DE2842084A1

DE2842084A1 - Automatische nachfuehrung fuer sonnenorientierte systeme

Info

Publication number: DE2842084A1
Application number: DE19782842084
Authority: DE
Inventors: Helmut Zitzelsberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1978-09-27
Publication date: 1980-05-08
Also published as: US4283588A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München __-

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Automatische Nachführung für sonnenorientierte Systeme

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einstellen und Führen von Systemen, die nach auf vorbestimmten Bahnen beweglichen Wärmestrahlungsquellen auszurichten sind, insbesondere zum automatischen Einstellen und Führen von sonnenorientierten Systemen. Bei der Verwendung von Sensoren, die auf Wärmestrahlungsqueilen auszurichten sind, ist der Einfallswinkel der Strahlung für den Wirkungsgrad der Anlage und für die Ausübung ihrer möglichen Funktionen von großer Bedeutung. Dies gilt sowohl dafür, daß eine Messung oder Ortung einer Wärmestrahlungsquelle vorgenommen, oder daß gegen diese Strahlungsquelle abgeschattet, oder daß diese Strahlung absorbiert oder reflektiert werden soll. Insbesondere für die Ausnützung der Sonnenenergie erscheint es besonders wichtig, die zur Aufnahme der Wärmestrahlung vorhandenen Solarzellen bei jedem Sonnenstand so anzuordnen, daß ein möglichst optimaler Strahlungseinfall gewährleistet ist.

Bei bekannten Anordnungen erfolgt die Ausrichtung der

Hut 1 Rir /19.9.1978

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Solarzellenträger durch Motoren, die elektrisch oder mechanisch angesteuert werden, wobei optische, elektronische oder thermomechanische Steuerungsssysteme benutzt werden. Nachteilig ist jedoch dabei der für die Steuerung der Solarzellenträger erforderliche Energiebedarf, da ja zumindest zur Einstellung zunächst Fremdenergie zugeführt werden muß und die wie bei allen beweglichen Steuerungsteilen notwendige Wartung der Anlage .

Zweck der Erfindung ist es , eine automatisches Einstellungs- und Nachführungssystem zu zeigen, das ohne Fremdenergie arbeiten kann und mit nur geringem Wartungsaufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei Wärmeausdehnungskörper mit ihren einen Enden an beiden Seiten einer Wippe unimit ihren beiden anderen Enden an einem geradlinig beweglichen Gegenlager angreifen, dessen Bewegung senkrecht zur Drehachse der Wippe verläuft, und daß die beiden Ausdehnungskörper von Isoliermate'-rial an fünf von sechs Seiten derart abgeschattet sind, daß die offene Seite des einen Ausdehnungskörpers der ankommenden und die offene Seite des anderen Ausdehnungskörpers der sich entfernenden Strahlungsquelle zugewandt sind. Die erfindungsgemäße Anordnung kann in vorteilhafter Weise den Systemträger eines mit Solarzellen, Solarabsorbern oder Sonnenblenden arbeitenden Steuerungssystems ohne Zuführung von anderer FremdenergJe als der aus der Strahlungsquelle einstellen. Der der ankommenden Strahlungsquelle zugewandte Ausdehnungskörper wird bei Auftauchen der Strahlungsquelle allein Wärme aufnehmen, da ja der andere Ausdehnungskörper in dieser Richtung abgeschattet ist und durch seine Ausdehnung auf die Wippe einwirken. Die dabei von dem anderen sich nicht ausdehnenden Ausdehnungskörper

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ausgeübte Haltekraft wirkt wich über das geradlinig verschiebbare Gegenlager als eine Zugbelastung auf der anderen Seite der Wippe aus, so daß die beiden Ausdehnungskörper kräftemäßig zusammenarbeiten. Die dabei auftretende Drehbewegung der Wippe muß nur so ausgenützt werden, daß sie durch entsprechende Übersetzungen, Umkehrgetriebe, Zahnradgetriebe oder ähnliche bekannte Mittel den Systemträger so der Strahlungsquelle zukehren, daß ein optimaler Einfallswinkel erreicht wird. Hierbei können vorbekannte Bahnneigungen oder Unregelmäßigkeiten oder kontinuierlich verlaufende Änderungen durch entsprechende Getriebeteile vorab kompensiert werden. Die Lageveränderung der Strahlungsquelle hat zur Folge, daß die offene Seite des ihr zugewandten Ausdehnungskörpers unter einem mehr undmehr schrägen Winkel angestrahlt wird, d.h. daß dort die aufnehmbare Energie und damit die Ausdehnung springer wird. Im gleichen Maße beginnt die Strahlungsenergie auf den anderen Ausdehnungskörper zu wirken, so daß eine kontinuierliche Beeinflußung der Wippe und in der Folge davon der Lage des Systemträgers entsteht. Die erfindungsgemäße Anordnung führt also den Systemträger in Relation zu der auf einer vorbestimmten Bahn verlaufenden Strahlungsquelle kontinuierlich ohne Fremdenergieeinfluß nach.

Zweckmäßig kann die Anordnung so ausgerichtet sein, daß die Drehachse der Wippe senkrecht zur Bahnebene der beweglichen Strahlungsquelle verläuft. Bei vorbekannten stets gleichmäßig wiederkehrenden Strahlungsquellen deren Bahnebene sich nicht verändert,-kann diese Einstellung fest sein, es ist aber ohne weiteres möglich, aus dem sich verändernden Einfallswinkel der Strahlung auf den Ausdehnungskörper oder durch Hinzufügen von zusätzlichen Steuersensoren oder weiterer Ausdehnungskörper ein kontinuierliches Nachführen der Drehachsenlage

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entsprechend der Veränderung der Bahnebene zu vollziehen.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Ausdehnungskörper, dessen offene Seite der ankommenden Strahlungsquelle zugewandt ist, an der der sich entfernenden Strahlungsquelle zugewandten Seite der Wippe und der Ausdehnungskörper dessen offene Seite der sich entfernenden zugewandt ist, an der der ankommenden Strahlungsquelle zugewandten Seite der Wippe angreifen. Diese Anordnung erspart in besonders vorteilhafter Weise Obersetzungen der Bewegungen der Ausdehnungskörper, da der Wärmeausdehnungskörper, dessen offene Seite der ankommenden Strahlungsquelle zugewandt ist, die von der ankommenden Strahlungsquelle abgewandte Seite der Wippe durch Ausdehnung anhebt, und damit die Fläche des Systemträgers der ankommenden Strahlungsquelle zuneigt. Kontinuierlich verläuft, dieser Vorgang weiter über die zunehmende Abschattung des zuerst erwärmten Ausdehnungskörpers und über die abnehmende Abschattung des zunächst nicht erwärmten Ausdehnungskörpers, wobei im Höchstpunkt der Bahn beide Ausdehnungskörper gMchmäßig bestrahlt werden.

Zweckmäßig können die gegeneinander gerichteten offenen Seiten der Ausdehnungskörper zueinander im Winkel von etwa 15° liegen. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Ausdehnungskörper sich etwa gegenseitig abschatten können und so den Einfluß der Strahlungsquelle über einen gewissen Winkel der Bahn ausschalten.

Die Funktion der Anordnung wird im folgenden an zwei Prinzipbildern dargestellt. Darin ist mit 1 eine Wippe bezeichnet, die gleichzeitig Systemträger für beliebige von einer Strahlungsquelle beeinflußbare Energiewandler ist, die an der Stelle 2 ihren Drehpunkt hat.

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Zwei Wärmeausdehnungskörper 3 und 4 die von Isolierstoff hohlkörpern 5 und 6 so umgeben sind, daß nur eine Seite offen bleibt, sind mit ihren einen Enden drehbeweglich an je einem Arm der Wippe 1 befestigt. Ihre beiden Enden greifen ebenfalls drehbeweglich an den beiden Schenkeln 7 und 8 eines starren geradlinig bewegbaren Gegenlagers 9 an. Die Möglichkeit der Lagerung des Gegenlagers ist durch angedeutete Rollen 10 und eine Feder 11 angedeutet. Die öffnungen der beiden Isolierstoffhohlkörper 5 und 6 die zur Abschattung der Wärmeausdehnungskörper 3 und 4 dienen sind einander zugewandt. Eine von der Unken Bildseite her ankommende Strahlungsquelle wird also zunächst den Wärmeausdehnungskörper 4 beeinflussen. Dieser bewirkt wie in Fig. 2 dargestellt ist, durch seine Ausdehnung ein Kippen der Wippe 1 in Richtung auf den auftauchenden Strahlungskörper, wobei das Gegenlager 9 durch eine Ausweichbewegung nach unten die gleichbleibende Länge des Ausdehnungskörpers 3 kompensiert. Bei einem bogenförmigen oder auch geradlinigen Bahnverlauf der Strahlungsquelle von links nach rechts wird der Einfluß auf den Ausdehnungskörper 4 geringer und auf den Ausdehnungskrper 3 größer werden. Im Zentrum, wenn also die Strahlungsquelle senkrecht über der Anordnung steht, wird der Einfluß auf beide Ausdehnungskörper gleich sein, so daß die Wippe wieder eben wie in Fig. 1 liegt. Bei Auswanderung der Strahlungsquelle nach rechts wird der Wärmeausdehnungskörper 3 stärker beeinflußt und damit die Wippe nach rechts kippen. Bei Verschwinden der Wärmequelle werden ebenso wie bei ihrem Aufenthalt im Zenit die beiden Ausdehnungskörper gleich groß sein, so daß die Wippe wieder gerade steht.

Das Gegenlager 9 hat neben der oben geschilderten Aufgäbe auch noch die Funktion einer Temperaturkompensation, da die Wärmeausdehnungskörper 3 und 4 nicht nur

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78P 6 7 45 BRD von dem Einfluß der Strahlungsquelle sondern auch von der Umgebungstemperatur abhängig sind und deshalb zusammen mit der Wippe keine mechanisch starre Einheit bilden dürfen.

2 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche . 78 P 6 7 4 5 BRD

Anordnung zum Einstellen und Führen von Systemen die nach auf vorbestimmten Bahnen beweglichen Wärmestrahlungsquellen auszurichten sind, insbesondere zum automatischen Einstellen und Führen von sonnenorientierten Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wärmeausdehnungskörper (3, 4) mit ihren einen Enden an beiden Seiten einer Wippe (1) und mit ihren beiden anderen Enden an einem geradlinig beweglichen Gegenlager (9) angreifen, dessen Bewegung senkrecht zur Drehachse (2) der Wippe (1) verläuft, und daß die beiden Wärmeausdehnungskörper (3» 4) von Isoliermaterial (5, 6) an fünf von sechs Seiten derart abgeschattet sind, daß die offene Seite des einen Wärmeausdehnungskörpers (3* 4) der ankommenden und die offene Seite des anderen Ausdehnungskörpers (4, 3) der sich entfernenden Strahlungsquelle zugewandt sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehachse (2) der Wippe (1) senkrecht zur Bahnebene der beweglichen Strahlungsquelle verläuft.
3. Anordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet , daß der Wärmeäusdehnungskörper (3, 4) dessen offene Seite der ankommenden Strahlungsquelle zugewandt ist, an der der sich entfernenden Strahlungsquelle zugewandten Seite der Wippe (1) und der Wärmeausdehnungskörper (4, 3) dessen offene Seite der sich entfernenden Strahlungsquelle zugwandt ist, an der der ankommende Strahlungsquelle zugewandten Seite der Wippe angreifen.
4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die gegeneinander ge-

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ORIGINAL INSPECTED

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richteten offenen Seiten der Wärmeausdehnungskorper (3, 4) zueinander in einem Winkel von etwa 15° liegen.

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