DE2711570A1

DE2711570A1 - Vorrichtung zur sonnenstandabhaengigen verstellung von lichtreflektoren fuer solarheizungen

Info

Publication number: DE2711570A1
Application number: DE19772711570
Authority: DE
Inventors: Peter Schlueter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1978-09-21

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur sonnenstandabhängigen Verstellung von Lichtreflektoren für Solarheizungen Die Nutzung der Sonnenenergie für Heizzwecke wurde bereits vor meheren tausend Jahren von unseren Vorfahren praktisch durchgefUhrt.
Daß heute wieder unsere Sonne zur Gewinnung insbesondere von Energie für Heizzwecke herangezogen wird, hängt nicht zuletzt mit den allgemein bekannten Energieproblemen unserer Tage zusammen. Solare Hausheizungen werden bereits von etlichen Industriefirmen dem Verbraucher angeboten.
Sogenannte Kollektoren zum Auffangen von Sonnenstrahlung bestehen aus einer von Wasser oder von einem synthetischen Wärmeträger durchströmten Rohrplatte, die einseitig mit einem mattschwarzen Belag hoher Absorptionsfähigkeit beschichtet ist z. B. ein isolierter Wassertank, in dem Wärmeaustauscher für die Verbindung mit dem Kollektor und mit beispielsweise einer Heizungsanlage eingehängt werden. Eine Warmwasserpumpe sorgt für das Umwälzen des Arbeitsmediums im Kollektor-Speicher-Kreislauf. Hierzu wird auf die Literatur: "Informationswerk Sonnenenergie von Udo Pfriemer Verlag, München" verwiesen.
Die Kollektoren werden nun vorzugsweise auf Hausdächern in Himmelsrichtung Süden mit einem bevorzugten Neigungswinkel von 500 fest installiert.
Siehe "Informationswerk Sonnenenergie - Udo Pfriemer Verlag, München" - Seite 15.
Eine entsprechende Verbreitung hat die Solarheizung bisher noch nicht gefunden, da sie einmal teilweise noch in der industriellen Entwicklung steckt und da sie vor allen Dingen noch nicht wirtschaftlich genug arbeitet. Siehe hierzu ebenfalls die diesbezüglichen Ausführungen in der oben genannten Broschüre Seite 17, Absatz 7.
Nachteilig wirkt sich der Umstand aus, daß zum ersten die Kollektoren mit einem festen Einstellwinkel (z. B.
entsprechend dem Dachneigungswinkel) fest installiert werden müssen und zum zweiten der Sonnenstrahleinfallswinkel jeweils dem natürlichen täglichen Sonnenverlauf sich so ändert, daß es praktisch täglich nur einen kurzen Zeitpunkt (auch nur in den Sommermonaten) gibt, in dem der ideale Einfallswinkel von 900 erreicht wird. Allgemein bekannt ist die physikalische Tatsache, daß in diesem Falle ein Sonnenstrahleinfallswinkel zum Kollektor von 900 die höchste Energiegewinnung bringen wird.
D i e v o r 1 i e g e n d e E r f i n d u n g beseitigt die genannten Nachteile auf einfache Weise und trägt in einem hohen Maße dazu bei Solarheizungen noch wirtschaftlicher zu machen und damit auch weiter zu verbreiten.
Die Vorrichtung zu sonnenstandabhängigen Verstellung von Lichtreflektoren für Solarheizungen ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus einem Lichtempfängergehäuse (1) in dem drei zueinander schräg angeordnete Lichtkanäle (2; 4; 6) eingebracht sind die direkt auf Lichtsensoren (3; 5; 7), die beispielsweise aus Photodioden bestehen können, führen. Diese drei Lichtsensoren sind mit der Lichtelektronik (8) elektrisch verbunden, steuern über die Logikschaltung (9) die Motorsteuerung (10) an, von der aus beispielsweise ein Schrittmotor (11) über eine mechanische Achse (oder auch einem mechanischen Getriebe, oder einer sonstigen mechanischen Vorrichtung) (12) das Lichtempfängergehäuse (1) in zwei Richtungen drehen kann.
Weiter besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem elektronischen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (13) der wiederum elektrisch mit der Logikschaltung (9) verbunden ist. Ebenso ist eine zweite Motorsteuerung (14) mit der Logikschaltung (9) elektrisch verbunden und steuert den zweiten Schrittmotor (bzw. eine elektromechanische Vorrichtung) (15) an, die wiederum über eine mechanische Kopplung, (16) verstellbare Lichtreflektoren (17) die direkt über Solarkollektoren (18) angeordnet sind, in zwei Richtungen verstellen kann.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Erfindungsgemäßen Gegenstandes erläutert. Die von der Sonne ausgehenden Lichtstrahlen fallen aufgrund der unterschiedlichen schrägen Anordnung der Lichtkanäle (2; 4; 6) in unterschiedlicher Intensität auf die Lichtsensoren (3; 5; 7) und verursachen eine unterschiedliche elektrische Bewertung in der Licht-Elektronik (8), wonach die Logikschaltung (9) dafür sorgt, daß die Motorsteuerung (10) den Schrittmotor (11) beispielsweise dann in eine schrittweise Drehung im Uhrzeigersinn (gesehen auf Motorachse) bringt, wenn der Lichtsensor 7 eine höhere Lichtintensität registriert als die Lichtsensoren 5 und 3, was gleichbedeutend mit dem Sonnenstand C, bzw. Sonnenstand morgens oder abends ist.
Sobald nun der Lichtsensor 5 eine höchste Lichtintensitätkurve erreicht hat, befiehlt die Logikschaltung 9 der Motorsteuerung 10 ein Stopp, wobei bis dahin im elektronischen Vorwärts-Rückwärts-Zähler die absolvierten kleinen Motorschritte digitalgenau aufgezählt und festgehalten sind. Sobald der Sonnenstand wiederum einige Winkelgrade sich verändert und nun beispielsweise der Lichtsensor 3 eine höhere Lichtintensität als die Lichtsensoren 5 und 7 registriert, wiederholt sich der erläuterte Vorgang nur hier derart, daß der Schrittmotor eine entgegengesetzte Drehrichtung vornimmt.
In jedem Falle wird auf diese Weise das Lichtempfängsgehäuse 1 immer wieder sich auf den aktuellen Sonnenstand einstellen, wobei gleichzeitig der eingestellte Drehwinkel als unverfälschte Information im Zähler 13 festgehalten ist.
Diese Drehwinkel- oder besser gesagt diese Sonnenstandsinformation wird nun wiederum über die Logikschaltung 9 der Motorsteuerung 14 Befehle erteilen den Schrittmotor 15 synchron dem Schrittmotor 11 zu folgen.
Schließlich bewegt der Schrittmotor 15 über die mechanische Kopplung 16 die Lichtreflektoren 17, die ihrerseits entsprechend dem Sonnenstand so ausgerichtet werden, daß jeweils die einfallenden Sonnenstrahlen über die Reflektoren im günstigsten Winkel auf die Kollektoren 18 treffen. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung besteht darin, daß in der Logikschaltung 9 unterschiedliche Drehwinkeländerungen von Motor 11 zu Motor 15 so vorprogrammiert werden können, daß je nach Reflektorausführung 17 bzw.
weiterer Kriterien jeweils der ideale Reflektoreinstellwinkel in Beziehung zum Sonnenstand eingestellt wird.

Claims

Patentansprüche zur Vorrichtung zur sonnenstandabhängigen Verstellung von Lichtreflektoren für Solarheizungen, bestehend aus einem Lichtempfängergehäuse (1) in dem drei zueinander schräg angeordnete Lichtkanäle (2; 4; 6) eingebracht sind, die direkt auf Lichtsensoren (3; 5; 7) führen, welche mit einer Licht-Elektronik (8) elektrisch verbunden sind und über eine Logikschaltung (9) eine Motorsteuerung (10) betätigt, die ihrerseits einen Schrittmotor (11) bewegt, der über eine mechanische Achse (oder auch einem mechanischen Getriebe, oder einer sonstigen mechanischen Vorrichtung) (12) das Lichtempfängergehäuse (1) bewegen kann, sowie einem mit der Logikschaltung (9) elektrisch verbundenen elektronischen oder elektromechanischen Vorwärts-Rückwärts-Zähler, einem ebenso mit der Logikschaltung (9) elektrisch verbundenen zweiten Motorsteuerung (14) die ihrerseits über einen Schrittmotor (15) über eine mechanische Kopplung (16) verstellbare Lichtreflektoren (17), die direkt über Solarkollektoren (18) angeordnet sind bewegen kann dadurch gekennzeichnet, daß in schräg angeordneten Lichtkanälen 2; 4; 6; einfallendes Sonnenlicht unterschiedlich Lichtmengen bzw. unterschiedliche Lichtintensität auch unterschiedliche elektrische Werte in den Lichtsensoren 3; 5; 7 bewirken, die in einer Lichtelektronik 8 ausgewertet, über die Logikschaltung 9, derartige Steuervorgängige auslösen, die über die Motorsteuerung 10 dem Motor 11, dann Stromsp.nnwagen für Rechtslauf zuführen, wenn die Lichtintensität in den Lichtsensoren 5 und 3 geringer ist, als in dem Lichtsensor 7, was beispielsweise dem Sonnen stand c entspricht und bei Erreichung der höchsten Lichtintensität im Lichtsensor 5 die elektrische Spannung zu dem Motor 11 unterbrechen, sodaß das Lichtgehäuse 1 keine Bewegung mehr macht und daß über die gleichen Elemente der Motor dann eine Linksdrehung ausführt, wenn der Lichtsensor 3 eine geringere Lichtintensität registriert als die Lichtsensoren 5 und 7, was beispielsweise dem Sonnenstand a entspricht und bei Erreichen der höchsten Lichtintensität im Lichtsensor 5 wiederum die elektrische Spannung zu dem Motor 11 unterbrochen wird, sodaß das Lichtgehäuse 1 wiederum keine Bewegung mehr macht, wobei parallel mit jeder Motorbewegung in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler in digitaler Genauigkeit sozusagen schrittweise die einzelnen Drehwinkelveränderungen und endgültige Stellungen festgehalten werden, die ihrerseits über die Logikschaltung 9 eine zweite Motorsteuerung 14 so ansteuern, daß von hier aus ein grosser Schrittmotor 15 über eine mechanische Kopplung 16 entsprechend angeordnet Lichtreflektoren 17 synchron so bewegt bzw. einstellt, daß ihre Stellung jeweils dem Sonnenstand also dem günstigsten Einstellwinkel entspricht, um das Sonnenlicht direkt bzw. mit höchster Intensität über eben diese Reflektoren auf die Kollektoren 18 zu lenken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nur ein oder zwei Lichtkanäle bzw. Lichtsensoren eingebracht sind, wobei das Lichtempfängergehäuse entsprechend unvorhersehbar in Richtung links oder rechts (d. h. oben oder unten) so lange bewegt werden muß, bis die höchste Lichtintensität registriert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß anstatt Lichtkanäle und Lichtsensoren, andere Elemente mit Licht- oder Wärmemesseigenschaften eingesetzt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einrichtung, vergleichbar mit den Elementen 1 bis 8 und 10 bis 12, zusätzlich so mechanisch und elektrisch dieser Vorrichtung zugeordnet wird, daß auch der horrizontale Sonnenstand, also zwischen Ost und West festgestellt werden kann, um z. B. zusätzliche um 900 versetzte Reflektoren ebenfalls dem Sonnenstand entsprechend einzustellen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schrittmotoren durch andere Elemente ersetzt werden, die eine synchrone Einstellung der Reflektoren zum Sonnenstand elektrisch oder mechanisch ausführen können.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Logikschaltung 9 unterschiedliche Motorschritte bzw. Winkelgradeinstellungen zwischen Motor 11 und Motor 15 vorprogrammiert werden können.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß statt der Reflektoren 17 der gesamte Kollektor 18 oder einzelne Elemente des Kollektors verstellt werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß anstatt 1, 2 oder 3 Lichtsensoren noch mehr Elemente, die licht- oder wärmeabhängig reagieren eingesetzt werden, wobei die gesamte Mechanik, wie Schrittmotor 11 und weitere drehbare Teile entfallen können.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß anstatt der Lichtreflektoren 17 zwei übereinander angeordnete Glas- oder Ku:~stoffscheiben mit Prismenwirkung (geschliffen, geäzt, gespritzt) so gegenseitig ein- oder zweidimensional verschoben werden, daß ebenfalls die Sonnenstrahlen, abgelenkt im günstigsten Winkel auf die Kollektoren 18 auftreffen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß licht- oder wärmeabhängige Sensoren direkt an einem Lichtreflektor oder einem Kollektorelement angebracht sind, sodaß die vorgeschlagenen Elemente 1 und 10 und 11 entfallen können.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, daß über eine Temperaturrückmeldung zur Logik 9 beispielsweise vom Kollektor 18 aus der Motor 15 die Reflektoren 17 auf den günstigsten Winkel einstellen, wobei die Elemente 1 bis 8 und 10 bis 13 entfallen können.