DE2740431A1 - Solar heat collector mount - with additional angular adjustment for better heat recovery - Google Patents

Solar heat collector mount - with additional angular adjustment for better heat recovery

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Abstract

A mount for a solar heat collector includes a carrier which can be swivelled at a fixed angle to the horizontal through 80 degrees to either side by a motorised drive. The frames for the heat absorbers are hinged to the carrier on the top and can be raised by an additional angle by struts at their bottom. This results in a 30% better heat collection compared with fixed solar heat collectors.

Description

Vorrichtung zur Aufnahme von Solarkollektoren Device for holding solar collectors

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme mindestens eines Solarkollektors.The invention relates to a device for receiving at least one Solar collector.

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.In contrast to known solar collectors arranged in concave mirrors, are the flat solar collectors commonly used for the utilization of solar energy in buildings Permanently mounted on the roofs of buildings or in the field. This will be done whenever possible aimed at aligning the collectors to the south in order to achieve a long and favorable solar radiation on the absorber in the collector to be achieved on Bonnentagen.

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.Ea, however, are not all for the assembly of the Solar collectors available roof areas facing south or south-west. researches show but that the angle of incidence of the sun's rays on the solar collectors is large Influences the amount of solar energy that can be collected by the solar collectors.

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.The invention is based on the object of arranging solar collectors in such a way that that with them a higher energy gain can be achieved than with a fixed installation the solar collectors on roof surfaces or the like is the case.

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.The object set is achieved according to the invention with a device which characterized in that it has a holder for the solar collector (s) has, which extends on a carrier around a fixed, oblique to the vertical Axis arranged pivotably and by means of a drive device for alignment is movable on the sun. The inclined pivot axis is advantageously used arranged so that the inclined pivot axis and the vertical plane common runs in north-south direction.

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.Due to the fixed inclined axis, its angle of inclination after that of the latitude of the location of the wearer and of the season dependent culmination point of the sun's orbit is chosen, can be with the Pivoting the holder for the solar collectors about this axis an adjustment the angular position of the solar collector surface to the horizontal plane. This gives a good alignment of the solar collector surface with the sun. With one Pivoting of approximately 900 in both directions from the north-south plane, that is in the orientation of the solar collectors to the east or west, automatically one Change of the angular position of the solar collector surface to the vertical up to practically reached a vertical position of the solar collector surfaces, so that even the Rays of those rising above the horizon or those still standing above the horizon setting sun at a favorable angle of incidence, namely approximately perpendicular, hit the solar collectors.

Versuche haben gezeigt, daß mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung mindestens ein Drittel mehr Energie gewonnen werden kann, aLs bei starr montierten Solarkollektoren gleicher Fläche.Tests have shown that with a trained according to the invention Device at least a third more energy can be obtained than with rigid mounted solar collectors of the same area.

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.In an advantageous embodiment of the device, the solar collectors on the carrier at a selectable additional angle to the inclined swivel axis arranged adjustable, whereby the angular position of the surfaces of the solar collectors to the horizontal in its north-south orientation in adaptation to the season can change different heights of the sun's path. The holder can do this consist of a flat frame on which the solar collectors in the area of their upper The edge can be adjusted about an axis directed perpendicular to the pivot axis of the frame are hinged, while they are in the area of their lower edge via hinged locking rails can be determined in a selectable angular position to the frame plane.

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.The carrier can expediently consist of a vertical mast with an upper End plate exist, the inclination of which the inclination angle of the pivot axis of the Holder to the vertical. The mast can be on the roof of a building or as well be firmly anchored in the ground.

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.The holder can hold several solar collectors, preferably in the same way Wear alignment. But there can also be several carriers for individual solar collectors be provided, which simultaneously and with a common drive device a swivel axis running at an angle to the vertical evenly around 3 turned will. The drive device can consist of an electric, hydraulic or Pneumatic servomotor exist that can be operated continuously or gradually is and expediently on a gear arranged in the holder with the same pivot axis, a Acting pulley, a crank disk or the like. The control of the servomotor can be done for example uhrzeitabhinglg, with Uber from the holder directly or Indirectly operable end switches control the device back into its starting position can be done. The frame with the solar collectors can be used in the evening or at night be automatically reset from its western position to its morning position, in which the collector surfaces face east. The servomotor can, however also be coupled to a control device that controls the angle of sunlight Has taking into account control signal transmitter. The holder is advantageously each coupled to a rotary position pointer, for example with one of his Rotary position dependent effective actual value transmitter in the form of a rotary potentioaeters.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.The following is an exemplary embodiment of the subject matter of the invention explained in more detail with reference to the accompanying drawing.

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.1 shows a side view of the device; Fig. 2 is a plan view of the frame receiving the solar collectors; Fig. 3 a Individual representation of the mast top in relation to Fig. 1 enlarged scale and partly in section; 4 shows a schematic plan view of the drive connection the device.

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.1 shows a hollow mast anchored in a concrete foundation 10 11, which ends in an inclined upper end plate 12. On the end plate a housing-like attachment 13 is fastened by means of screws 14 on his Front has a bearing tube 15 and in its rear part an electrical Drive motor 16 carries.

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.The longitudinal axis of the bearing tube which is rigidly arranged on the mast 11 forms the pivot axis 16 for a holder 17 for several solar collector plates 18. The pivot axis 16 forms with the vertical axis 19 of the Mast 11 a fixed predetermined angle of inclination «. The holder 17 consists essentially from a frame with an upper and a lower longitudinal spar 20 and 21, which through several cross members 22 are connected to one another. As Fig.2 shows, the two are Long sleeves 20 and 21 each made of two outer square tubes 20a, 20b and 21a, 21b'die in a central square tube section 20c or 21c of larger inner width are inserted, assembled. The transverse webs 21 have a mutual distance, which is the width of each inserted between two of them, in Fig.2 with Solar collector plates 18 indicated by dash-dotted lines corresponds.

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.The solar collector plates 18 are with their upper edge 26 at the top The end of the transverse webs 22 can be pivoted about an axis running transversely to the pivot axis 16 hinged.

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.At its lower edge 25 are provided with locking holes 24 locking rails hinged, which can be latched and fixed at the lower end of the transverse webs 22 and with which the solar collector plates 18 by a selectable angle / 9 out of the plane of the frame 17 are pivotable. Since the pivot axis of the upper edge 26 of the Solar collector plates 18 intersects the vertical axis 19 of the mast 11, has the total angle of inclination the solar collector plates 18 in the middle position shown in Fig. 1, in which the frame 17 is perpendicular to the plane of the drawing, called the north-south plane is to be seen, the value OC + The solar collector plates 18 are not of interest here Way designed as a heat exchanger for a liquid heat carrier, the liquid Heat transfer medium is supplied and discharged via hose lines 27 and 28 indicated in FIG will.

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.The frame 17 can be removed from its central position shown in FIG about the pivot axis 16 to both sides by about 800 up to the stop against the Swivel mast 11 or mast attachment 13. The central pipe sections 20c and 21c of the longitudinal spars 20 and 21 are provided with bearing pipe stubs 29 and 30, respectively, as shown in FIG. which are pushed over the ends of the bearing tube 15 of the Mouse Pad 13 and which has a ball 31 in the interior of the bearing tube socket 29 and 30 in the FIG apparent manner on the bearing tube 15 of the mast attachment 13 are supported.

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.The bearing pipe socket 29 ends in a flange 32 on which a Sprocket 33 is screwed on, which has a drive chain 34 with a sprocket 35 the output shaft 36 of the electric motor 16 is drivingly connected is. The output shaft 36 of the electric motor 16 can be displaced via a chain tensioner arranged clamping bearing shield 37 is supported on a spar of the mast assembly 13. At CehAuse attachment 13 is a rotary potentiometer 38 of a control device not shown in detail the Jintriebsvorrichtung attached. This as an ACTUAL value transmitter for the angle of rotation position The rotary potentiometer 38 serving the frame 17 is driven by means of a chain wheel 39 coupled to the drive chain 34.

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.Instead of an electric motor, a hydraulic or pneumatic one could also be used Motor for sun tracking adjustment of the frame and thus the one arranged on it Solar collector plates 18 are used. The motor could also have a pinion on the frame attack. The control can be time-dependent or, for example, dependent from the angle of incidence of the sun's rays.

Claims (11)

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. Patent claims device for receiving at least one solar collector, characterized in that it has a holder for the solar collector (s), has, which extends on a carrier around a fixed, oblique to the vertical Axis arranged pivotably and by means of a drive device for alignment is movable on the sun. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der schrägen Schwenkachse und der Vertikalen gemeinsame Ebene in Nord-Süd-Richtung verläuft.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inclined pivot axis and the vertical common plane runs in north-south direction. 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.3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the solar collectors on the carrier at a selectable additional angle to inclined pivot axis are arranged pivotably. 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.4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that that the holder has a flat frame aufeist on which the solar collectors in the area of its upper edge around a perpendicular to the pivot axis of the frame Axis are adjustable while they are in the area of their lower edge over hinged locking rails can be fixed in a selectable angular position to the frame plane. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsholme des Rahmens des Halters aus ineinandergesteckten Rohrabschnitten zusaDsengesetzt sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the longitudinal spars of the frame of the holder made of nested pipe sections are. 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.6. Device according to one of claims 1-5, characterized in that that the carrier consists of a vertical mast with an upper end plate, whose Schrlglqe bestint the angle of inclination of the pivot axis of the holder to the vertical. 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.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that on the inclined end plate of the mast an attachment with a pivot axis of the holder Besti-ending bearing tube is attached, in which bearing journal of the holder of the solar collectors are rotatably mounted on at least one support ball. 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. 8. Device according to one of claims 1-7, characterized in that that the drive device consists of one arranged in the carrier, e.g. in the mast attachment There is a servomotor that can be operated in both directions of rotation and that operates on a holder A gearwheel, a belt pulley, a crank disk are arranged with the same pivot axis or the like acts. 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.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the servomotor Time-dependent controlled and via Ehd switch that can be operated directly or indirectly by the holder can be returned to its original position. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die einen den Sonneneinstrahlungswinkel berücksichtigenden Steuersignalgeber aufweist.10. Apparatus according to claim 8, characterized in that the servomotor is coupled to a control device that controls the angle of incidence of the sun has taking into account control signal generator. 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.11. Device according to one of claims 1-10, characterized in that that the holder is equipped with an actual value encoder that is dependent on its rotational position, for example a rotary potentiometer which is coupled to the control device.
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