DE2740431A1 - Vorrichtung zur aufnahme von solarkollektoren - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Aufnahme von Solarkollektoren
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme mindestens eines Solarkollektors.
• Im Gegensatz zu bekannten, in Hohlspiegeln angeordneten Sonnenkollektoren, werden die zur Verwertung von Sonnenenergie in Gebäuden gebräuchlichen flachen Solarkollektoren auf Dächern von Gebäuden oder im Gelände fest montiert. Dabei wird nach Möglichkeit eine Ausrichtung der Kollektoren nach Süden angestrebt, um dadurch eine möglichst lange und ein fallswinkelgünstige Sonneneinstrahlung auf die Absorber im Kollektor an Bonnentagen zu erzielen.
• Ea sind Jedoch nicht alle für die Montage der Solarkollektoren verfügbaren Dachflächen nach Süden oder Südwesten orientiert. Untersuchungen zeigen aber, daß der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Solarkollektoren einen großen Einfluß auf die Menge der von den Solarkollektoren auffangbaren Sonnenenergie hat.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Solarkollektoren so anzuordnen, daß mit ihnen ein höherer Energiegewinn erzielbar ist, als dies bei einer Festmontage der Solarkollektoren auf Dachflächen oder dergleichen der Fall ist.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst,die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Halter für den (die) Solarkollektor (en) aufweist, der auf einem Träger um eine festgelegte, schräg zur Vertikalen verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet und mittels einer Antriebsvorrichtung zur Ausrichtung auf die Sonne bewegbar ist. Dabei wird vorteilhafterweise die schräge Schwenkachse so angeordnet, daß die der schrägen Schwenkachse und der Vertikalen gemeinsame Ebene in Nord-Süd-Richtung verläuft.
• Durch die festliegende Schrägachse, deren Neigungswinkel nach dem von der geografischen Breite des Standortes des Trägers und von der Jahreszeit abhängigen Kulminati onspunkt der Sonnenlaufbahn gewählt wird, läßt sich mit dem Verschwenken des Halters für die Solarkollektoren um diese Achse eine Verstellung der Winkellage der Solarkollektorfläche zur Horizontalebene erreichen. Dies ergibt eine gute Ausrichtung der Solarkollektorfläche auf die Sonne. Dabei wird bei einer Verschwenkung von annähernd 900 nach beiden Richtungen aus der Nord-Süd-Ebene, also in der Ausrichtung der Solarkollektoren nach Osten oder Westen, automatisch eine änderung der Winkellage der Solarkollektorfläche zur Vertikalen bis praktisch zu einer Vertikalstellung der Solarkollektorflächen erreicht, so daß auch noch die Strahlen der über den Horizont aufgehenden oder der noch über dem Horizont stehenden untergehenden Sonne unter einem günstigen Einfallwinkel, nämlich annähernd senkrecht, auf die Solarkollektoren auftreffen.
• Versuche haben gezeigt, daß mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung mindestens ein Drittel mehr Energie gewonnen werden kann, aLs bei starr montierten Solarkollektoren gleicher Fläche.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung sind die Solarkollektoren auf dem Träger um einen wählbaren zusätzlichen Winkel zur schrägen Schwenkachse verstellbar angeordnet, wodurch sich die Winkelstellung der Flächen der Solarkollektoren zur Horizontalen in ihrer Nord-Süd-Ausrichtung in Anpassung an die Jahreszeitlich unterschiedliche Höhe der Sonnenbahn verändern läßt. Hierzu kann der Halter aus einen ebenen Rahmen bestehen, an welchem die Solarkollektoren im Bereich ihres oberen Randes um eine senkrecht zur Schwenkachse des Rahmens gerichtete Achse verstellbar angelenkt sind, während sie im Bereich ihres unteren Randes über angelenkte Rastschienen in wählbarer Winkelstellung zur Rahmenebene feststellbar sind.
• Der Träger kann zweckmäßig aus einem vertikalen Mast mit einer oberen Abschlußplatte bestehen, deren Schräglage den Neigungswinkel der Schwenkachse des Halters zur Vertikalen bestint. Der Mast kann auf dem Dach eines Gebäudes oder auch im Boden fest verankert werden.
• Der Halter kann dabei mehrere Solarkollektoren in vorzugsweise gleicher Ausrichtung tragen. Es können aber auch mehrere Träger für einzelne Solarkollektoren vorgesehen sein, die mit einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung gleichzeitig und gleichmäßig um 3eweils eine schräg zur Vertikalen verlaufende Schwenkachse gedreht werden. Die Antriebavorrichtung kann aus einem elektrischen, hydraulischen oder pneuiatischen Stellmotor bestehen, der kontinuierlich oder schrittweise betätigbar ist und zweckmäßig auf ein im Halter schwenkachsgleich angeordnetes Zahnrad, eine Riemenscheibe, eine Kurbelscheibe oder dergleichen einwirkt. Die Steuerung des Stellmotors kann beispielsweise uhrzeitabhinglg erfolgen, wobei Uber vom Halter direkt oder indirekt betätigbare Endsehalter eine Rücksteuerung der Vorrichtung in ihre Ausgangslage erfolgen kann. Der Rahmen mit den Solarkollektoren kann also am Abend oder nachts automatisch aus seiner Westitellung in seine Morgenetellung zurückgestellt werden, in welcher die Kollektorilächen nach Osten gerichtet sind. Der Stellmotor kann aber auch mit einer Steuereinrichtung gekoppelt sein, die einen den Sonneneinstrahlungswinkel berücksi chtigenden Steuersignalgeber aufweist. Dabei wird der Halter vorteilhafterweise jeweils mit einem Drehstellungszeiger gekoppelt, beispielsweise mit einem von seiner Drehstellung abhängig wirksamen IST-Wertgeber in Form eines Drehpotentioaeters.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
• Is einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf den die Solarkollektoren aufnehmenden Rahmen; Fig. 3 eine Einzeldarstellung des Mastaufsatzes in gegenüber Fig.1 vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt; Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf die Antriebsverbindung der Vorrichtung.
• Fig.1 zeigt einen in einem Betonfundament 10 verankerten Hohlmast 11, der in einer schrägen oberen Abschlußplatte 12 endet. Auf die Abschlußplatte ist ein gehäuseartiger Aufsatz 13 mittels Schrauben 14 befestigt, der auf seiner Vorderseite ein Lagerrohr 15 aufweist und in seinem hinteren Teil einen elektrischen Antriebsmotor 16 trägt.
• Die Längsachse des starr auf dem Masten 11 angeordneten Lagerrohres bildet die Schwenkachse 16 für einen Halter 17 für mehrere Solarkollektorplatten 18. Die Schwenkachse 16 bildet mit der vertikalen Achse 19 des Mastes 11 einen fest vorgegebenen Neigungswinkel « . Der Halter 17 besteht im wesentlichen aus einem Rahmen mit einem oberen und einem unteren Längsholm 20 und 21, die durch mehrere Querholme 22 miteinander verbunden sind. Wie Fig.2 zeigt, sind die beiden LAngsholse 20 und 21 jeweils aus zwei äußeren Vierkantrohren 20a, 20b bzw. 21a, 21b'die in einen zentralen Vierkantrohrabschnitt 20c bzw. 21c größerer Innenweite eingeschoben sind, zusammengesetzt. Die Querstege 21 haben einen gegenseitigen Abstand, welcher der Breite der jeweils zwischen zwei von ihnen eingesetzten, in Fig.2 mit strichpunktierten Linien angedeuteten Solarkollektorplatten 18 entspricht.
• Die Solarkollektorplatten 18 sind mit ihrem oberen Rand 26 am oberen Ende der Querstege 22 um eine quer zur Schwenkachse 16 verlaufende Achse verschwenkbar angelenkt.
• An ihrem unteren Rand 25 sind mit Rastlöchern 24 versehene Rastschienen angelenkt, die am unteren Ende der Querstege 22 einrastbar und fixierbar sind und mit welchen die Solarkollektorplatten 18 um einen wählbaren Winkel /9 aus der Ebene des Rahmens 17 verschwenkbar sind. Da die Schwenkachse des oberen Randes 26 der Solarkollektorplatten 18 die Vertikalachse 19 des Mastes 11 schneidet, hat der Gesamtneigungswinkel der Solarkollektorplatten 18 bei der aus Fig.1 ersichtlichen Mittelstellung, in welcher der Rahmen 17 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft, die als Nord-Süd-Ebene anzusehen ist, den Wert OC + Die Solarkollektorplatten 18 sind in hier nicht interssierender Weise als Wärmetauscher für einen flüssigen Wärmeträger ausgebildet, wobei der flüssige Wärmeträger über in Fig.1 angedeutete Schlauchleitungen 27 und 28 zu- bzw. abgeführt wird.
• Der Rahmen 17 läßt sich aus seiner in Fig.1 dargestellten Mittellage um die Schwenkachse 16 nach beiden Seiten um ca. 800 bis zum Anschlag gegen den Mast 11 oder den Mastaufsatz 13 verschwenken. Die zentralen Rohrabschnitte 20c und 21c der Längsholme 20 und 21 sind gemäß Fig.3 mit Lagerrohrstutzen 29 bzw. 30 versehen, welche über die Enden des Lagerrohres 15 des Maustautsatzes 13 geschoben sind und die über eine Kugel 31 im Innern der Lagerrohrstutzen 29 und 30 in der aus Fig.3 ersichtlichen Weise am Iagerrohr 15 des Mastaufsatzes 13 abgestützt sind.
• Der Lagerrohrstutzen 29 endet in einem Flansch 32, an welchen ein Kettenrad 33 angeschraubt ist, das über eine Antriebskette 34 mit einem Kettenrad 35 der Abtriebsnelle 36 des Elektromotors 16 antriebsmäßig verbunden ist. Die Abtriebswelle 36 des Elektromotors 16 ist über ein zur Kettenspannung verschiebbar angeordnetes Spannlagerschild 37 an eine Holn des Mastautsatzes 13 abgestützt. An CehAuseaufsatz 13 ist ein Drehpotentiometer 38 einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung der Jintriebsvorrichtung befestigt. Das als IST-Wertgeber für die Drehwinkelstellung des Rahmens 17 dienende Drehpotentiometer 38 ist mittels eines Kettenrades 39 antriebsmäßig mit der Antriebskette 34 gekoppelt.
• Anstelle eines Elektromotors könnte auch ein hydraulischer oder pneumatischer Motor zur Sonnennachlaufverstellung des Rahmens und damit der auf ihm angeordneten Solarkollektorplatten 18 dienen. Der Motor könnte auch über einen Zahntrieb am Rahmen angreifen. Die Steuerung kann uhrzeitabhängig oder beispielsweise in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen erfolgen.

Claims (11)

1. Patentansrüche Vorrichtung zur Aufnahme mindestens eines Solarkollektors, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Halter für den (die) Solarkollektor (en), aufweist, der auf einem Träger um eine festgelegte, schräg zur Vertikalen verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet und mittels einer Antriebsvorrichtung zur Ausrichtung auf die Sonne bewegbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der schrägen Schwenkachse und der Vertikalen gemeinsame Ebene in Nord-Süd-Richtung verläuft.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarkollektoren auf dem Träger um einen wählbaren zusätzlichen Winkel zur schrägen Schwenkachse verschwenkbar angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter einen ebenen Rahmen aufeist, an welchem die Solarkollektoren im Bereich ihres oberen Randes um eine senkrecht zur Schwenkachse des Rahmens gerichtete Achse verstellbar angelenkt sind, während sie im Bereich ihres unteren Randes über angelenkte Rastschienen in wZhlbarer Winkelstellung zur Rahmenebene festlegbar sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsholme des Rahmens des Halters aus ineinandergesteckten Rohrabschnitten zusaDsengesetzt sind.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus eines vertikalen Mast mit einer oberen Abschlußplatte besteht, deren Schrlglqe den Neigungswinkel der Schwenkachse des Halters zur Vertikalen bestint.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der schrägen Abschlußplatte des Mastes ein Aufsatz mit einem die Schwenkachse des Halters besti-enden Lagerrohr befestigt ist, in welcher Lagerzapfen des Halters der Solarkollektoren auf mindestens einer Stützkugel drehbar gelagert sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung aus einem im Träger, z.B. im Mastaufsatz, angeordneten in beiden Drehrichtungen betätigbaren Stellmotor besteht, der auf ein am Halter schwenkachsgleich angeordnetefi Zahnrad, eine Riemenscheibe, eine Kurbelscheibe oder dergleichen einwirkt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor uhrzeitabhängig gesteuert und über vom Halter direkt oder indirekt betätigbare Ehdschalter in seine Ausgangslage rücksteuerbar ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die einen den Sonneneinstrahlungswinkel berücksichtigenden Steuersignalgeber aufweist.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter mit einem von seiner Drehstellung abhängig wirksamen Istwertgeber, beispielsweise einem Drehpotentiometer, der Steuereinrichtung gekoppelt ist.