DE2731246A1

DE2731246A1 - Vorrichtung zur umwandlung von sonnenenergie in elektrische energie

Info

Publication number: DE2731246A1
Application number: DE19772731246
Authority: DE
Inventors: Douglas Edward Moeller
Original assignee: SUN TRAC CORP
Current assignee: SUN TRAC CORP
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1978-01-26
Also published as: JPS5313888A; ES460805A1; IL52513A0; AU508838B2; AU2706477A; NL7708018A; BR7704704A; GB1583280A; IL52513A; CA1089064A; IT1079334B; ZA774182B; FR2359381B3; FR2359381A1; US4223174A

Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber ^w * ~ d-b Mönchen 71 HofbrunnstraBe 47

Telefon: (069)7915050

Telegramm: monopolweber manchen

s 117

SUN TRAC CORPORATION

South Wolf

Wheeling, Illinois 60090

USA

Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische

Energie

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Die Erfindung betrifft allgemein die Energieerzeugung und bezieht sich insbesondere auf eine Energieerzeugungsstation, an welcher in vollkommen unabhängiger Weise Sonnenenergie in eine nützlichere Form der Energie wie elektrische Energie oder Wärme umgeformt wird.

Erfindungsgemäße Systeme sind hauptsächlich an entlegenen Stellen vorteilhaft einsetzbar, an welchen Elektrizität oder andere Einrichtungen nicht leicht zur Verfügung stehen. Das erfindungsgemäße System ist jedoch allgemein zur Umwandlung von Sonnenenergie in irgendeine praktischere Energieform geeignet, beispielsweise zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie oder Wärme, unabhängig von der weiteren Verwendung der Energie. Obwohl die Erfindung ein außerordentlich breites Anwendungsgebiet hat, wird sie nachfolgend im Zusammenhang mit einer Energiequelle beschrieben, die an einem entlegenen Ort arbeiten kann und die beispielsweise zum kathodischen Korrosionsschutz von unterirdischen Metallrohren verwendet wird. Solche Systeme werden in der öl- und der Gasindustrie verwendet, und zwar sowohl bei Bohreinrichtungen als auch bei Verteilersystemen oder Speichersystemen.

Bei dem kathodischen Korrosionsschutz wird ein elektrischer Strom kontinuierlich zwischen einer Erdbett-¹¹ Opfer"-Elektrode (welche als Anode oder positive Klemme dient) und den Metallrohren erzeugt, welche zu schützen sind (wobei die Metallrohre die Kathode oder die negative Klemme bilden). Die Stärke des erforderlichen Stromes wird durch die Größe des Systems festgelegt, welches zu schützen ist, wobei auch weiterhin die Impedanzeigenschaften des Bodens eine Bolle spielen, nämlich die sogenannte Erdbett-Impedanz.

Typischerweise wird ein System von Batterien verwendet, um kontinuierlich den erforderlichen Gleichstrom zu erzeugen, und

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eine zweite Energiequelle wird dazu verwendet, die Batterien wieder aufzuladen. Die zweite Energiequelle kann beispielsweise ein Dieselaggregat oder eine Lichtmaschine sein, es könnte auch ein thermoelektrischer Generator verwendet werden oder es kann ein Sonnenenergie-Wandler eingesetzt werden. Bisher sind die am meisten verwendeten Sonnenenergie-Wandler für entlegene Stationen in der Weise ausgebildet, daß eine Anzahl von fotoelektrischen Solarzellen in einem festen ebenen Rahmen zusammengefaßt sind, der zuweilen auch als Sonnenpaddel oder als Sonnenzellenfläche bezeichnet wird. Eine derartige Anordnung wird in an sich bekannter Weise aufgestellt, um die Aufnahme nützlicher Sonnenenergie zu ermöglichen. Es ist bekannt, daß dann, wenn die Sonnenenergie senkrecht auf die Oberfläche der Sonnenzelle auftrifft, die Energieumwandlung maximal ist. Die Anordnung und insbesondere der Höhenwinkel einer Sonnenzellenfläche in einer festen Position liefern für eine vorgegebene Stelle auf der Erde eine bekannte maximale Umwandlung an Sonnenenergie über den Sonnentag während des Jahres, d. h., eine bestimmte Anzahl von Wattstunden pro Tag.

Die Anzahl der Sonnenzellen, welche auf einer festen flachen Sonnenzellenfläche für eine nutzbare Energiestation benötigt wird, ist unter Berücksichtigung der verschiedenen Positionen der Sonne während des Jahres so groß, daß das System für konventionelle, kommerzielle Zwecke viel zu teuer wäre. Weiterhin ist die Größe des erforderlichen Systems so erheblich, daß entsprechend schwere und stabile Halterungen erforderlich sind, um eine ausreichende Stabilität zu erreichen. Dadurch werden die Herstellungskosten, die Installationskosten und auch die Wartungskosten eines solchen Systems sehr hoch. Weiterhin ist auch zu berücksichtigen, daß ein derartiges System der Witterung und damit auch der Korrosion ausgesetzt ist, und derartige Einflüsse führen oft zu erheblichen Störungen.

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Ein sehr wesentlicher Aspekt einer in einer abgelegenen Gegend angeordneten Energiestation ist jedoch die Wirtschaftlichkeit, d. h., die Herstellungskosten, die Installationskosten, die Wartungskosten, die Kosten für Betriebsstoffe, die Lebensdauer usw. sind zu berücksichtigen. Bei einem Sonnenenergie-Umwandlungssystem, lassen sich die Kosten in drei Gruppen einteilen: Zu der ersten Gruppe zählen die erforderlichen Anzahlen von fotoelektrischen Sonnenzellen, die benötigt werden, um die gewünschten Wattstunden an elektrischer Energie pro Zeiteinheit zu erreichen (üblicherweise entsprechend der durchschnittlichen Minimalzahl an Sonnenstunden pro Tag). In die zweite Gruppe gehören die Kosten für die elektrischen oder mechanischen Bauteile im System, außer den Sonnenzellen, sowie die Produktions- und die Installationskosten. Schließlich ist die Lebenserwartung eines Sonnenenergiesystems mindestens mit 20 Jahren anzusetzen, so daß die Kosten für Wartung und Reparatur/Ersatzteile als Teil der Anfangskosten zu betrachten sind. Eine häufige Störung bei bekannten Systemen ist auf mechanische Beschädigungen und Korrosionseffekte aufgrund der Witterungseinflüsse wie Wind, Regen, Schnee, Hagel, Feuchtigkeit, Staub usw. zurückzuführen. Bekannte Methoden zur Verminderung der Witterungseinflüsse haben sich entweder als zu kostspielig oder als unwirksam für kommerzielle Zwecke erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine praktischere Energieform zu schaffen, welche auch in abgelegenen Gegenden bei außerordentlich hoher Zuverlässigkeit und besonders geringem Aufwand eine besonders hohe Energieausbeute sowie eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, um die Sonnenzellenflache derart zu halten, daß sie universell bewegbar ist, daß weiterhin eine Antriebeeinrichtung vorgesehen ist, um die Sonnenzellenflache in unabhängiger Weise in bezug auf die Halteeinrichtung um die horizontale und die vertikale Achse zu drehen, daß weiterhin eine Steuerschaltung vorhanden ist, welche eine Sonnenfühlereinrichtung aufweist, um die Antriebseinrichtung einzuschalten, so daß die Sonnenzellenflache der Sonne zugewandt wird, und daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches die Sonnenenergie durchläßt und die Sonnenzellenflache, die Halterung und die Antriebseinrichtung gegen äußere Einflüsse schützt.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß die oben genannten wirtschaftlichen Nachteile bekannter Anordnungen und Konstruktionen weitgehend überwunden werden, indem insbesondere die Anzahl der erforderlichen Zellen vermindert wird und indem die einfallende Energie besser ausgenutzt wird. Wenn dieselbe Zellengröße bei demselben Wirkungsgrad zugrundegelegt wird, läßt sich gemäß der Erfindung die Anzahl von Solarzellen um etwa 85 % vermindern, d. h., es sind nur etwa 13 bis 15 % der Anzahl von Sonnenzellen erforderlich, die für dieselbe Ausgangsleistung bisher benötigt wurden.

Somit läßt sich ein erfindungsgemäßes Sonnenenergie-Umwandlungesystem so kostengünstig gestalten, daß seine wirtschaftliche Verwendung auch als Energiestation in abgelegenen Gegenden möglich wird. Es sind nämlich nicht nur die Anfangskosten verhältnismäßig gering, sondern das System ist auch elektrisch und mechanisch besonders zuverlässig, und die vollständige Abschirmung gegenüber Umwelteinflüssen erhöht die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer und vermindert zugleich die Wartungsanforderungen. Das erfindungsgemäße System liefert

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Sonnenenergie-Wandleranordnungen elektrisch und mechanisch in Modul-Form, so daß eine Standard-fiodu 1-Bauweise ermöglicht wird, d. h., es können einzelne, in eich geschlossene, vollkommen unabhängige Systemeinheiten oder Systemanordnungen hergestellt und entweder in fieihe, parallel oder in einer Reihen-Parallel-Kombination verwendet werden, so daß den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung individuell optimal Rechnung getragen werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Sonnenenergie-Umwandlungssystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Funktionsblockdiagramm der Steuer- und Wandlerschaltung für das in der Fig. 1 dargestellte System für die kommerzielle Anwendung des kathodischen Korrosionsschutzes,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Rückseite der Sonnenenergie-Konverteranordnungen und des Halterahmens,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Sonnenenergie-Konverteranordnung,

Fig. 5, 6 und 7 jeweils eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Joches für eine kardanische Aufhängung des Halterahmen6 gemäß Fig. 3,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Doppelwinkel-Konzentrator, wobei die Arbeitsweise dieser Einrichtung veranschaulicht ist, und

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Fig. 9 ein Schaltschema der Schaltung zum Abtasten, Steuern und Antreiben des Sonnenpositions-Abfühlsystems und des entsprechenden Nachführungssystems.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine sphärische Abdeckung aus durchsichtigem Material in ihrer Gesamtheit bezeichnet. Innerhalb der Abdeckung 10 sind eine Vielzahl von Sonnenenergie-Wandleranordnungen angeordnet, welche allgemein mit Ί'¹ bezeichnet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind 38 Anordnungen 11 vorgesehen, und diese Anordnungen sind alle auf einem allgemein mit 12 bezeichneten Skelettrahmen angebracht. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die Fig. 3 hingewiesen. Der Rahmen 12 ist in einem Bügel oder einem Joch gehalten, welches mit 13 bezeichnet ist und in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist. Das Joch 13 ermöglicht, daß der Rahmen 12 um eine horizontale Achse drehbar ist, welche durch die Stummelwellen 15 und 16 gebildet wird, so daß die Sonnenenergie-Wandlungsanordnungen 11 im Höhenwinkel eingestellt werden können. Die Wandleranordnungen 11 und der Rahmen 12 werden zusammen als "Sonnenzellenflache" bezeichnet (schematisch durch den Block 80 in dem Blockschema gemäß Fig. 2 dargestellt).

Das Joch 13 ist seinerseits um eine vertikal angeordnete Welle drehbar (siehe das Bauteil 16 in der Fig. 7)» um die Sonnenenergie-Wandleranordnungen im Azimuth zu verstellen.

Die Abdeckung oder Hülle 10 weist die Form eines ersten und eines zweiten halbkugeligen Elementes 19 bzw. 20 auf, und diese beiden halbkugeligen Elemente haben jeweils einen Flansch 21 bzw. 22. Die halbkugelförmigen Elemente 19 und 20 sind an den Flanschen 21 und 22 miteinander verbunden, und ein Dichtungselement ist zwischen den beiden Flanschen 21 und 22 angeordnet, so daß nach dem Zusammenbau alle Elemente innerhalb der Hülle gegen Wind, Regen, Sehne·, Staub und andere

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Witterungseinflüsse geschützt sind. Die untere Halbkugel 20 ist auf einer Basis oder einem Ständer angeordnet, der mit 25 bezeichnet ist und der eine Stütze oder einen Fuß 26 aufweist, welcher hohl ausgebildet ist, um gegebenenfalls elektrische Leitungen aufnehmen zu können.

Die gesamte Hülle oder das gesamte Gehäuse 10 ist vorzugsweise aus einem durchsichtigen Polycarbonat-Plastikmaterial hergestellt, wie es beispielsweise unter dem Warenzeichen "Lexan" durch die Firma General Electric vertrieben wird. Andere Materialien können ebenfalls verwendet werden, sofern sie die Sonnenstrahlen ohne nennenswerte Behinderung durchlassen, sofern sie hinreichende Festigkeit aufweisen, um bei der entsprechenden Größe des Gehäuse dem Wind standzuhalten, und sofern sie über längere Zeiten, in welchen sie den Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, keine oder keine nennenswerten nachteiligen Veränderungen zeigen. Die Dicke der Hülle 10 ist nicht kritisch, und sie wird vor allem durch die Windlast bestimmt, welche bei der Größe des benötigten Gehäuses für eine entsprechende Anzahl von Sonnenenergie-Wandleranordnungen auftritt. Es könnte x"ür die Hülle 10 anstatt der Kugelform auch eine andere äußere Gestalt verwendet werden. Die bestimmenden Faktoren sind die Größe, die Windlast und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung.

Gemäß Fig. 4- weist eine Sonnenenergie-Wandleranordnung 11 eine herkömmliche Sonnenzelle 13 auf, in welcher Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird und welche an einer Wärmesenke 31 angebracht ist, die eine Mehrzahl von Rippen 32 aufweist, um Wärme abzuführen, die in der Zelle 30 erzeugt wird. Die fotoelektrische Zelle 30 wandelt einfallende Sonnenenergie in an sich bekannter Weise in elektrische Energie um. Die Anordnung 11 weist weiterhin einen Doppelwinkel-Konzentrator mit einer konischen, schalenförmigen Form auf, der allgemein

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mit 34 bezeichnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Konzentrator 34 ein erstes und ein zweites kegelstumpf förmiges Element 36 bzw. 37 auf, und diese beiden Elemente sind aneinandergesetzt. Der Basisteil des konischen Elementjs 36 ist mit einem Umfangsflansch 38 ausgestattet, um an der Wärmesenke 31 angebracht zu werden.

Die innere Oberfläche des Konzentrators 34 weist eine stark reflektierende, spiegelartige oder verspiegelte Oberfläche auf, um zu erreichen, daß ein Höchstmaß an einfallender Sonnenenergie die aktive Oberfläche der fotoelektrischen Zelle 30 erreicht. Somit kann die innere Oberfläche des Konzentrators 34 mit einem stark reflektierenden Material versehen sein, oder es kann eine Schicht aus einem reflektierenden Film oder einer reflektierenden Folie aufgebracht sein. Die äußere Oberfläche des Konzentrators 34 ist entweder schwarz gestrichen oder durch Anodisieren geschwärzt, und zwar ebenso wie die äußere Oberfläche der Wärmesenke 32, um einen schwarzen Strahler zu schaffen, so daß die Temperatur der Zelle 30 innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt. Der Umwandlungswirkungsgrad der Zelle ist eine umgekehrte Funktion der Zellentemperatur.

Die maximale Zunahme in der Sonnenenergie-Flußdichte, d. h., der Gewinn der Konzentratorflache, ist das Verhältnis zwischen der Fläche des Kollektorfensters 41 gemäß Fig. 8 und der Fläche der Austrittsöffnung 41A. Der Gewinn des Konzentrators ist vorzugsweise größer als 6:1. Herkömmliche fotoelektrische Zellen haben eine Ausgangsleistungscharakteristik, die keine lineare Funktion der Sonnenenergie-Flußdichte ist. Deshalb müssen die einzelnen Parameter des Systems sinnvoll aufeinander abgestimmt sein. Bei einer kommerziell erhältlichen Zelle mit einem Durchmesser von etwa 5»72 cm (2 1/4") erzeugt

ρ eine Sonnenenergie-Flußdichte von 100 Milliwatt pro cm bei

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einer Zellentemperatur von +28 ⁰C einen Ausgangsstrom von 500 bis 600 Milliampere bei einer Gleichspannung von 0,35 V.

Durch die oben beschriebene Ausführungsform des Konzentrator wird der Zellenausgangsstrom auf mehr als 3 Ampere bei 0,35 V Gleichspannung erhöht.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes liegt der Durchmesser des kreisförmigen Eintrittsfensters 41 zwischen etwa 15,24 und 17,78 cm (6 und 7"), und der Durchmesser der Austrittsöffnung 41A beträgt 5,72 cm (2 1/4 ^M).

Aus der Fig. 8 ist ersichtlich, daß der Winkel, welchen die konische Seitenwand 36 in bezug auf die Achse des Konzentrators 34 bildet, vorzugsweise etwa 15 beträgt, obwohl der Winkel auch im Bereich von etwa 13 bis 17° liegen kann. Weiterhin ist der Winkel, welchen die konische Seitenwand 37 in bezug auf die Achse des Konzentrator bildet, kleiner als der Winkel "A^M, welcher durch die Seitenwand 36 gebildet wird. Dieser letztgenannte Winkel ist mit "B" bezeichnet und ist vorzugsweise etwa 10°, oder erkann auch im Bereich von 9 bis 11 ° liegen. Weiterhin ist die axiale Länge des innersten konischen Abschnittes 36 vorzugsweise größer als die axiale Länge der äußeren konischen Wand 37* Der Vorteil, einen Doppelwinkel-Konzentrator mit konischer Form der in der Fig. 8 veranschaulichten Art zu haben, ergibt eich aus der Darstellung, in welcher zwei einfallende parallele Strahlen jeweils mit 39 (mit durchgesogener Linie) bzw. 40 (mit unterbrochener Linie) bezeichnet sind. Beide Strahlen haben einen Winkel von 10° gegenüber der Achse 42, so daß auf diese Weise eine Nachführung bei einer Winkelabweichung von 10° veranschaulicht wird.

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Wenn die Doppelwinkel-Konuskonstruktion nicht vorhanden wäre und wenn die innere konische Wand 36 dasselbe Fenster abdecken würde (d. h. dieselbe Öffnungsfläche zu ihrer Achse zur Aufnahme von Strahlen), so würde der Strahl 40 auf den mit unterbrochenen Linien gezeichneten Ansatz der konischen Wand 36 bei 4OA auftreffen, und er würde dann reflektiert, um erneut bei 4OB und 4OC jeweils aufzutreffen. Es ist ersichtlich, daß nach einer Reflexion bei 4OC der Strahl nicht auf die Sonnenzelle gelangt, sondern nach entsprechender Reflexion wieder aus dem Konzentrator austritt und demgemäß Energie verloren geht, wodurch der Gewinn des Konzentrators vermindert wird.

Durch die Doppelwinkel-Konstruktion wird jedoch erreicht, daß das allgemein mit 41 bezeichnete Fenster für den oben diskutierten hypothetischen Fall dasselbe ist. Der Strahl 39 (welcher parallel zu dem Strahl 40 verläuft, jedoch eine Verlagerung gegenüber der Achse 42 des Konzentrators aufweist), trifft auf den äußersten Abschnitt der konischen Wand 37 bei 39A auf, wird dann reflektiert, um auf die Wand 36 bei 39B aufzutreffen, und er fällt anschließend auf die Zelle 30 (welche in der Fig. 8 nicht dargestellt ist). Wenn der Wirkungsgrad des Konzentrators als das Verhältnis zwischen der Energieaufnahme-Fensterfläche und der Ausgangsleistung der Sonnenzelle in Watt definiert wird, ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Sammler, welcher als Doppelwinkel-Konuskonstruktion ausgebildet ist, ein Konzentrator mit besonders hohem Wirkungsgrad ist, bei welchem der Wirkungsgrad wesentlich höher liegt, als bei einer Konstruktion, die dasselbe Öffnungsfenster aufweist, jedoch nur einen einzigen Konus hat, und zwar bei der maximalen festgelegten axialen Länge.

Für bestimmte Systeme kann es wünschenswert sein, mehr als zwei kegelstumpfförmige Wände zu verwenden, um die Konzentratorfläche zu bilden. Folglich könnte bei der erfindungsgemäßen

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Anordnung auch von einer Mehrwinkel-Anordnung gesprochen werden.

Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Rahmen 12 ein Paar von langgestreckten Winkeleisen 46 und 47 aufweist, die durch ein zentrales Rahmenelement 48 miteinander verbunden sind und die weiterhin durch ein erstes und ein zweites seitliches Rahmenelement 49 bzw. 50 miteinander vereinigt sind. Die Stummelwellen 15 und 16 sind jeweils an den seitlichen Rahmenelementen 49 bzw. 50 angebracht. Der Halterahmen 12 weist auch vier sich in radialer Richtung erstreckende, schwerere Rahmenelemente 511 52, 53 und 54- auf, die eine X-Form haben und mit den Rahmenelementen 46 bzw. 47 verbunden sind. Diese Elemente bilden die Haupthalteelemente des Rahmens 12, der auch eine Anzahl von kleineren Rahmenelementen aufweist, welche mit bezeichnet sind und sich zwischen den Konzentratoren 34 erstrecken, um jeweils die Wandleranordnungen 11 miteinander zu verbinden.

Gemäß Fig. 5 bis 7 ist die Stummelwelle 15 mit einem Zahnrad 60 ausgestattet, welches über ein Getriebe 62 durch einen Antriebsmotor 61 für die Elevation oder den Höhenwinkel angetrieben wird.

Das Joch 13 ist an einer horizontalen Platte 65 angebracht, an welcher die Wellenbefestigungsplatte 65A mit Hilfe von vier Schrauben befestigt ist. Die Welle 18 ist mit der Platte 65A verstiftet. Die Welle 18 ist in Lagern 67 und 68 drehbar in einem Gehäuse 66 gelagert, und ihr unteres Ende ist mit einem Zahnrad 69 ausgestattet. Das Zahnrad 69 wird über ein Getriebe 70 durch einen Antriebsmotor 71 gemäß Fig. 7 für den Azimuth angetrieben.

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Der Azimuth-Antriebsmotor 71 ist auf einer Platte 73 angebracht,

welche ihrerseits an dem untersten Teil des Gehäuses 10 mit Hilfe von Befestigungselementen 74» Scheiben 75 und Tüllen 76 befestigt ist, wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist.

In der Fig. 2 ist das Gehäuse oder die Hülle 10 schematisch durch den Kreis 1OA dargestellt. Innerhalb des Gehäuses ist eine Sonnenzellenflache 80 angeordnet, welche die Sonnenenergie-Wandlers nordnungen 11 im Rahmen 12 aufweist. Der Elevations-Antriebsmotor 61 positioniert die Sonnenzellenflache in der Elevation (Höhenwinkel), und der Azimuth-Antriebsmotor 71 positioniert die Sonnenzellenfläche im Azimuth. Innerhalb des Gehäuses sind auch allgemein mit 82 bezeichnete Fühler für die Sonnenposition angeordnet. Einige der Fühler 82 erzeugen Signale, welche die Position der Sonne in bezug auf die Fläche 80 anzeigen, und andere Fühler sind fest an dem Gehäuse 10 angebracht, um die Position der Sonne in absolutem Sinn anzugeben. Diese Signale werden alle der elektronischen Sonnenverfolgungsschaltung zugeführt, welche schematisch durch den Block 84 dargestellt ist und welche nachfolgend beschrieben wird. Diese Schaltung dient dazu, den Elevations-Antriebsmotor 61 und den Azimuth-Antriebsmotor 71 zu steuern.

Gleichzeitig werden dann, wenn die Sonne scheint, durch ein Relais die Eontakte K2 betätigt, so daß das Ausgangesignal der Sonnenzellenfläche 80 einem Batterieladungs-Spannungsregler 85 zugeführt wird, welcher seinerseits derart geschaltet ist, daß eine Bank von Batterien aufgeladen werden, welche schematisch bei 86 dargestellt sind. Gemäß den obigen Ausführungen sind die negativen Klemmen der Batterien 86 mit den zu schützenden Metallrohren verbunden. Die positive Klemme der Batterien 86 ist jeweils mit einem Konstantstromregier 87 herkömmlicher Art verbunden, dessen Ausgang (positive Klemme) mit

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to

einer im Erdboden angeordneten Elektrode verbunden ist.

Nachfolgend werden die Fig. 1 und 9 näher erläutert. Gemäß der Darstellung in diesen Figuren sind eine Anzahl von Fühlern vorhanden (welche Sonnenzellen sein könnten), welche verschiedene Funktionen im System übernehmen.

Ein Paar von Fühlern 100 sind auf einer Klammer 101 angeordnet, die an der Innenseite der Hülle 10 befestigt ist. Die Fühler 100 sind im allgemeinen nach außen gerichtet, und zwar in leicht verschiedenen Richtungen. Die Funktion dieser Fühler 100 besteht darin, zu ermitteln, ob die Sonne scheint. In der Fig. 9 sind die Fühler 100 als einziger Fühler dargestellt, weil sie parallel geschaltet sind. Die positive Klemme ist mit der positiven Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 102 verbunden, dessen negative Eingangsklemme an Masse gelegt ist. Wenn daher das Ausgangssignal der Sonnenscheinfühler 100 eine ausreichende Stärke erreicht, wird der Ausgang des Verstärkers 102 positiv und versetzt einen Transistor 103 in den durchlässigen Zustand. Die Spule 104 eines Relais K1 ist in der Kollektorstrecke des Transistors 103 angeordnet und wird dann erregt. Wenn die Spule 104 erregt ist, werden die Kontakte 104A geschlossen, so daß dadurch die Spule eines zweiten Relais K2 erregt wird. Das Relais K2 weist die Kontakte K2A auf, welche gemäß Fig. 2 den Ausgang der Sonnenzellenflache 80 mit dem Batterieladungs-Spannungsregler 85 verbinden, wie es oben bereits diskutiert wurde. Somit ermitteln die Fühler 100 das Vorhandensein einer Sonnenstrahlung, üb den Ausgang der Energiewandler mit der Batterieladungsschaltung zu verbinden. Dadurch wird die Batterieladungsschaltung daran gehindert, daß während Perioden der Dunkelheit eine Entladung in die Sonnenzellen erfolgt.

Der Azimuth-Antriebsmotor 71 wird durch das Zusammenwirken eines Bezugsfühlers 107, welcher für die Sonnenenergie-Wandleranordnungen 11 auf dem Halterahmen 12 angeordnet ist, mit

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einem Paar von Fühlern 108 und 109 gesteuert, welche ebenfalls auf dem Rahmen 12 angebracht sind. Die Fühler 108 und 109 sind im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Sonnenzellen angeordnet, ebenso wie der Bezugsfühler 107· Die Fühler 108 und 109 sind durch ein Wandelement 110 voneinander getrennt. Es sei angenommen, daß der Beobachter bei der Fig. 1 etwas südlich vom System steht, so daß der Fühler 108 als westlicher Fühler und der Fühler 109 als östlicher Fühler bezeichnet wird. Die Funktion dieser Fühler besteht darin, den Azimuth-Antriebsmotor 71 in der Weise zu betätigen, so daß er die Fläche der Sonnenzellen jeweils in einer westlichen oder einer östlichen Richtung bewegt, was vom Standort der Sonne abhängt. Dies geschieht durch die Schaltung gemäß Fig. 9· Die Anode des Bezugsfühlers 107 ist mit den positiven Eingangsklemmen eines ersten Operationsverstärkers 115 und eines zweiten Operationsverstärkers 116 verbunden. Die Anode des westlichen Fühlers 108 ist mit dem negativen Eingang des Verstärkers 115 verbunden, und die Anode des östlichen Fühlers 109 ist mit der negativen Eingangsklemme des Verstärkers 116 verbunden. Der Ausgang des Verstärker? 115 ist mit der Basis eines Transistors 117 verbunden, in dessen Kollektorstrecke die Spule 118 eines Relais KJ angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des Verstärkers 116 mit der Basis eines Transistors 119 verbunden, dessen Kollektorstrecke eine Spule 120 eines Relais K5 enthält.

Das Relais K$ weist einen ersten normalerweise geschlossenen und einen zweiten normalerweise geöffneten Kontakt 118A bzw. 118B auf. In ähnlicher Weise weist das Relais K^ einen ersten normalerweise geschlossenen und einen zweiten normalerweise Geöffneten KontaKt 120A bzw. 12OB auf. Eine positive Versortjuiifcjstpannung V₍ von den Batterien 86 ist an eine kletime Λ?\, geführt, jjie ivontakte 11uA sind in Reihe zwischen der Quelle V und uer opule 12') der· Relais r*5 angeordnet. Hie jr.jntaKte Iiöi

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τι

sind in Reihe zwischen der Quelle V und einer Spule 126 eines Heiais KA angeordnet. Das Relais K4 weitet ein erstes und ein zweites Paar von normalerweise geöffneten Kontakten 126A. und 126B auf. Die Kontakte 120A sind in Reihe zwischen der Quelle V und der Spule 11b des Relais K3 angeordnet. Die Kontakte 120B sind in Reihe zwischen der Quelle V und einer Spule 127 eines Relais K6 angeordnet, welches ein erstes und ein zweites Paar von normalerweise geöffneten Kontakten 127A und 127B aufweist.

Die Kontakte 126A sind in Reihe zwischen der Quelle V und einem normalerweise geschlossenen West-Endschalter 130 angeordnet, dessen andere Klemme mit einer Eingangsklemme 71A des Azimuth-Antriebsmotors 71 verbunden ist. Die Kontakte 127B sind in Reihe zwischen der Quelle V und einem normalerweise

geschlossenen Ost-Endschalter 131 angeordnet, dessen andere Klemme mit der Eingangsklemme 71B des Azimuth-Antriebsmotors 71 verbunden ist.

Die Klemme 71A des Azimuth-Antriebsmotors 71 ist in Reihe zu den Kontakten 127A und der Masse angeordnet. In ähnlicher Weise ist die Klemme /1B in Reihe mit den Kontakten 12GB und der Masse angeordnet.

Die Abstand der Detektoren 10b, 109 in bezug auf die Wsnd HO sowie die Höhe der Wand 110 zusammen mit der Empfindlichkeit der Schaltung bestimmen die Azimuth-.Nachfürirgenauigkeit. Die Nachfiihrgenauigkeit ihrerseits sollte mit der gewünschten Genauigkeit in bezug nuf die Sonnenposition dec öffnungswinkels des-, tonzentra tore ;>4 für die einzelnen Sonnenenergie-Wandler-Mnordnungen 11 in Beziehung stehen.

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Bei der Arbeitsweise der oben beschriebenen Schaltung ist das Ausgangssignal des Fühlers 108 geringer als das Ausgangssignal des Bezugsfühlers 107, sobald die Azimuthöffnung des Konzentrators 34 in bezug auf die Sonne nach Osten weist, und das Ausgangssignal des Fühlers 109 ist geringer als das Ausgangssignal des Bezugsfühlers 107, wenn der Konzentrator in bezug auf die Sonne nach Westen zeigt.

Da die durch diese Zellen erzeugte Spannung ähnlich ist wie bei allen übrigen Sonnenzellen (d. h. sie ist eine Funktion der einfallenden Sonnenenergie) und da eine bestimmte Spannung erforderlich ist (welche gleich der Differenzspannung zwischen den Eingangszellen ist), um den Verstärker 115 zu aktivieren, wird dieser Verstärker nicht in Betrieb gesetzt, wenn die einfallende Sonnenenergie nicht oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt. Dieser Wert wird vorzugsweiee auf 25> % der normalerweise erwarteten Energie bzw. des normalerweise erwarteten Energiepegels festgelegt.

Es sei angenommen, daß die Betriebsschwelle überschritten wird und die Position der Plattform derart gewählt ist, daß die Ausgangsspannung des westlichen Fühlers 108 geringer ist als diejenige des Bezugsfühlers 107· Unter dieser Voraussetzung ist das Signal auf der positiven Eingangsklemme des Verstärkers 115 größer als dasjenige an seiner negativen Eingangsklemme, und zwar um den erforderlichen Schwellenwert,, und dadurch wird ein positives Ausgangssignal erzeugt, welches den Transistor 117 in den durchlässigen Zustand versetzt. Weil die Position der Sonne und die Richtung, in welcher die Sonnenzellenflache 80 weist, einander zugewandt sind, wird das Ausgangssignal der östlichen Zelle 109 gleich oder größer sein als des Ausgangssignal der Bezugszelle 107, und das Ausgangssignal des Verstärkers 116 wird negativ, so daß der Transistor 119 gesperrt bleibt.

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Wenn der Transistor 117 durchlässig ist, wird die Spule 1 8 des Relais K3 durch die normalerweise geschlossenen Kontakte 120A des Relais K5 erregt. Wenn dies der Fall ist, werden die Kontakte 118A. geöffnet, um zu gewährleisten, daß das Relais K5 nicht erregt wird, und die Kontakte 118B werden geschlossen, um die Spule 126 des Relais K4 zu erregen. Wenn die Spule 126 erregt ist, werden die Kontakte 126Δ und 126B geschlossen, und der Azimuth-Antriebsmotor 71 wird in einer ersten Richtung eingeschaltet, wodurch bewirkt wird, daß die Sonnenzeilenflache 80 in westlicher Richtung wandert. Diese Bewegung wird fortgesetzt, bis die Sonnenzellenflache entweder ihre westliche Endstellung erreicht hat, bei welcher der Schalter 130 geöffnet wird, um den Motor 71 abzuschalten, oder bis der westliche Fühler 108 die Sonne "sieht" (d. h. bis die Nachführungsposition wieder ordnungsgemäß erreicht ist), so daß dadurch der Ausgang des Verstärkers 115 negativ wird, wodurch wiederum 117 gesperrt wird und das Relais K3 abgeschaltet wird. Wenn die Sonne in einer östlichen Position wäre und die Plattform nach Westen gerichtet ist, würde die dem Verstärker 116 zugeordnete Schaltung den Motor 71 mit entgegengesetzter Polarität einschalten, um die Plattform im Azimuth in östlicher Richtung zu drehen, wobei wiederum vorausgesetzt ist, daß die gewünschte Betriebsschwelle oder Einschaltschwelle überschritten ist.

Eine ähnliche Schaltung wird dazu verwendet, den Elevations-Antriebsmotor 61 einzuschalten, welcher im unteren rechten Teil der Fig. 9 dargestellt ist. Gemäß Fig. 1 wird mit dem Bezugszeichen 13O eine Elevations-Bezugsfühlerzelle bezeichnet, deren Ausgangesignal die positiven Eingangsklemmen der Verstärker 131 und 132 epeist. Das negative Eingangesignal des Verstärkers 13I wird von den Hubfühler 133 und das negative Eingangssignal des Verstärkerβ 132 wird von dem Senkfühler 134 aufgenommen. Die Fühler 133 und 134- sind auf einer

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Basis 136 angebracht, welche an dem Rahmen 12 der Sonnenzellenf lache 80 befestigt ist, und diese zwei Fühler sind durch ein Partialwandelement 137 voneinander getrennt, welches sich in Ost-West-Richtung erstreckt, und zwar in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Sonnenenergie-Wandlerzellen 30.

Der Ausgang des-Verstärkers 131 ist mit der Basis eines Transistors 136 verbunden, dessen Kollektor mit einer Spule 137 eines Relais K7 verbunden ist. Das Relais £7 weist ein Paar von normalerweise geöffneten Kontakten 137A und 137B auf. Die Kontakte 137A sind zwischen der Quelle V und der Eingangsklemme 61B des Elevations-Antriebsmotors 61 angeordnet. Die Kontakte 137B sind zwischen der Masse und der Eingangsklemme 61A des Motors 61 mit Hilfe eines Hub-Endschalters 139 verbunden,

Der Ausgang des Verstärkers 132 ist mit der Basis des Transistors 141 verbunden, dessen Kollektor mit einer Spule 142 eines Relais K8 verbunden ist. Das Relais K8 weist auch einen ersten und einen zweiten Satz von normalerweise geöffneten Kontakten 142A und 142B auf. Die Kontakte 142A sind in Reihe zwischen der Masse und einem Senk-Endschalter 145 und der Klemme 61B des Motors 61 angeordnet. Die Kontakte 142B sind in Reihe zwischen

der Quelle V und der Klemme 61A des Elevations-Antriebsmotors s

61 angeordnet. Die Arbeitsweise der Schaltung zur Steuerung der Elevation der Sonnenzellenfläche 80 durch Steuerung der Drehrichtung des Motors 61 ist ähnlich wie bei der Steuerung des Azimuth-Antriebsmotors 71·

Eine zusätzliche Schaltung dient dazu, die Sonnenzellenfläche 80 ordnungsgemäß zu positionieren, wenn sie um 90 oder mehr von der Sonnenstellung abgewandt ist. Eine derartige Stellung kann auftreten, wenn die Sonne im Osten aufgeht und die Sonnenzellenplattform nach Westen gerichtet ist, nachdem sie ihren

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Betrieb am vorhergehenden Tag beendet hat. Dieser Zustand kann auch auftreten, wenn die Sonnenzellenfläche 80 morgens nach Osten weist und wenn die Sonne später am Tag keinen auswertbaren Energiepegel erreicht, da die Sonne beispielsweise durch Wolken verdunkelt ist.

Um die Arbeitsweise unter diesen Voraussetzungen ordnungsgemäß zu gewährleisten, ist eine Fühlerzelle 151 auf der Klammer 101 angebracht, welche nach Csten weist, und in ähnlicher Weise ist eine Zelle 150 derart angeordnet, daß sie nach Westen zeigt. Das Ausgangssignal der Zelle 150 wird der positiven Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 155 zugeführt, dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors 117 verbunden ist. Die Schaltung ist derart beschaffen, daß dann, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 115 oder des Verstärkers 155 positiv ist, der Transistor 11? durchlässig wird.

Die negative Eincon^sklemme des Verstärkers 155 ist .ait dem Ausgang der westlichen Zelle 108 verbunden. In ähnlicher Ueise ist der Ausgang der üst-Bezugszelle 151 mit dem positiven Eingang eines Verstärkers 158 verbunden, dessen Ausgang init der Basis eines Transistors 119 verbunden ist. Der Transistor 119 wird auch durch den Verstärker 116 oder den Verstärker 158 betätigt. Die negative Eingangskieume des Verstärkers 158 ist mit dem östlicnen .Fühler 109 verbunden. Somit vergleicht der Verstärker 155 die Ausgangssignale der westlichen Zelle 106 mit den Ausgangssignalen des West-Bezugsfühlers 150. Wenn das Ausgangssignal des Fühlers 150 stärker ist als das Ausgangssignal des Fühlers 108, so zeigt dies, daß die Sonnenplattform nach Osten weist und die Sonne im Westen steht. Unter dieser Voraussetzung ist das Ausgangssignal des Verstärkers 155 positiv, so daß der Transistor 117 durchlässig wird, und gemäß der obigen Beschreibung wird dadurch der Azimuth-Antriebsmotor 71 in der Weise eingeschaltet, daß die

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Sonnenzellenfläche 80 nach Westen geschwenkt wird. In ähnlicher Weise wird dann, wenn das Ausgangssignal des Ost-Bezugsfühlers 115 größer ist als das Ausgangssignal des östlichen Fühlers 109, der Motor 71 mit entgegengesetzter Polarität beaufschlagt, so daß die Sonnenzellenfläche 80 so lange nach Osten gedreht wird, bis die Ausgangssignale dieser zwei Zellen ausgeglichen sind, und dann ist der Transistor 119 nicht mehr durchlässig.

Insgesamt wird gemäß der Erfindung ein System geschaffen, bei welchem eine mit Sonnenenergie-Wandleranordnungen besetzte Fläche derart angeordnet ist, daß sie in unabhängiger Weise um eine horizontale und eine vertikale Achse derart geschwenkt werden kann, daß das System der Sonne nachgeführt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Systems optimal, weil nämlich gewährleistet ist, daß die Strahlung von der Sonne im wesentlichen senkrecht auf die Fläche auftrifft, in welcher die Sonnenzellen angeordnet sind. Andererseits kann für eine vorgegebene Ausgangsleistung die Anzahl der Sonnenzellen auf ein Minimum beschränkt werden.

Ba weiterhin die Sonnenzellen einschließlich ihrer Halterung zusammen mit der Antriebseinrichtung innerhalb eines Gehäuses oder einer Hülle angeordnet sind, werden Störungen oder Defekte aufgrund einer korrosiven Umgebung und aufgrund von Witterungseinflüssen auf ein Minimum beschränkt, wodurch andererseits die Lebensdauer des Systems erhöht und seine Zuverlässigkeit verbessert wird. Eine derartige Hülle ist mit verhältnismäßig geringen Kosten leicht anzubringen, ohne daß die Leistung des Systems nachteilig beeinträchtigt wird.

Wenn erhebliche Windlasten auf die größeren Bauelemente des Systems ausgeschaltet werden, kann die Halterung für die Sonnenxellenflache verhältnismäßig leicht gebaut sein, so daß dadurch von den Antriebsmotoren nur entsprechend geringe

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Drehmomente verlangt werden. Dadurch wird den Frimärbatterien im System weniger Energie entnommen. Alle diese Vorteile tragen dazu bei, daß die Kosten des Gesamtsystems vermindert werden und daß seine Lebensdauer sowie seine Zuverlässigkeit verbessert werden.

Indem ein konischer Konzentrator verwendet wird, der als Mehrwinkelanordnung ausgebildet ist, wird die Ausgangsleistung der einzelnen Zellen wesentlich erhöht, und es kann andererseits die Anzahl der Zellen für eine vorgegebene Leistung vermindert werden. Schließlich arbeitet das erfindungsgemäße Nachführungssystem mit dem Konzentrator in der Weise zusammen, daß gewährleistet wird, daß die öffnung der einzelnen Sonnenenergie-Wandleranordnungen innerhalb bestimmter Winkeltoleranzen der Sonnenstellung liegt, so daß die Ausgangsleistung der Sonnenzellen stets auf dem größtmöglichen Wert gehalten wird.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mit einer Mehrzahl von Sonnenenergie-Wandlereinrichtungen, welche starr miteinander zu einer Sonnenzellen-Fläche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung (25, 26) vorgesehen ist, um die Sonnenzellenflache (80) derart zu halten, daß sie universell bewegbar ist, daß weiterhin eine Antriebseinrichtung (61, 71) vorgesehen ist, um die Sonnenzellenflache (80) in unabhängiger Weise in bezug auf die Halteeinrichtung (25, 26) um die horizontale und die vertikale Achse zu drehen, daß weiterhin eine Steuerschaltung (84) vorhanden ist, welche eine Sonnenfühlereinrichtung (82) aufweist, um die Antriebseinrichtung (61, 71) einzuschalten, so daß die Sonnenzellenflache (80) der Sonne zugewandt wird, und daß ein Gehäuse (10) vorgesehen ist, welches die Sonnenenergie durchläßt und die Sonnenzellenflache (80), die Halterung und die Antriebseinrichtung (61, 71) gegen äußere Einflüsse schützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenzellenflache einen Rahmen aufweist, daß die Sonnenenergie-Wandlereinrichtung auf dem Rahmen angeordnet ist, daß die Halterung einen Bügel aufweist, in welchem der Rahmen um eine erste Achse drehbar angeordnet ist, und weiterhin eine Halterung aufweist, in welcher der Bügel um eine zweite Achse drehbar gelagert ist, welche zu der ersten Achse quer angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Gehäuse eine geschlossene, dichte Hülle aus Polycarbonat-Plastikmaterial ist.

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OWGiNAL INSPECTED

M-. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein erstes und ein zweite? halbkugelförmiges Element aus Polycarbonat-Plastikmaterial aufweist, daß jedes halbkugelförmige Element einen Flansch hat, daß das System weiterhin eine Einrichtung aufweist, welche dazu dient, die Flanschen miteinander zu verbinden, und daß zwischen den Flanschen eine Dichtung angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sonnenenergie-Wandlereinrichtungen eine fotoelektrische Zelle aufweist, eine Wärmetauschereinrichtung hat, die mit der Zelle in Wärmekontakt steht, und einen Energiekonzentrator aufweist, welcher ein Eintrittsfenster und eine Austrittsöffnung benachbart zu der Zelle hat, daß der Gewinn des Konzentrators wenigstens 6:1 ist und daß die Innenfläche des Konzentrators stark reflektiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator eine Doppelwinkel-Konushülle aufweist, die zumindest eine erste kegelstumpfförmige konische Wand hat, welche sich von der Zelle aus bis in einen mittleren Bereich erstreckt und einen ersten Winkel in bezug auf die Achse des Konzentrators bildet, und die eine zweite kegelstumpf förmige Wand aufweist, welche sich von dem mittleren Bereich aus bis zu dem Fenster erstreckt und einen zweiten Winkel in bezug auf die Achse bildet, und daß der zweite Winkel kleiner ist als der erste Winkel.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel des Konzentrators etwa 15° und der zweite Winkel etwa 10° beträgt.

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8. Sonnenenergie-Umwandlungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sonnenenergie-Umwandlungsanordnungen vorgesehen sind, daß jede Sonnenenergie-Umwandlungsanordnung eine Sonnenzelleneinrichtung aufweist, welche dazu dient, Sonnenenergie in eine andere Energieform umzuwandeln, daß weiterhin ein Konzentrator vorgesehen ist, welcher eine Mehrwinkel-Konushülle aufweist, die ein Sammelfenster an einem Ende und eine Austrittsöffnung an dem anderen Ende hat, daß die Sonnenzelleneinrichtung benachbart zu der Austrittsöffnung angeordnet ist, daß die Hülle wenigstens eine erste und eine zweite kegelstumpfförmige Wand in einer Tandem-Anordnung aufweist und sich von der Austritt soffnung bis zu dem Sammelfenster erstreckt, daß die erste Wand einen ersten Winkel mit der Achse des Konzentrators bildet und daß die zweite Wand einen zweiten Winkel mit der Achse des Konzentrators bildet, welcher kleiner ist als der erste Winkel.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche jedes der Wandler reflektierend ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Wandler einen Gewinn von wenigstens etwa 6:1 aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel im Bereich von 13 bis 17° und der zweite Winkel im Bereich von 8 bis 12° liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel etwa 15° und der zweite Winkel etwa 10° beträgt.

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13. Sonnenzellenfläche mit einer Mehrzahl von Sonnenzellen-Wandlereinrichtungen, die starr miteinander verbunden sind, und mit einer reversiblen Antriebseinrichtung, welche dazu dient, die Sonnenzellenfläche um eine vorgegebene Achse zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachführschaltung vorgesehen ist, daß eine Bezugsfühlereinrichtung vorhanden ist, welche auf die Sonnenenergie anspricht, um ein Bezugssignal in Reaktion auf einfallende Sonnenenergie zu erzeugen, daß eine lichtundurchlässige Wand vorhanden ist, welche sich in einer Ebene parallel zu der Achse erstreckt, daß eine erste und eine zweite Fühlereinrichtung vorgesehen ist, und zwar eine auf jeder Seite der Wand, um jeweils ein zweites und ein drittes Signal zu erzeugen, welches für einfallende Sonnenstrahlung repräsentativ ist, daß eine erste Schaltung vorhanden ist, welche auf das Bezugssignal und das zweite Signal anspricht, um die Antriebseinrichtung in einer Richtung in Betrieb zu setzen, so daß die Sonnenzellenfläche um die entsprechende Achse zur Sonne hin gedreht wird, wenn sich die Sonne auf der einen Seite der Wand befindet, und daß eine zweite Schaltung vorhanden ist, welche auf das Bezugssignal anspricht und auf das dritte Signal, um die Antriebseinrichtung in einer zweiten Richtung in Betrieb zu setzen, so daß die Sonnenzellenfläche um die Achse zu der Sonne hin gedreht wird, wenn die Sonne auf der anderen Seite der Wand steht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13« dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite reversible Antriebseinrichtung vorgesehen ist, um die Sonnenzellenfläche um eine zweite Achse zu drehen, welche quer zu der ersten Achse angeordnet ist, daß das System weiterhin eine zweite Sonnennachführungsschaltung aufweist, welche einen zweiten Fühler hat, der auf die Sonnenenergie anspricht, um ein zweites Bezugssignal in Reaktion auf einfallende Sonnenenergie zu erzeugen, daß

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eine zweite lichtundurchlässige Wand in einer zweiten Ebene parallel zu der zweiten Achse angeordnet ist, daß eine dritte und eine vierte Fühlereinrichtung vorhanden ist, und zwar eine auf jeder Seite der zweiten Wand, um jeweils ein viertes bzw. ein fünftes Signal zu erzeugen, welches für einfallende Sonnenstrahlung repräsentativ ist, daß die zweite Schaltung auf das zweite Bezugssignal und das vierte Bezugssignal anspricht, um die zweite Antriebseinrichtung in einer solchen Richtung einzuschalten, daß die Sonnenzellenfläche um die zweite Achse zu der Sonne hin gedreht wird, wenn die Sonne auf einer Seite der zweiten Wand steht, und daß die vierte Schalteinrichtung auf das zweite Bezugssignal und das fünfte Signal anspricht, um die zweite Antriebseinrichtung in einer zweiten Richtung in Betrieb zu setzen, so daß die Sonnenzellenfläche um die zweite Achse zur Sonne hin gedreht wird, wenn die Sonne auf der anderen Seite der zweiten Wand steht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wandlereinrichtungen weiterhin eine Konzentratorhülle aufweist, die ein Sammelfenster und eine Austrittsöffnung benachbart zu einer zugehörigen Zelle aufweist, und daß das Sammelfenster größer ist als die Auetrittsöffnung.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltung jeweils eine Schwellenschaltung aufweist, welche auf Signale anspricht, die vorgegebene Schwellen überschreiten, und daß die Schwellen derart gewählt sind, daß die Nachführschaltung so lange außer Betrieb bleibt, bis der Sonnenenergiepegel wenigstens etwa 25 % des normalen Energiepegels erreicht.

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17· Sonnenenergie-Uinwandlungsvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes an einer anderen Stelle mit einer Mehrzahl von Batterien zur Stromversorgung, wenn die Sonne nicht sichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sonnenzellen vorhanden sind, um einfallende Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, daß eine Rahmeneinrichtung vorhanden ist, um die Sonnenzellen in der Weise starr miteinander zu verbinden, daß eine Sonnenzellenfläche gebildet wird, daß eine erste Halterung vorhanden ist, welche eine erste Antriebseinrichtung aufweist, um die Sonnenzellenfläche um eine erste Achse drehbar zu lagern, daß eine zweite Halterung vorgesehen ist, welche eine zweite Antriebseinrichtung aufweist, um die Sonnenzellenfläche um eine zweite Achse drehbar zu lagern, welche quer zu der ersten Achse angeordnet ist, daß eine Sonnennachfuhrschaltung vorgesehen ist, welche auf die Position der Sonnenzellenfläche in bezug auf die Position der Sonne anspricht, um sich gegenseitig ausschließende erste bzw. zweite Signale zu erzeugen, welche jeweils der ersten Antriebseinrichtung zugeführt werden, während hingegen entsprechende dritte und vierte Signale der zweiten Antriebseinrichtung zuführbar sind, daß weiterhin ein Gehäuse vorhanden ist, welches die Sonnenzellenfläche dicht umgibt und auch die erste und die zweite Antriebseinrichtung gegen Witterungseinflüsse schützt, während dabei die Sonnenenergie durch die Gehäuseanordnung hindurchgehen kann, und daß schließlich eine Batterie-Ladungseinrichtung vorhanden ist, welche die Energie von den Sonnenzellen aufnimmt, um die Batterien nur dann zu laden, wenn die Sonne sichtbar ist.

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