DE20317666U1 - Equipment for guiding sun light collector with sun during day has drive that works with constant speed of rotation and has rotation axes that are arranged to each other in angle of earth's axis inclination - Google Patents

Equipment for guiding sun light collector with sun during day has drive that works with constant speed of rotation and has rotation axes that are arranged to each other in angle of earth's axis inclination Download PDF

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Abstract

The equipment has a drive that works continuously with constant speed of rotation. Both rotation axes are arranged to each other in an angle of the earth's axis inclination. The rotary movement of the years axis (11) is mechanically coupled to the rotation of the days axis (1).

Description

Bisherige zweiachsige Sonnennachführungen benötigen zur Ausrichtung auf die Sonne eine aufwändige Sensorik, eine komplizierte Datenverarbeitung, oder beides, sowie elektrische oder hydraulische Stellmodule als Antriebselemente. Diese, neben der eigentlichen Trägerkonstruktion für das nachzuführende Objekt, sehr kostenintensiven Zusatzaufwendungen, standen bisher einer weiten Verbreitung sonnennachgeführter Objekte im Weg. Bisher sind Alternativen bekannt, die sich einachsig parallel zur Erdachse drehen und über mechanische Elemente versuchen den jahreszeitlichen Sonnenlaufänderungen zu folgen(z.B.DE10134045). Diese sind jedoch für viele Anwendungen (insb. Konzentratoren) zu unpräzise oder/und bedürfen einer häufigen Nachjustierung.Previous two-axis sun tracking need an elaborate sensor system for alignment with the sun, a complicated one Data processing, or both, and electrical or hydraulic Control modules as drive elements. This, in addition to the actual one support structure for the object to be tracked, very cost-intensive additional expenses have so far been a major issue Distribution of sun-tracking Objects in the way. So far, alternatives are known that are uniaxial Rotate parallel to the earth's axis and try mechanical elements the seasonal changes in the sun's run to follow (e.g. DE10134045). However, these are for many applications (esp. Concentrators) too imprecise or / and need a frequent readjustment.

Desweiteren sind bekannt:Furthermore, the following are known:

  • – Zweiachsige Sonnennachführung mit gekoppelten, aber senkrecht zueinande stehenden Achsen (DE 20021890u1).- Biaxial Solar Tracking with coupled but perpendicular axes (DE 20021890u1).
  • – Eine Nachführung mit gekröpfter Achse und zwei Aufhängungspunkten, deren Konstruktion zwar auch zwei, sich an Erdachse und Erdumlaufbahnachse orientierende, Achsen besitzt, jedoch zwei Antriebe und eine aufwändige Halterung benötigt, sowie die Lichtweiterleitung eines durch Doppekeflektion mit Parabolspiegeln erzeugten konzentrierten Lichtbündels nicht ermöglicht (DE2702297c2).- One tracking with cranked Axis and two suspension points, the construction of which is also two, on the earth's axis and earth's orbit axis orienting axes, but has two drives and a complex bracket needed as well as the transmission of light by double reflection with parabolic mirrors generated concentrated light beam allows (DE2702297c2).
  • – Kettengeführte Koppelungen mehrerer Sonnennachführungen herkömmlicher Bauart (DE20215556u1).- Chain-guided couplings several sun tracks conventional Type (DE20215556u1).

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegen folgende Probleme zugrunde:The specified in the claim The invention is based on the following problems:

  • – Eine Alternative zu den bisherigen zweiachsigen Sonnennachführungen zu bieten, die, weil sie kompliziert und teuer sind, trotz vieler Nutzungsmöglichkeiten kaum Anwendung finden.- One Alternative to the previous two-axis sun tracking to offer which, because they are complicated and expensive, despite many uses hardly find application.
  • – Eine technisch einfache und auch für Entwicklungsländer geeignete Sonnennachführungen zu entwickeln.- One technically simple and also for Developing countries suitable sun tracking to develop.
  • – Eine exakte Sonnennachführungen, auch ohne Elektronik und Elektrizität, gewissermaßen rein mechanisch zu ermöglichen.- One exact sun tracking, even without electronics and electricity, sort of pure mechanically.
  • – Eine, für die Weiterleitung von gesammeltem Licht optimierte Kollektorbefestigung zu integrieren.- one, for the Forwarding of collected light optimized collector attachment to integrate.
  • – Kostengünstige, mit Hilfe von Mehrfachreflektion, auch für Solarturmkraftwerke geeignete Nachführungen bereitzustellen- Inexpensive, with the help of multiple reflection, also suitable for solar tower power plants trackers provide

Diese Probleme werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.These problems are solved with the im Protection claim 1 listed Features resolved.

Dies wir erreicht, indem man berücksichtigt, daß es nur zwei gleichmäßige Bewegungen sind, welche bewirken, daß die Sonne für uns nicht stillsteht und sich darauf beschränkt diese beiden Bewegungen getrennt voneinander zu egalisieren.We do this by taking into account that it is only two even movements are which cause the Sun for does not stand still and is limited to these two movements equalize separately from each other.

Bei den beiden relevanten Bewegungen handelt es sich um die Erddrehung um ihre eigene Achse, sowie den Umlauf der Erde um die Sonne. Diese beiden Rotationen müssen infolge der Neigung der beiden Drehachsen zueinander getrennt betrachtet werden (Taumelbewegung der Erdachse und die Elyptik der Erdumlaufbahn um die Sonne sind hier vernachlässigt). Die Achse welche dem Ausgleich der Erdrotation dient, wird hier „Tagesachse", und die Achse welche dem Ausgleich des Erdumlaufs um die Sonne dient „Jahresachse" genannt.Acting in the two relevant movements it is the rotation of the earth around its own axis, as well as the orbit the earth around the sun. These two rotations are due to the inclination of the the two axes of rotation are considered separately (wobble movement the Earth's axis and the elliptical orbit of the Earth around the Sun. neglected here). The axis that serves to compensate for the earth's rotation becomes the "daily axis" here, and the axis which serves to balance the earth's orbit around the sun "annual axis" called.

Beide Rotationsbewegungen werden erfindungsgemäß dadurch egalisiert, daß um die entsprechenden Achsen jeweils Gegenbewegungen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit erfolgen. Die zwei Drehachsen sind hierbei durch den ortsspezifischen Breitengrad und die Erdachsenneigung (23,5°) festgelegt.Both rotational movements will be according to the invention equalized that um the corresponding axes each counter movements with the same Angular velocity. The two axes of rotation are here through the location-specific latitude and the slope of the earth axis (23.5 °) established.

Da diese Rotationen keine Schwankungen aufweisen, ist für diesen erfindungsgemäßen Lösungsansatz ein gleichmäßiger Antrieb ausreichend. Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Gegenrotation um die Jahresachse durch eine vorteilhafte Einrichtung wie in Schutzanspruch 1 und 3 beschrieben, keinen eigenen Antrieb benötigt, sondern durch die angetriebene Rotation der Tagesachse automatisch hervorgerufen wird. Hierdurch entfällt ein zweiter Antrieb.Since these rotations do not fluctuate, is for this approach according to the invention an even drive sufficient. A special feature of the invention is that the counter-rotation around the annual axis through an advantageous facility as in protection claim 1 and 3 described, no own drive required, but by the driven Rotation of the daily axis is automatically caused. hereby not applicable second drive.

Die Bezeichnung Sonnenlichtkollektor erfasst hier und im weiteren, sämtliche der Nutzung oder Weiterleitung von Sonnenlicht dienenden Geräte wie Photovoltaikmodule, Absorber, Kocher, Spiegel, usw..The term sunlight collector recorded here and further, all the use or forwarding of devices serving sunlight, such as photovoltaic modules, Absorbers, stoves, mirrors, etc.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,The advantages achieved with the invention consist in particular in

  • – daß sie nur einen einzigen Antrieb benötigt,- that she only needed a single drive
  • – daß anstelle von Stellmotoren nur ein gleichmäßiger Antrieb notwendig ist und somit die Möglichkeit einen einfachen, evl. nichtelektrischen Antrieb zu benutzen vorhanden ist.- that instead of actuators only an even drive is necessary and thus the possibility of a simple, possibly non-electric drive available to use is.
  • – daß die Mechanik offen nachvollziehbar und einfach ist.- that the mechanics is understandable and simple.
  • – daß die Konstruktion bei einer Aufreihung baugleicher Konstruktionen (z.B. in einem Solarpark oder auf einem Dachfirst) eine gleichzeitige Steuerung vieler Geräte mit nur einem langen Achsantrieb erlaubt.- that the construction with a line-up of identical constructions (e.g. in a solar park or on a roof ridge) a simultaneous control of many devices with only long axis drive allowed.
  • – daß die Herstellung sehr preisgünstig möglich und nur mit einfacher Technik verbunden ist (wichtig für Entwicklungsländer).- that the manufacture very inexpensive possible and is only connected with simple technology (important for developing countries).
  • – teure und störanfällige Bauteile wie Sensorik, Stellmotoren, Elektronik, Software und eine aufwändige kardanische Mechanik fehlen.- expensive and fault-prone components such as sensors, actuators, electronics, software and an elaborate gimbal Mechanics are missing.
  • – daß die Aufhängung zentral ist, und somit die Einleitung des, mit Hilfe eines Parabolspiegel und einer Gegenreflexion an einem zweiten Parabolspiegel erzeugten Lichtbündels, in einen den Sonnenstrahlen parallelen Lichtleiter möglich ist; und somit neben der Nachführung von Geräten die einer direkten Sonnenlichtnutzung dienen, wie z.B. Solarzellen, sowohl eine Lichtlenkung in Gebäude, als auch die Umlenkung des am unteren Ende der Tagesachse austretenden Strahlungsbündels, über fest montierte Spiegel auf einen mit anderen Anlagen gemeinsamen Brennpunkt, möglich ist, um eine Leistungsdichte zu erreichen, wie sie für Solarkraftwerke und industrielle Nutzung notwendig ist..- That the suspension is central, and thus the initiation of the light beam generated with the aid of a parabolic mirror and counter-reflection on a second parabolic mirror is possible in a light guide parallel to the sun's rays; and thus in addition to tracking devices that serve direct sunlight, such as solar cells, both a light control in buildings, as well as the deflection of the radiation beam emerging at the lower end of the day axis, via fixed mirrors to a focal point common with other systems, is possible in order to achieve a power density as is necessary for solar power plants and industrial use.
  • – daß ein Lichtleiter zwischen Entstehungspunkt (2. Parabolspiegel) und Übergabepunkt (Gestellauflage) des konzentrierten Lichtbündels nur eine Abwinkelung zu überwinden hat.- that a light guide between the point of origin (2nd parabolic mirror) and the transfer point (Rack support) of the concentrated light beam only one bend to overcome Has.
  • – daß die Anpassung an den jeweiligen Ort sehr einfach ist (Neigungswinkel ist entsprechend dem Breitengrad einzustellen).- that the adjustment to the respective location is very simple (angle of inclination is corresponding the latitude).

Die erfmdungsgemäße Lösung wird exemplarisch durch eine Vorrichtung wie in 1 erreicht. Hierbei beinhaltet ein freistehendes oder fest montiertes Gestell (hier das Beispiel eines Dreibeins) einen um eine vorgegebene Achse (1) drehbaren Aufsatz (2), der in einem festgelegten Winkel (3) zum Erdboden (entsprechend dem Breitengrad) nach Norden ausgerichtet ist. Dieser Aufsatz (2) wird durch einen geeigneten Antrieb (4) entgegen der Erdrotation gedreht (ca.1 U/24 h). Bei einem tangential zur Tagesachse (1) ansetzenden Drehantrieb, wird die notwendige Hemmung gegen Windlast durch Verwendung eines steilen Schneckengetriebes (6) erreicht. Am Beispiel ist dies durch eine senkrecht zur Aufsatzachse montierte Achse (5) dargestellt, die über das Schneckengetriebe (6) den Aufsatz (2) dreht . Die Neigung der zweiten Rotationsachse (11) zur ersten (1) beträgt grundsätzlich 23,5° (7)(dies entspricht der Erdachsenneigung gegen die Achse der Erdumlaufbahn um die Sonne). Sie wird auf den, schwenkbar am Aufsatz angebrachter Ausleger (8), der das nachzuführende Objekt (9) trägt, übertragen, indem dieser (8) auf einer schräg am Aufsatz (2) befestigten Scheibe (10) aufliegt. Diese runde gezahnte Scheibe (10) bildet die senkrechtstehende Ebene zur Jahresachse (11). Ausleger (8) und Taumelscheibe (10) sind gegeneinander um die Tagessachse (1) verdrehbar und werden über einen gewichtsgesteuerten Zahnradeingriff (12), der einem Uhrwerkanker ähnelt, gegeneinander fixiert (Fig.3). Das sich bei jeder Umdrehung des Aufsatzes (2) aufgrund der Schwerkraft einmal hin- und herbewegende Gewicht (13 ), bewirkt mit seinem fortschreitenden Eingriff in die Zähne der Taumelscheibe (10) eine Verschiebung des Auslegers (8) zur Taumelscheibe (10). Diese Verschiebung beträgt pro Umdrehung des Aufsatzes 1/365 eines Kreises. Eine Umdrehung des Aufsatzes (2) in ca. 24 Stünden egalisiert die Erdachsendrehung, und eine Umdrehung des Auslegers (8) gegenüber der Taumelscheibe egalisiert in einem Jahr die Drehung der Erde um die Sonne.The solution according to the invention is exemplified by a device as in 1 reached. Here, a free-standing or permanently mounted frame (here the example of a tripod) includes one around a predetermined axis ( 1 ) rotatable attachment ( 2 ) at a fixed angle ( 3 ) to the ground (according to the latitude) facing north. This essay ( 2 ) by a suitable drive ( 4 ) rotated against the earth's rotation (approx. 1 U / 24 h). With a tangent to the daily axis ( 1 ) starting rotary drive, the necessary inhibition against wind load is achieved by using a steep worm gear ( 6 ) reached. In the example, this is due to an axis mounted perpendicular to the top axis ( 5 ) shown above the worm gear ( 6 ) the essay ( 2 ) turns. The inclination of the second axis of rotation ( 11 ) to the first ( 1 ) is basically 23.5 ° ( 7 ) (this corresponds to the inclination of the earth axis against the axis of the earth's orbit around the sun). It is attached to the boom, which is pivotally attached to the attachment ( 8th ), the object to be tracked ( 9 ), transferred by this ( 8th ) on a slant on the attachment ( 2 ) attached disc ( 10 ) rests. This round toothed disc ( 10 ) forms the plane perpendicular to the annual axis ( 11 ). Boom ( 8th ) and swashplate ( 10 ) are against each other around the daily axis ( 1 ) can be rotated and are controlled by a weight-controlled gear mesh ( 12 ), which resembles a clockwork anchor, fixed against each other (Fig. 3). That changes with every revolution of the attachment ( 2 ) weight floating back and forth due to gravity ( 13 ), with its progressive engagement in the teeth of the swashplate ( 10 ) a movement of the boom ( 8th ) to the swashplate ( 10 ). This shift amounts to 1/365 of a circle per revolution of the attachment. One turn of the attachment ( 2 ) in about 24 hours the earth axis rotation is equalized, and one turn of the boom ( 8th ) compared to the swashplate equalizes the rotation of the earth around the sun in one year.

Die Anlage läuft bei ausreichender Antriebsenergie und hoher Ganggenauigkeit desselben völlig eigenständig. Bei fehlender Ganggenauigkeit des Antriebs ist eine gelegentliche Nachjustierung und bei einem Uhrwerk das Aufziehen erforderlich.The system runs with sufficient drive energy and high accuracy of the same completely independently. at missing drive accuracy is an occasional readjustment and winding up is necessary for clockwork.

Claims (12)

Vorrichtung zur Nachführung eines Sonnenlichtkollektors nach dem Tageslauf der Sonne, dadurch gekennzeichnet, daß die exakte Sonnenausrichtung ganzjährig durch einen einzigen, kontinuierlich arbeitenden Antrieb mit konstanten Drehzahl erfolgt, wobei die beiden Drechachsen im Winkel der Erdachsenneigung zueinander stehen und die Drehbewegung der Jahresachse (11) mechanisch an die Drehung der Tagesachse (1) gekoppelt ist.Device for tracking a sunlight collector after the course of the day of the sun, characterized in that the exact orientation of the sun is carried out all year round by a single, continuously operating drive at constant speed, the two turning axes being at an angle to the inclination of the earth axis and the rotational movement of the year axis ( 11 ) mechanically to the rotation of the daily axis ( 1 ) is coupled. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des auszurichtenden Trägerauslegers (8) durch eine an der Tagessachse angebrachten Taumelscheibe (10) erfolgt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the guide of the beam to be aligned ( 8th ) by a swashplate attached to the daily axis ( 10 ) he follows. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Trägerauslegers auf der Taumelscheibe mit Hilfe eines Pendelgewichts (13) mit Zahnradeingriff erfolgt, welches ansonsten der Fixierung dieser beiden Bauteile zueinander dient.Apparatus according to claim 1, characterized in that the displacement of the support arm on the swash plate by means of a pendulum weight ( 13 ) with gear meshing, which otherwise serves to fix these two components to each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine lange Antriebsachse einen Parallelbetrieb mehrer Anlagen mit nur einem Antrieb erfolgt.Device according to claim 1, characterized in that a long drive axis with parallel operation of several systems only one drive takes place. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Aufhängung so gestaltet ist, daß die Weiterleitung des, über eine Doppelreflektion zweier Parabolspiegel gesammelten Lichtes, in Form eines Lichtbündels durch die hohle Zentralaufhängung erfolgt.Device according to claim 1, characterized in that the central suspension is designed so that the Forwarding the, about a double reflection of two parabolic mirrors of collected light, in the form of a beam of light through the hollow central suspension he follows. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel zwischen Sammelpunkt (2. Parabolspiegel) und Übergabepunkt (Gestellauflage) nur eine Abwinkelung zu überwinden hat.Apparatus according to claim 6, characterized in that the light beam between Collection point (2nd parabolic mirror) and transfer point (rack support) just to overcome a bend Has. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung an den jeweiligen Ort durch die Neigungsverstellung der Tagesachse, orientiert am Breitengrad, erfolgt.Device according to claim 1, characterized in that the adaptation to the respective location through the inclination adjustment of the day axis at latitude. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tagesachse durch den Fuß eines Dreibeins gebildet wird.Device according to claim 1, characterized in that the daily axis through the foot of one Tripod is formed. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell klappbar und transportabel ist.Device according to claim 8, characterized in that the frame is foldable and portable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung an den jeweiligen Ort durch die Neigungsverstellung eines Stützbeines erfolgt.Device according to claim 8, characterized in that the adaptation to the respective Place is done by adjusting the inclination of a support leg. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechend dimensioniertes mechanisches Uhrwerk als Antriebselement dient.Device according to claim 1, characterized in that a corresponding Dimensioned mechanical clockwork serves as the drive element. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Solarzellen und einem Akkumulator versorgter Elektromotor als Antriebselement dient. Apparatus according to claim 1, characterized in that a with Solar cells and an accumulator supplied electric motor as a drive element serves.
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