzten Zustand in einer definierten Position abzulegen.
Die Bogenführung kann mit verschiedenen Mechanismen angetrieben werden, insbesondere über eine Hebelmechanik oder einen Kettenantrieb.
Das Getriebe kann in Form einer Verzahnung die in ein Zahnrad auf der Welle des Antriebs eingreift oder in Form eines Rollenantriebs mit Treibrolle und Laufrolle ausgeführt sein. Das Getriebe kann aber auch einen, die Halterung bewegenden, hydraulisch betriebenen Stößel umfassen und an den Streben Vorsprünge aufweisen, die in, an einer Trägerplatte vorgesehene, Ausnehmungen eingreifen.
Das Fundament kann als massives Element ausgeführt werden. Als Antrieb, um das Photovoltaikelements bewegen zu können, kann ein Elektromotor verwendet werden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Ausführungsbeispiele den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in axonometrischer Darstellung;
2a und 2b zeigen das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel als Querschnitt und in einer Detailansicht;
3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Querschnitt;
4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Querschnitt;
5a–5b zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Querschnitt;
5c zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Querschnitt.
1 zeigt eine Axonometrie eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, welches in einer ersten Drehachse schwenkbar ist. Photovoltaikpanele 1 sind an einer Halterung 2 befestigt. Die Halterung 2 umfasst Streben 8 an denen ein windabweisendes Element 7 montiert ist. Dabei kann es sich um eine Blechkonstruktion, eine Metallfolie, eine Plane oder dergleichen handeln. Die Streben 8 sind entlang der Ständer 21 geführt. Die Ständer 21 verbinden die Konstruktion zur Kraftabtragung mit einem Fundament 10.
2 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1. Photovoltaikpanele 1 sind an den Endpunkten von Streben 8, die eine Halterung 2 bilden, befestigt. Das windabweisende Element 7 in Form einer Plane oder eines Blechs ist zwischen den Streben 8 der Halterung 2 angebracht. Stabilisierende Elemente 9 verbinden die Photovoltaikpanele 1 und die Streben 8 der Halterung 2. Der Wechselrichter 5 und der Energiespeicher 6 sind innenseitig an den Streben 8 angebracht. Ein Zahnrad auf der Welle eines Antriebs 3 in Form eines Elektromotors, der an einem Ständer 21 befestigt ist, greift in an den Streben 8 vorgesehene Verzahnungen 11 ein und bewegt die Halterung 2 derart, dass sie sich in einer ersten Ebene dreht. Die Drehung erfolgt dabei um eine nicht dargestellte erste Drehachse, die sich im Mittelpunkt der halbkreisförmigen Streben 8 befindet.
Die Strebe 8 ist durch Rollwalzen 20 kraftschlüssig mit den Ständern 21 verbunden. Die Ständer 21 verbinden die Konstruktion zur Kraftabtragung mit dem Fundament 10. Um eine gute Ableitung von Windkräften zu gewährleisten, ist die Halterung 2 bezüglich der Photovoltaikpanele 1 konvex ausgeführt. Dadurch wird beim Auftreten von Wind dieser um die Konstruktion herumgeleitet und das Auftreten übermäßiger Kräfte auf die Photovoltaikpanele vermieden.
2b zeigt die Führung einer Strebe 8 der Halterung 2 im Detail. Die Strebe 8 wird durch die Rollwalzen 20 gehalten und geführt.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls. Photovoltaikpanele 1 sind an einer Halterung 2 befestigt, die Streben 8 umfasst. Stabilisierende Elemente 9 verbinden die Photovoltaikmodule 1 und die Streben 8 der Halterung 2. Der Wechselrichter 5 und der Energiespeicher 6 sind innenseitig an der Strebe 8 angebracht. Ein Rollantrieb 12, der an einem Basisbogen 18 angebracht ist, umfasst einen Antrieb 3 in Form eines Elektromotors.
Der Elektromotor betreibt eine Treibrolle 13, die kraftschlüssig mit einer Strebe 8 der Halterung 2 verbunden ist, und bewegt die Halterung 2 derart, dass sie sich in einer ersten Ebene dreht. Die Drehung erfolgt dabei um eine nicht dargestellte erste Drehachse, die sich im Mittelpunkt der halbkreisförmigen Streben 8 befindet. Zur zusätzlichen Stabilisierung sind frei bewegliche Laufrollen 14 vorgesehen. Der Basisbogen 18 verbindet die Konstruktion zur Kraftabtragung mit dem Fundament 10.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls. Photovoltaikpanele 1 sind an einer Halterung 2 befestigt, die Streben 8 umfasst. Stabilisierende Elemente 9 verbinden die Photovoltaikmodule 1 und die Streben 8 der Halterung 2. Der Wechselrichter 5 und der Energiespeicher 6 sind innenseitig an der Strebe 8 befestigt. Auf dem Fundament 10 ist eine Trägerplatte 19 vorgesehen. Der Antrieb 3 ist im Übergangsbereich der Trägerplatte 19 und Fundament 10 angebracht. Ein Stößel 15 wird vom Antrieb 3 vertikal verschoben. Der Stößel 15 ist an seinem freien Ende gelenkig mit einer Strebe 8 der Halterung 2 verbunden. Durch die Heb- und Senkbewegungen des Stößels 15 wird die Halterung 2 nach vor bzw. zurück gekippt.
Um in allen Position Stabilität zu gewährleisten sind Vorsprünge 16 an den Streben 8 und korrespondierende Ausnehmungen 17 an der Trägerplatte 19 vorgesehen.
Die Vorsprünge 16 und die korrespondierenden Ausnehmungen 17 bilden das Getriebe 4. Bei Bewegung der Halterung 2 greifen die Vorsprünge 16 in korrespondierende Ausnehmungen 17 ein und gewährleisten ein problemloses Vor- und Zurückrollen der Halterung 2.
5a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, wobei das Photovoltaikmodul in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Ebenen drehbar ist.
Photovoltaikpanele 1 sind an einer halbkreisförmigen Halterung 2 befestigt, welche halbkreisförmige Streben 8 und windabweisende Elemente 7 aufweist. Im Zwischenraum zwischen den Photovoltaikpanelen 1 und den windabweisenden Elementen 7 sind die elektrischen Komponenten des Photovoltaikmoduls angeordnet. Die Halterung 2 ist um eine schematisch angedeutete Drehachse 26 schwenkbar und ruht auf einer Trägerplatte 19, die auch weggelassen werden kann. Die gesamte Anordnung ist um eine zweite Drehachse 27 schwenkbar. Zu diesem Zweck ist eine Bogenführung 23 mit einem Antrieb 24 an einem Fundament 10 angeordnet.
5b zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 5a in Queransicht, wobei das Photovoltaikpanel 1 in seiner Ausdehnung nur schematisch angedeutet wurde. Die Halterung 2 ist sowohl um die Drehachse 26, als auch um die Drehachse 27 schwenkbar. Die zweite Drehachse 27 ist jedoch bodennah und in Hinblick auf die Ausdehnung der Halterung 2 asymmetrisch angeordnet.
Konkret liegt die Drehachse am unteren Teil der Halterung 2 und unterteilt die Halterung 2 in einen ersten Hebelarm sowie einen zweiten Hebelarm. Zur Stabilisierung der Halterung 2 ist am unteren Hebelarm ein Gewicht 25 vorgesehen, welches derart dimensioniert ist, dass sich die auf die beiden Hebelarme wirkenden Hebelkräfte, die in der Figur als G1 und G2 angedeutet und abhängig vom Gewicht der Konstruktion und der Position der Drehachse 27 sind, im Ruhezustand im Wesentlichen aufheben.
Die Bogenführung 23 ist mit einem Antrieb 25 versehen, der in Form einer Hebelmechanik ausgeführt ist. Weiters ist am Fundament 10 eine Stütze 21 vorgesehen, um die Halterung 2 im nichtgeschwenkten Zustand oder bei Ausfall des Antriebs in einen Ruhezustand versetzen zu können.
5c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Photovoltaikpanele 1 sind an einer Halterung 2 befestigt, welche halbkreisförmige Streben und windabweisende Elemente aufweist. Im Zwischenraum zwischen den Photovoltaikpanelen 1 und den windabweisenden Elementen 7 sind die elektrischen Komponenten des Photovoltaikmoduls angeordnet. Die Halterung 2 ist um eine schematisch angedeutete erste Drehachse 26 schwenkbar.
Die gesamte Anordnung ist um eine schematisch angedeutete zweite Drehachse 27 schwenkbar. Zu diesem Zweck ist eine Bogenführung 23 mit einem Antrieb 24 an einem Fundament 10 angeordnet. Zum Antrieb der Bogenführung 23 ist ein Kettenantrieb vorgesehen und die Halterung 2 ist, um Gewicht einzusparen, in ihrem oberen Bereich in Form einer Rahmenkonstruktion ausgeführt.
Die Erfindung umfasst auch weitere, nicht dargestellte Ausführungsformen im Rahmen des nachfolgenden Schutzbegehrens.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaikpanel
2: Halterung
3: Antrieb
4: Getriebe
5: Wechselrichter
6: Energiespeicher
7: Windabweisendes Element
8: Strebe
9: Stabilisierende Elemente
10: Fundament
11: Verzahnung
12: Rollenantrieb
13: Treibrolle
14: Laufrolle
15: Stößel
16: Vorsprünge
17: Ausnehmungen
18: Basisbogen
19: Trägerplatte
20: Rollwalzen
21: Ständer
22: Stütze
23: Bogenführung
24: Antrieb
25: Gewicht
26: Erste Drehachse
27: Zweite Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0229850 A1 [0007]

Claims

Nachführbares Photovoltaikmodul, umfassend ein Photovoltaikpanel (1) das an einer Halterung (2) befestigt ist, und ein Fundament (10), wobei die Halterung (2) relativ zum Fundament (10) schwenkbar ist, sowie elektrische Komponenten, insbesondere einen Wechselrichter (5) und einen Energiespeicher (6), dadurch gekennzeichnet, dass – die Halterung (2) bogenförmige Streben (8) umfasst, die an ihren Enden mit dem Photovoltaikpanel (1) verbunden sind und die um eine linear verlaufende Drehachse (26) drehbar sind, – wobei zwischen den Streben (8) zumindest ein windabweisendes Element (7), vorzugsweise eine Plane, eine Metallfolie oder eine Blechkonstruktion, angebracht ist, und – die elektrischen Komponenten an den dem Photovoltaikpanel (1) zugewandten Seiten der Streben (8) angebracht sind, wobei – die Streben (8) an ihrer dem Photovoltaikpanel (1) abgewandten Seite derart über ein Getriebe (4) mit einem Antrieb (3) in Verbindung stehen, dass die Halterung (2) in einer ersten Ebene schwenkbar ist.
Photovoltaikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (8) halbkreisförmig sind und sich die Drehachse (26) im Mittelpunkt des durch die Streben (8) gebildeten Halbkreises befindet.
Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2) über eine Bogenführung (23) in einer zweiten Ebene schwenkbar ist, welche normal auf die erste Ebene liegt
Photovoltaikmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2) um eine erste Drehachse (26) und um eine normal darauf stehende zweite Drehachse (27) schwenkbar ist, wobei die zweite Drehachse (27) die Halterung (2) in einen ersten Hebelarm sowie einen zweiten Hebelarm teilt, und zur Stabilisierung der Halterung (2) an zumindest einem Hebelarm ein Gewicht (25) vorgesehen ist, welches derart dimensioniert ist, dass die auf die beiden Hebelarme wirkenden Hebelkräfte im Ruhezustand im Wesentlichen gleich sind.
Photovoltaikpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Photovoltaikpanels (1) stabilisierende Elemente (9) aus Holz, Metall oder Kunststoff und/oder eine Stütze (21) vorgesehen sind
Photovoltaikpanel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (23) über eine Hebelmechanik oder einen Kettenantrieb schwenkbar ist.
Photovoltaikpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) eine Verzahnung (11), die in ein Zahnrad auf der Welle des Antriebs (3) eingreift, oder einen Rollenantrieb (12) mit Treibrolle (13) und Laufrolle (14) umfasst.
Photovoltaikpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) einen, die Halterung (2) bewegenden, hydraulisch betriebenen Stößel (15) umfasst und an den Streben (8) Vorsprünge (16) vorgesehen sind, die in, an einer Trägerplatte (19) vorgesehene, Ausnehmungen (17) eingreifen