DE2835348A1

DE2835348A1 - Reflektoranlage fuer sonnenkollektoren

Info

Publication number: DE2835348A1
Application number: DE19782835348
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Wildenrotter
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1980-02-14
Also published as: GR72519B; US4284061A; EP0008397B1; ES483245A1; DE2835348C2; ATE302T1; EP0008397A1

Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München, den 2. August 1978

Reflektoranlage für Sonnenkollektoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine von einem Tragwerk schwenkbar getragene Reflektoranlge für Sonnenkollektoren, wobei mit Reflektoranlage eine mit Reflektoren oder Solarzellen bestückte Anlage bzw. Plattform genannt ist.

Bei Groß-Solaranlagen zur Erzeugung von Wärme oder Strom werden die Solarzellen bzw. die zur Bündelung der Sonnenstrahlung verwendeten Reflektoren in einer Vielzahl mittels einer Tragstruktur zu einer großflächigen Reflektoranlage zusammengefaßt, die den Sonnenstrahlen ausgesetzt wird.

Der optimale Einfallwinkel des Sonnenlichtes wird durch ständiges Nachführen der Reflektoranlage entsprechend dem momentanen Sonnenstand eingestellt. Die Reflexionsflache bzw. die Solarzellen-Oberfläche ist dabei mehr oder weniger

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dem Himmel zugewandt, wodurch sie den Witterungseinflüssen, sowie Regen, Hagel, Staubablage, direkt ausgesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflektoranlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die sonnenlichtbeaufschlagbare Oberfläche zumindest zeitweise gegen die, diese Oberfläche beschädigende Naturereignisse geschützt werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Reflektoranlage in eine Schutzstellung schwenkbar ist,
in der die Reflektoroberfläche annähernd horizontal,
dem Erdboden zugewandt, zu liegen kommt.

Auf diese Weise können die Reflexionsschichten bzw. die
Solarzellenoberflächen, ohne daß sie mit besonderen
Einrichtungen abgedeckt werden müssen, geschützt werden, indem lediglich die Reflektoranlage oder Reflektorplattform umgeschwenkt wird. Damit ist auch die Möglichkeit
gegeben, daß die Reflektoren regelmäßig für die Nachtzeit umgeschwenkt werden können, um somit deren Verschmutzung durch Staub und Feuchtigkeitsniederschlag zu vermindern. Diese Lage kann außerdem zur Wartung und Reinigung der
Anlage verwendet werden, indem sie einen direkten Zugang zur Gesamtfläche vom Erdboden aus zuläßt.

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Um den optimalen Einfallwinkel des Sonnenlichtes auf die Reflektoren im Verlauf des Tages beizubehalten, muß die Anlage der Sonnenbahn nachgeführt werden. Hierzu wird eine Schwenkbeweglichkeit um eine vertikale und eine horizontale Achse ausgeführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die horizontale Achse gleichzeitig für die Schwenkung in die Schutzstellung verwendet wird, um damit keine zusätzlichen Gelenke anbringen zu müssen.

Um übermäßig lange Hebelarme zu vermeiden, wird ferner vorgeschlagen, daß die Reflektoranlage- bzw. -Plattform in etwa in ihrem Mittelbereich auf einen Tragwerksockel abgestützt wird und in diesem Bereich einen freien Spalt in der Breite des Sockels aufweist, durch den der Sockel beim Umlegen der Plattform durchführt. Die Reflektoranlage wird hierbei um eine durch den Kopf des Tragwerksockels führende horizontale Achse geschwenkt, die in einem Mittelbereich auf der Rückseite die Reflektoranlage horizontal durchquert. Beim Umschwenken werden die durch den Spalt getrennten Reflektorhälften an den Seiten des Sockels vorbeigeführt, bis die Anlage ihre horizontale Stellung eingenommen hat.

Um den Spalt, der einen Ausfall der Wirkungsfläche darstellt, möglichst schmal halten zu können, ist der Sockel flach ausgebildet und um die vertikale Achse mit der Plattform drehbar angeordnet.

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Die Plattformebene muß in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, also eine 180°-Drehung durchführen können. Für den Antrieb wird eine elektromechanisch^ Schwenkeinrichtung vorgeschlagen, bei der der mechanische Teil aus zwei hintereinander angelenkten Hebeln besteht, wobei das freie Ende des einen Hebels mit einer elektrisch betriebenen Schubeinrichtung und das freie Ende des zweiten Hebels mit der Reflektorplattform in Verbindung steht. Der erste Hebel ist in einem Mittelbereich schwenkbar am Tragwerksockel angelenkt.

Mit dieser fertigungstechnisch außerordentlich einfachen Schwenkeinrichtung läßt sich die Reflektoranlage in einer zuverlässigen Weise und mit geringstmöglicher Wartung um die horizontale Achse für die Nachstellung sowohl als auch zur Umschwenkung in die Schutzstellung bewegen. Die Hebel, deren Gelenke ebenfalls horizontale Drehachsen haben, bewegen sich in einer vertikalen Ebene, die durch den'Spalt in der Plattformebene führt. Es tritt dabei keine Kollision der mechanischen Schwenkeinrichtung mit der Reflektoranlage ein, so daß eine freie Auslegungsmöglichkeit für das Hebelsystem besteht.

Für die Schubeinrichtung können Gewindespindel, Ketten, Zahnstangen, usw. vorgesehen sein, die von einem Elektromotor angetrieben werden.

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Um den Aktionsbereich in der Bewegungsebene des Hebelsystems auch möglichst klein zu halten, ist vorgesehen, daß der erste mit der Schubeinrichtung verbundene Hebel aus zwei in einem Winkel unterhalb 180° starr miteinander verbundene Hebelarme ausgebildet ist. Der Hebel kann dabei in der Form eines Bumerangs ausgebildet sein, um die ausreichende Stabilität für die Momentenkräfte zu haben und andererseits quer zur Sciwenkebene ein möglichst flaches Gebilde zu sein.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Solarkollektoranlage in Perspektive und

Fig. 2 und 3 verschiedene Stellungen einer Schwenkeinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Solarkollektoranlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer durch mehrere Einzelreflektoren 10 gebildeten Reflektoranlage oder Reflektorplattform 11, Absorberrohren 12 und einem Rohrsystem 13 für einen Wärmeträger. Die Reflektoren 10 sind Zylinder-Parabolspiegel, die mit ihrer Brennlinie in Nord-Süd-Richtung angeordnet sind und mit ihrer Rückseite an eine Tragstruktur 17 befestigt sind. Der Absorber 12 liegt in der von einer Reihe von Reflektoren 10 gebildeten

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Brennlinie und ist an dem Rohrsystem 13 angeschlossen. Die auf die Reflektoren 10 auftreffenden Sonnenstrahlen 18 werden gebündelt auf den jeweiligen Absorber 12 reflektiert, an dem die Strahlenenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Die Wärmeenergie wird schließlich dem durch das Absorberrohr fließenden Wärmeträger übertragen und von diesem gespeichert.

Die mit der Tragstruktur 17 zu der Reflektorplattform 11 zusammengefaßten Reflektoren 10 stützen sich an einem Tragwerkssockel 20 ab. Die Stützpunkte bestehen aus zwei Gelenken 21 mit horizontaler Drehachse 22 und einem dritten Gelenk 23 mit ebenfalls einer horizontalen Schwenkachse 24. Durch Betätigung eines zugehörigen Hebelsyα Lernes 25 wird die Plattform 11 um die horizontale Achse 22 geschwenkt. Der Tragstruktursockel 2 0 ist ferner um eine vertikale Achse 30 drehbar auf einem Träger 31 gelagert. Mit dieser Ausführung läßt sich die Reflektoranlage 11 samt dem Sockel 20 um die vertikale Achse 30 und zusätzlich um die horizontale Achse 22 zur Nachführung der Reflektionsflächen nach dem jeweiligen Sonnenstand schwenken, um den Wirkungsgrad des Kollektors möglichst optimal einzusetzen.

Die Reflektorplattform 11 wird in der Betriebsstellung eine Lage einnehmen, in der die Reflektionsschicht -im wesentlichen nach oben zugewandt ist. In dieser Arbeitsstellung ist die Reflektionsschicht der Ablagerung von Staub und Feuchtigkeit

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sowie gegebenenfalls dem Hagel ausgesetzt. Die während der längsten Zeit in Schrägstellung beharrende Plattform 11 bietet außerdem eine relativ große Widerstandsfläche für auftretende Windströme, was bei Böen und höheren Windstärken eine Beschädigung der Anlage zur Folge haben kann.

Um derartige Gefahren auszuschalten und einer Staubablagerung möglichst entgegen zu wirken, ist ein Schwenkmechanismus 25 vorgesehen, das die Reflektoranlage 11 um ca. 180° zu schwenken vermag. In diesem Drehwinkel ist eine Schutzstellung eingeschlossen, in der die Reflektoren 10 nach unten gekippt sind, d.h., daß die Reflektionsoberfläche zum Erdboden gerichtet und nur noch deren Rückseite den Naturereignissen ausgesetzt ist. Hierbei nimmt die Reflektorplattform 11 außerdem eine horizontale und tiefstliegende Lage ein, bei der sie vor Windschäden geschützt ist und für Reinigungs- und Wartungszwecke leicht zugänglich ist.

Aus statischen Gründen ist die Reflektorplattform in einem mittleren Bereich auf den Tragstruktursockel 20 abgestützt. Um bei dieser Anordnung das vollständige Umschwenken der Plattform 11 zu ermöglichen, ist die Reflektoranlage in der vertikalen, durch den Sockel 20 senkrecht zur horizontalen Achse führenden Ebene mit einem Spalt 35 versehen, der zwischen den Reflektorreihen freigehalten wird. Um diesen Spalt 35

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möglichst schmal zu halten, ist der hindurchzuführende Sockel 2 0 senkrecht zu der genannten Ebene so schmal wie möglich ausgestaltet.

Die elektromechanische Schwenkeinrichtung der Reflektoranlage 11 ist in den Fig. 2 und 3 rein schematisch näher dargestellt.

Fig. 2 zeigt mit vollen Strichen eine extreme Arbeitsstellung, nämlich die horizontale. Lage der Reflektorplattform 11. Mit gestrichelten Linien ist zusätzlich eine schräge Arbeitsstellung dargestellt. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist lediglich die durch die am oberen Ende des Tragwerkssockels befindliche horizontale Achse 22 führende Ebene 11' anstelle der Reflektorplattform 11 dargestellt, wobei die Seite der Reflektionsschicht durch eine strichpunktierte Linie 40 gekennzeichnet ist. Der mechanische Teil der Schwenkeinrichtung besteht aus einem Hebelsystem 25 mit einem ersten Hebel 41 und einem als Schubstange ausgebildeten zweiten Hebel 42, das mit einem Ende das Gelenk 23 bzw. 23" bildet und dessen anderes Ende 44 am ersten Hebel 41 angelenkt ist. Der erste Hebel 41 ist aus zwei Hebelarmen 45 und 46 gebildet, die in einem gewißen Winkel miteinander starr verbunden sind und an ihrem Knickpunkt 47 schwenkbeweglich im Sockel 20 angebracht sind. Die Hebelarme 45 und 46 des bumerangförmigen Hebels 41 sind zur Verdeutlichung der Zeichnungen stabförmig dargestellt. Das freie Ende des ersten Hebels 41 steht mit

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einer Gewindespindel 48 in Verbindung, die von einem Motor 49 über Übertragungsspindeln 50, 51 zur Betätigung der Schwenkeinrichtung in die eine oder die andere Richtung gedreht werden kann.

Durch eine geringe Schwenkung <C um die horizontale Achse 74 des ersten Hebels 41 und der entsprechenden Verschiebung der Schubstange 42 wird die Plattformebene 11 um einen größeren Winkel fl um die Achse 22 gedreht.

Wird der Hebel 41 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt, so gelangt die Plattformebene 11' und damit die Reflektoranlage 11 nach einer Drehung um 180° von der in Fig. 2 gezeigten Ausgangsstellung in die Fchutzstellung, in der die Plattformebene 11' horizontal mit der Reflektionsseite 40 nach unten gerichtet liegt. Diese Stellung ist in Fig. 3 mit den durchgehenden Linien dargestellt. Die gestrichelt gezeichnete Stellung stellt eine fast horizontale Arbeitsstellung dar.

Die Anlage ist geeignet, um mit einer elektronischen Steuerung betrieben zu werden, wobei mit Hilfe eines Fotosensors 56 oder dergleichen, der die Sonnenlage registriert und entsprechende, mit einem Verstärker 57 verstärkte Signale einem konventionellen Regler 55 liefert, die Anlage kontinuierlich und automatisch in die gegenüber der Sonnenstellung optimale Orientierung gebracht wird. Die Schwenkbewegung um die hori-

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zontale Achse 22 wird dabei in Kombination mit der Drehung um die vertikale Achse 3o gesteuert. Es können dabei Warnsteuerbefehle mit ausgeführt werden, die beim Aufkommen von höheren Windstärken oder Hagel die Anlage in die Schutzstellung bringen.

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Claims

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

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Patentansprüche

(I*) Von einem Tragwerk schwenkbar getragene Reflektoranlage für Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranlage (11) in eine Schutzstellung (Fig. 3) schwenkbar ist, in der. die Reflektoroberfläche (40) annähernd horizontal, dem Erdboden zugewandt zu liegen kommt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Reflektoranlage (11) zur Erlangung der Schutzstellung um die für die Nachführung nach der Sonnenbahn vorgesehene horizontale Achse (22) schwenkbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranlage (11) etwa in ihrem Mittelbereich auf einem Tragwerksockel (20) abgestützt ist und in diesem Bereich einen freien Spalt (35) in der Breite des Sockels aufweist.

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4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromechanxsche Schwenkeinrichtung zum Drehen der Reflektoranlage (11) um die horizontale Achse (22) vorgesehen ist.

5- Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (25, 48 - 51) in einem um eine vertikale Achse (30) drehbaren Tragwerksockel (20) angeordnet ist.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Anteil der Schwenkeinrichtung aus zwei hintereinander angelenkten Hebeln (41 und 42) und einer Schubeinrichtung (48) besteht, wobei das freie Ende des ersten Hebels (41) mit der Schubeinrichtung verbunden ist und in einem Mittelbereich (47) am Sockel (20) angelenkt ist, und daß das freie Ende des zweiten Hebels (42) an die Reflektoranlage (11) angreift.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung vorgesehen ist, die eine Nachführung nach der Reflektoranlage (11) nach der Sonnenbahn steuert und außerdem Warnsignale aufnehmen kann, um die Reflektoranlage in die SchutzStellung zu bringen.

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