DE2852465A1 - Einrichtung zur erzeugung von nachfuehrsignalen, insbesondere zur steuerung fokussierender solarkollektoranlagen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Erzeugung von Nachführsignalen, insbesondere
• zur Steuerung fokussierender Solarkollektoranlagen Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Erzeugung von Nachführsignalen, insbesondere zur Steuerung fokussierender Solarkollektoranlagen, mit in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung auf photoelektrischem Wege arbeitenden Sensoren.
• Zur Gewinnung nutzbarer Energie in Form von Warme, mechanischer Energie oder Elektrizität werden in zunehmendem Maße Sonnenwdrmekollektoren oder fokussierende Kollektoren verwendet. Bei letzteren werden großflächige Reflektoren, beispielsweise in Form von Parabolspiegeln oder Parabolrinnen mit Absorbern angeordnet, wobei zur Fokussierung NachfUhrsysteme vorgesehen sind, welche Sonnensensoren zur Bildung von Nachfuhrsignalen zur Ansteuerung von Stellmotoren enthalten.
• Bekannte Sensoren für die genannten Systeme sind PhotobiUcken, die speziell fur die Bildung von Nachfuhrsignalen entwickelt wurden. Sie enthalten eine Widerstondsbrucke bestickt mit Photoelementen, die in Verbindung mit Lichtschlitzen verstimmt werden. Es lassen sich mit Hilfe dieser Sensoren die Einfallswinkel von Lichtquellen relativ zur Sensorenfläche feststellen.
• Nachteilig bei dieser Art von Sensoren ist der nur geringe Winkelbereich (Lichtwinkel), der sich unter der Voraussetzung eines vertretbaren Aufwandes und physikalisch vernuftiger Anordnung erzielen läßt. Ferner ist die Verwendbarkeit solcher Sensoren, insbesondere fUr den Dauerbetrieb, durch das Nachlassen der Wirkung der photoempfindlichen Elemente bei ständiger Sonnenbestrahlung eingeschränkt. Um diesem Nachteil zu begegnen werden zwischen die photoempfindlichen Elemente und die Strahlungsquelle Filter eingesetzt.
• Diese Filter bleichen jedoch ebenfalls bei direkter Sonnenbestrahlung aus. Zudem ist bei den genannten Einrichtungen von Nachteil, daß mittels der Photobrucken allein nicht erkannt werden kann, ob die Brückenschaltung exakt abgeglichen oder außerhalb des Lichtbereiches der Sonnenstrahlung arbeitet.
• Eine andere Art von Sensoren für die Verwendung bei Sonnenwärmekollektoren sind Positionsdetektoren, deren Funktion ähnlich der der Photobrucken ist. Die zur Verfugung stehende aktive Fläche solcher Detektoren und damit der erfaßbare, maximale Einstrahlwinkelbereich ist nur geringfügig größer als bei den erwähnten PhotobrUcken. Auch bei den Positionsdetektoren besteht die Gefahr des "Erblindens" der Sensoren, sofern keine Filterung vorgesehen ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachführeinrichtung mit Sensoren zu schaffen, die ohne Filter arbeiten und durch die Sonneneinstrahlung keine-nennenswerte Alterung erfahren. Die Sensoren sollen dabei einen großen Lichteinfallswinkelbereich, sowohl in Azimut- als auch in Elevationsrichtung einschließen.
• Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: a) die Einrichtung weist als Sensoren Solarzellen bekannter Bauart auf; b) es sind mindestens zwei, in einem Abstand und isoliert voneinander in einer Flucht in Richtung der Einfallswinkeländerung der Sonnenstrahlung nebeneinander angeordnete Solarzellen vorgesehen; c) je zwei Solarzellen sind mittels einer Blende gegenüber der Sonnenstrahlung abgedeckt und über eine oder mehrere Blendenöffnungen beaufschlagbar und d) die elektrischen Ausgange mindestens je zweier Solarzellen sind zur Bildung der NachfUhrsignale elektrisch in Differenz und zur Bildung des Sichtbereichssignals in Summe geschaltet.
• Mittels der Anordnung bzw. Verwendung derartiger aktiver Solarzellen fur die Winkelnachfuhrung von Sonnenkollektoren wird durch die große aktive Fläche solcher Zellen sowohl in Azimut- als auch in der Elevationsrichtung ein relativ großer Lichteinfallswinkelbereich erfaßt. Die Solarzellen sind gegen direkte Sonneneinstrahlung nahezu unempfindlich und da die Solarzellen nur bei direkter Sonneneinstrahlung ausreichend elektrische Signale abzugeben in der Lage sind, erübrigt sich eine zusätzliche optische Filterung diffuser Strahlung. Infolge dessen, daß die Solarzellen als aktive Signalquellen wirken, ergibt sich eine äußerst einfache, störungsunanfällige Schaltungsanordnung. Die Kosten fUr derartige Sensoren sind gemessen an den bisher verwendeten Sensoren niedrig. Um zu vermeiden, daß die gebildeten Nachfuhrsignale korrigiert werden mUssen, ist es von Vorteil, wenn die Solarzellenpaare gleiche Bauart aufweisen bzw. aus einem gleichen Baulos stammen. Es ist dazu weiterhin von Vorteil, daß die zusammengehörigen Solarzellen gleich bemessen, insbesondere deckungsgleich ausgeführt sind.
• Die Zeichnung stellt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen -NachfUhreinrichtung dar, die nachfolgend beschrieben ist.
• Fig. 1 zeigt den Geräteaufbau der Nachfuhreinrichtung in einem Querschnitt, schematisiert dargestellt, Fig. 2 zeigt die Einrichtung gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht gesehen in Pfeilrichtung A der Fig. 1, Fig. 3 zeigt in einem Schaltungsschema den Signalaufbereitungsteil der Einrichtung und die Fig. 4 und 5 zeigen in Diagrammen den Zellenspannungsverlauf bezogen auf die Winkeländerung der Sonneneinstrahlung in Azimutrichtung.
• Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Nachführeinrichtung aus einem Geräteteil 1 in Verbindung mit einer Signalaufbereitung 1 1 (Fig. 3). Es ist im einzelnen eine Bodenplatte 2 vorgesehen, auf deren Bodenfläche 3 zwei Flachplatten-Solarzellen 4 bzw. 4' aufgesetzt sind. Unter dem Begriff "Solarzellen" sollen hierbei solche Zellen verstanden werden, die in bekannter Weise die Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektrische Energie, z.B. mit Hilfe von Halbleiterschichten, umwandeln.
• Über der Boden flache 3 ist mit Hilfe von Stutzen 6 in gewissem Abstand eine Blende 7 angeordnet, die mit einer schlitzförmigen Blendenöffnung 10 versehen ist. Die Blendenöffnung 10 ist von einer lichtdurchlässigen Schicht 11 Uberdeckt. Der Blendenschlitz 10 wird in der Zeichnung von einer senkrecht auf der Bodenplatte 2 errichteten Längsmittelebene E-E längsgeschnitten. Zur beiden Seiten dieser Längsmittelebene E-E sind im Abstand a bzw. a' die beiden Solarzellen 4 bzw. 4' angeordnet, wobei die Abstände a bzw.
• a' so gering als möglich bemessen sind und sich nur aus der notwendigen elektrischen Trennung bzw. Isolation der beiden Solarzellen bestimmen. Die beiden Colarzellen 4 bzw. 4' sind vorzugsweise in ihren Abmessungen deckungsgleich und liegen in einer Flucht in Bezug auf die Azimutrichtung der Winkeländerung der Sonnenstrahlung S. Der Blendenschlitz 10 liegt quer zur Azimutrichtung A (Fig. 2). Der Vollständigkeit halber ist die Winkeländerung der Sonnenstrahlung S in Elevationsrichtung mit E in v Fig. 1 angedeutet. Ferner sind noch die elektrischen Ausgänge der Solarzellen 4 bzw. 4' mit 12, 13 bzw. 12', 13' bezeichnet, wie bei der nachfolgend beschriebenen Signalaufbereitung 1' gemaß Fig. 3 noch näher erläutert.
• In Fig. 3 sind die Solarzellen ebenfalls mit 4 bzw. 4' bezeichnet.
• Für den Nachfuhrprozess werden Uber die Signalaufbereitung 1' zwei Signale erzeugt, und zwar das Signal U# , welches das Sonnenrichtungssignal und das Signal U welches das Sichtbereichssignal bzw. die an den Klemmen 18 bzw. 18'anliegenden Spannungen darstellt.
• Das Sichtbereichssignal ergibt sich aus der Summe der Zellenspannungen Uzl und Uz2. Dabei wird das Signal Uzl direkt auf den Summenpunkt 16 und demgegenüber die Spannung Uz2 über einen Verstärker 19 (nicht invertierend) zur galvanischen Entkoppelung geführt.
• Das Sonnenrichtungssignal U# ergibt sich aus der Differenz der Zellenspannungen Uz1 und Uz2. Das Signal U l gelangt direkt zum Summenpunkt 21, wo hingegen das Signal Uz2 mit einem Verstärker t9t am Summenpunkt 21 invertiert zugeschaltet wird. Die den Summenpunkten 16 bzw. 21 nachgeschalteten Verstärker 17 bzw. 22 erhöhen dabei die Signal pegel auf die vom Nachführprozess geforderten Spannungswerte.
• Wie die Diagramme gemaß Fig. 4 und 5 erkennen lassen, ist die Zellendifferenzspannung bezogen auf die Azimutwinkeländerung der Sonneneinstrahlung parallel zur Ebene E-E von beiden Solarzellen 4 bzw. 4" durch gleiche Beaufschlagung gleich in der Spannungshöhe, jedoch mit umgekehrten Verzeichen. Der durch die Einrichtung erreich bare maximale Azimutwinkelbereich beträgt aus der senkrechten Längsmittelebene E-E nach beiden Seiten plus bzw. minus 45°.
• Die Zellensummenspannung U wird, wie bereits beschrieben, als Sichtbereichssignal an der Klemme 18' abgenommen.
• L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Patentansprüche: S Einrichtung zur Erzeugung von Nachführsignalen, insbesondere zur Steuerung fokussierender Solarkollektoranlagen, mit in Abhängig~ keit von der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung auf elektrischem Wege arbeitenden Sensoren, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) die Einrichtung weist als Sensoren Solarzellen (4 bzw. 4') bekannter Bauart auf; b) es sind mindestens zwei, in einem Abstand (a, a') und isoliert voneinander in einer Flucht in Richtung der Einfallswinkeländerung der Sonnenstrahlung (S) nebeneinander angeordnete Solarzellen (4 bzw. 4') vorgesehen; c) je zwei Solarzellen (4 bzw. 4') sind mittels einer Blende (7) gegenüber Sonnenstrahlung (S) abgedeckt und über eine oder mehrere Blendenöffnungen (10) beaufschlagbar und d) die elektrischen Ausgänge (12, 13 bzw. 12', 13') mindestens je zweier Solarzellen (4 bzw. 4') sind zur Bildung der Nachführsignale (Uß ) und zur Bildung des Sichtbereichssignals (UX ) in Summe geschaltet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (10) ein quer zur Azimutrichtung (A ) verlaufender Schlitz ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a, a') zwischen den Solarzellen (4, 4') durch die elektrische Isolation bestimmt und geringstmöglich gehalten ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende Uber den Solarzellen (4, 4') eine kugelschalenförmige, lichtdurchlässige Abdeckung angeordnet ist, die unter Freilassung der Blendenöffnung einen lichtundurchlässigen Belag aufweist.