DE4208255A1 - Einrichtung zum Nachführen eines schwenkbaren Sonnenkollektors - Google Patents

Einrichtung zum Nachführen eines schwenkbaren Sonnenkollektors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Nachführen eines um wenigstens eine Drehachse schwenkbaren Sonnenkollektors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Passive, thermohydraulische Nachführsysteme für Sonnenkollekto­ ren, die unter Ausnutzung der Strahlungsenergie der Sonne eine Ausrichtung des Kollektors zur Sonne bewirken, sind bekannt. Gegenüber kalendarischen, elektronischen Nachführungen arbeiten sie ohne zusätzlichen Energie- und Steuerungsaufwand, wodurch aufwendige und anfällige Komponenten wie Stromversorgungslei­ tungen, Schrittmotor, Kontrollelektronik etc. entfallen. Pas­ sive Nachführsysteme werden dementsprechend bevorzugt in zivi­ lisationsfernen und/oder Gebieten mit widrigen Umweltbedingun­ gen (z. B. Wüstengebieten) eingesetzt.
Die US-Re 30 961 beschreibt eine passive Kollektornachführung mit zwei im Abstand zueinander angebrachten Absorberkammern und zwischen diesen Absorberkammern angebrachten Abschatt- und Re­ flexionsmitteln zur Erzeugung eines Bestrahlungsunterschiedes der beiden Absorberkammern bei einer Abweichung des Kollektors von der Sollposition. Die Absorberkammern sind mit einem Ar­ beitsmedium befüllt und über hydraulische Leitungen mit einem auf den Kollektor wirkenden Verstellkolben verbunden. Eine ungleiche Bestrahlung der Absorberkammern bewirkt einen unter­ schiedlichen Dampfdruck des Arbeitsmediums in den Absorberkam­ mern. Diese Druckdifferenz wird über den hydraulischen Kolben in eine resultierende Kraft umgewandelt, die das System wieder zur Sonne hin ausrichtet. Bei Annäherung an die Sollausrichtung strebt die resultierende Kraft wieder gegen Null.
Fig. 2 zeigt in schematischem Querschnitt eine durch die US-PS Re 30 961 offenbarte Ausführung einer Absorberkammer (A′) mit zugeordneten Abschatt- und Reflexionsmitteln (S′). Ein den Lichtkonzentrationsfaktor (C) des Absorberrohres (A′) in Ab­ hängigkeit von einem Einstellungswinkel (δ) wiedergebendes Schaubild wird in Fig. 4 gezeigt. Der Konzentrationsfaktor wird in willkürlichen Einheiten gemessen und ist auf eine vollstän­ dige Direktbestrahlung eines Absorberrohres ohne zusätzlichen Strahlungsanteil durch Reflexionsmittel normiert. Die Absorber­ kammer (A′) besteht aus einem mit einem Arbeitsmedium (M′) be­ füllten zylindrischen Rohr. Das Arbeitsmedium (M′) ist Freon, ein fluorierter Chlorkohlenwasserstoff (FCKW). Das Absorberrohr (A′) ist von einem durchsichtigen Schutzrohr (R′) umgeben. In der Zeichnung links von dem Schutzrohr (R′) befinden sich die Abschatt- und Reflexionsmittel (S′), bestehend aus den winklig zueinander angeordneten ebenen Spiegeln (S1′, S2′, S3′), welche das Absorberrohr (A′) von dem waagrecht angebrachten Sonnenkol­ lektor (K′) trennen. Auf der gegenüberliegenden Seite des in der Zeichnung nur angedeuteten Kollektors (K′) befindet sich das nicht dargestellte zweite Absorberrohr mit seinen entspre­ chenden Abschatt- und Reflexionsmitteln. Die Drehachse der An­ ordnung verläuft mittig zwischen den beiden Absorberrohren und parallel zu diesen.
Bei Sollausrichtung der Anordnung fällt Sonnenstrahlung senk­ recht zur Kollektorfläche ein. Das Absorberrohr (A′) erfährt dann eine hohe Direktbestrahlung und wird nur zu einem kleinen Teil von dem oberen, geneigt angeordneten Spiegel (S1′) abge­ schattet. Gemäß dem Schaubild der Fig. 4 beträgt der Konzentra­ tionsfaktor C=0,6 für S=0°. Bei (in der Zeichnung) nach rechts wandernder Sonne erhöht sich das Maß der Direktbestrahlung des Absorberrohres (A′), wobei eine Totalbestrahlung (Konzentra­ tionsfaktor C=1) bei etwa um 7° gegen die Vertikale geneigtem Lichteinfall eintritt (vgl. Pfeil (P1) im Schaubild der Fig. 4). Bei weiter zunehmender Winkelabweichung, d. h. bei weiter nach rechts wandernder Sonne, wird zunehmend Licht von den einzelnen Spiegeln auf das Absorberrohr (A′) reflektiert, beginnend mit dem mittleren, vertikal ausgerichteten Spiegel (S2′) bei etwa 10°. Kurz darauf setzt Reflexion durch den oberen Spiegel (S1′) ein, und ab etwa 50° Sonnenneigung Reflexion durch den unteren Spiegel (S3′). Die Wirksamkeit der Reflektoren setzt nach 10° Winkelabweichung zur Sonne ein und steigt langsam an, um bei Abweichungen über 50° mit hohen Konzentrationsfaktoren zu wirken.
Bei sich entsprechend nach links verschiebender Sonneneinstrah­ lung wirken die Spiegel (S1′) abschattend, wobei eine totale Beschattung des Absorberrohres (A′) etwa bei minus 30° Winkel­ abweichung der Sonneneinstrahlung eintritt (vgl. Pfeil (P2) in Fig. 4). Das Absorberrohr (A′) erfährt also über einen großen Winkelbereich nur eine Teilbestrahlung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermohydraulische Nachführ­ einrichtung der eingangs genannten Art mit hoher Nachführge­ nauigkeit bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe wird durch eine Nachführeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht.
Diese Ausführung bewirkt eine kurze Ansprechzeit der Nachführ­ einrichtung, resultierend in einer hohen Nachführgenauigkeit.
In Ausgestaltung der Erfindung ist jedem Absorberrohr ein wei­ teres Reflexionsmittel zugeordnet, das für kleine Abweichungs­ winkel des Sonnenkollektors von der Sollausrichtung das von der Sonne abgewandte Absorberrohr im wesentlichen vollständig beschattet, und das in der Sollposition die beiden Absorber­ rohre in gleichem Maße teilweise abschattet. Durch ein solches Reflexionsmittel wird eine weitere Verbesserung der Ansprech­ empfindlichkeit der Nachführeinrichtung erzielt. Als besonders vorteilhaft erweist sich, wenn spätestens bei 10° Abweichung von der Sollposition eine vollständige Beschattung des sonnen­ fernen Absorberrohrs und eine vollständige direkte Bestrahlung des sonnennahen Absorberrohres eintritt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Hauptanspruches 1 sind in den sich anschließenden Unteransprü­ chen beschrieben.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Nach­ führeinrichtung,
Fig. 2 im Ausschnitt einen Querschnitt durch eine zum Stand der Technik gehörende Nachführeinrichtung,
Fig. 3 ein Schaubild, das den Lichtkonzentrationsfaktor am Ort des Absorberrohres der Nachführeinrichtung der Fig. 1 in Abhängigkeit von der Winkelabweichung dar­ stellt,
Fig. 4 ein dem Schaubild der Fig. 3 entsprechendes Schaubild der Nachführeinrichtung der Fig. 2,
Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine um zwei Drehach­ sen nachführbare Sonnenkollektoreinheit, und
Fig. 6 einen in der Nachführeinrichtung der Fig. 5 verwende­ ten hydraulischen Schwenktrieb im Längsschnitt.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen um eine Dreh­ achse (D) schwenkbaren Sonnenkollektor (K). An der in der Zeichnung linken (östlichen) und an der rechten (westlichen) Längsseite des Kollektors (K) befindet sich jeweils ein Absor­ berrohr (AO, AW) mit zugehörigen Abschatt- und Reflexionsmit­ teln (SO, SW). Die Absorberrohre (AO, AW) sind mit einem An­ triebsmedium (MO, MW), insbesondere Propangas anstatt der übli­ cherweise verwendeten FCKW wie Freon, befüllt. Des weiteren sind sie jeweils von einem durchsichtigen Schutzrohr (RO, RW) umgeben. Um eine besonders gute Absorption der auf die Absor­ berrohre treffenden Sonnenstrahlung zu erreichen, sind die Absorberrohre (AO, AW) mit einer schwarzen Oberfläche versehen.
Die Abschatt- und Reflexionsmittel (SO, SW) bestehen jeweils aus fünf winklig zueinander angeordneten Spiegeln (O1 bis O5, W1 bis W5). Die Spiegel bestehen insbesondere aus polierten Metallplatten und weisen eine Reflektivität von wenigstens 90% auf. Ein erster Spiegel (O2, W2) verläuft parallel zur Kollek­ tornormalen (KN) und liegt zwischen dem Kollektor (K) und dem Absorberrohr (AO, AW) mittig am Schutzrohr (RO, RW) anschlies­ send an. Die Länge des Spiegels (O2, W2) entspricht im wesent­ lichen dem Durchmesser des Schutzrohres (RO, RW). Auf der der Sonne zugewandten Seite schließt sich an den Spiegel (O2, W2) ein um etwa 20° gegen die Kollektornormale (KN) geneigter Spie­ gel (O1, W1) an, dessen Ende etwa lotrecht über der Mittelachse des Absorberrohres (AO, AW) liegt. An dem der Sonne abgewandten Ende des Spiegels (O2, W2) schließt sich ein um etwa 50° gegen die Kollektorfläche nach unten geneigter Spiegel (O3, W3) an. Wie der Spiegel (O1, W1) endet auch dieser Spiegel (O3, W3) etwa lotrecht zur Absorberrohrmittelachse, jedoch auf der son­ nenabgewandten Seite des Absorberrohres (AO, AW). An diesen Spiegel (O3, W3) schließen sich zwei weitere Spiegel (O4, O5; W4, W5) an, die leicht nach oben zur Ebene des Kollektors (K) geneigt verlaufen, wobei der erste (O4, W4) der beiden Spiegel einen Winkel von etwa 5° gegen die Ebene des Kollektors und der zweite Spiegel (O5, WS) einen Winkel von etwa 15° gegen diese Ebene aufweist. Letzterer ragt um etwa einen Absorberrohrdurch­ messer seitlich über das jeweilige Absorberrohr (AO, AW) hinaus.
Die Wirkungsweise der Nachführeinrichtung der Fig. 1 wird im Zusammenhang mit dem Schaubild der Fig. 3 erläutert. In Fig. 3 ist der Konzentrationsfaktor (C) des Lichteinfalls am Ort des Absorberrohres (AW) über der Winkelabweichung (δ) der Sonne zur Kollektdrnormalen aufgetragen. Wie eingangs erwähnt, ist der Konzentrationsfaktor (C) eine auf die vollständige Direkt­ bestrahlung eines Absorberrohres ohne zusätzlichen Strahlungs­ anteil durch Reflexionsmittel normierte Größe. Die in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile entsprechen einfallenden Sonnenstrahlen für unterschiedliche Winkelabweichungen (δ), wobei durchgezo­ gene Pfeile einem Winkel von 0° entsprechen, gestrichelte Pfei­ le einem Winkel von 10° und strichpunktierte Pfeile einem Winkel von 50°. Diese Winkel sind entsprechend (durchgezogen, gestrichelt, strichpunktiert) im Schaubild der Fig. 3 markiert. Die unterschiedlich schraffierten Flächen im Schaubild der Fig. 3 veranschaulichen, wie sich der Lichtkonzentrationsfaktor (C) für eine gegebene Winkelabweichung (δ) anteilig zusammensetzt. Die Bedeutung der Schraffuren kann hierbei der Legende entnommen werden.
In der Sollausrichtung der Anordnung fallen die Sonnenstrahlen mit einem Abweichungswinkel von δ= 0°, d. h. parallel zur Kol­ lektornormalen (KN) ein (vgl. die durchgezogenen Pfeile). Durch den Spiegel (W1) wird das Absorberrohr (AW) zu etwa 50% abge­ schattet, während es durch die auf der sonnenabgewandten Seite gelegenen Spiegel (W4, W5) eine zusätzliche Bestrahlung er­ fährt. Dies gilt entsprechend für das auf der östlichen Seite gelegene Absorberrohr (AO) und die Spiegel (O1, O4, O5). Im Schaubild der Fig. 3 ist dargestellt, daß der Konzentrations­ faktor für das Absorberrohr (AW) (und entsprechend auch für das Absorberrohr AO) für einen senkrechten Lichteinfall C etwa 0,8 beträgt. Dabei stammt ein Anteil von 0,5 aus der Direktbestrah­ lung, während die restlichen 0,3 von der Lichtreflexion der Spiegel (W4, W5) stammen.
Wie die gestrichelten Pfeile in der Fig. 1 verdeutlichen, wird das Absorberrohr (AW) bei um 10° nach Westen gewanderter Sonne vollständig direkt bestrahlt, während das östliche Absorberrohr (AO) zu diesem Zeitpunkt durch den Spiegel (O1) vollständig be­ schattet wird. Zusätzlich erfährt das westliche Absorberrohr (AW) eine stark gestiegene Bestrahlung durch von den Spiegeln (W4, W5) reflektiertes Licht. Dies wird im Schaubild der Fig. 3 wiedergegeben. Folgt man der vertikalen gestrichelten Linie bei δ = 10°, so erkennt man, daß das Absorberrohr (AW) beginnend mit einer Abweichung von 10° vollständig bestrahlt wird (C = 1). Der aufsummierte Konzentrationsfaktor für 10° beträgt C = 2,3 aufgrund der hohen Bestrahlungswirkung der Spiegel (W4, W5). An der Stelle δ = -10° ist zu sehen, daß das östliche Absorberrohr (AO) zu diesem Zeitpunkt schon keine Bestrahlung mehr erfährt (C = 0). Die Absorberrohre erfahren somit in einem Winkelbereich von ±10° um die Sollausrichtung eine sehr hohe Änderung der Bestrahlungsintensität pro Winkelgrad, nämlich ΔC etwa 2,3 auf einen Bereich von 20°, oder ΔC ≅ 0,1/Grad. Bei der in Fig. 2 dargestellten, zum Stand der Technik gehörenden Nachführeinrichtung beträgt die Einstrahlungsänderung im ent­ sprechenden Winkelbereich ΔC ≅ 0,03/Grad.
Bei weiter nach Westen wandernder Sonne erfährt das westliche Absorberrohr (AW) weiterhin eine vollständige Direktbestrah­ lung, während das östliche Absorberrohr (AO) ständig im Schatten seiner Abschatt- und Reflexionsmittel (SO) liegt. Bei einer um 50° geneigten Sonneneinstrahlung sind die Spiegel (W1, W2) voll wirksam (vgl. strichpunktierte Pfeile sowie strich­ punktierte Linie im Schaubild), während die Spiegel (W4, W5) keinen Beitrag mehr leisten. Für Winkel über 50° wird dann auch der Spiegel (W3) wirksam und reflektiert einfallendes Sonnen­ licht zum Absorberrohr (AW).
Wie das Schaubild zeigt, erstreckt sich der Wirkungsbereich der Anordnung bis zu einem Abweichungswinkel von 140°. Dieser Be­ reich kann durch geeignete Anordnung und Ausführung der Spiegel (O1-O5, W1-W5), z. B. durch tieferes Ansetzen der Spiegel (O4, O5; W4, W5) noch vergrößert werden. Ein großer Wirkungsbereich eröffnet die Möglichkeit, die Nachführeinrichtung ohne zusätz­ liche Hilfsmittel nur durch die Sonnenstrahlung morgens in die Ausgangsausrichtung nach Osten zurückzustellen.
Eine weitere Variante, diese Rückstellwirkung zu erzielen, be­ steht darin, an geeigneter Stelle die Spiegel (O4, W4) jeweils mit einem kleinen teiltransparenten Abschnitt zu versehen. Da­ durch wird zwar der Reflexionsgrad des Spiegels leicht beein­ trächtigt, andererseits fallen bei nach Westen gerichteter Nachführeinrichtung Sonnenstrahlen aus Osten durch den teil­ transparenten Abschnitt der Spiegel so auf die Absorberrohre, daß eine Rückstellung der Anordnung nach Osten bewirkt wird.
Der Sonnenkollektor (K1) nach Fig. 5 ist mit einer erfindungs­ gemäßen Einrichtung zur zweiachsigen Nachführung des Kollektors (K1) um die Drehachsen (D1, D2) versehen. Der Kollektor (K1) ist zwischen den zwei senkrecht stehenden Armen (5, 6) eines U-förmigen Trägers (4) drehbar gelagert, wobei durch die Auf­ hängepunkte an den Armen (5, 6) die Drehachse (D1) festgelegt wird. Die horizontale Grundseite (7) des Trägers (4) verläuft unterhalb des Kollektors (K1) und ist um die senkrecht verlau­ fende Achse (D2) drehbar auf einem im Boden verankerten Pfosten (3) gelagert. An den beiden parallel zur Drehachse (D1) verlau­ fenden Längsseiten des Kollektors (K1) ist. Jeweils ein Absor­ berrohr (A1, A2) angebracht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der Abschatt- und Reflexionsmittel verzichtet. Die beiden Absorberrohre (A1, A2) sind über flexi­ ble hydraulische Leitungen (11, 12) mit einem Schwenktrieb (1) verbunden. Der Schwenktrieb (1) ist an einem der vertikalen Arme (5) des Trägers (4) angebracht und bewirkt die Schwenkbe­ wegung des Kollektors (K1) um die Drehachse (D1) in Abhängig­ keit von der Dampfdruckdifferenz eines sich im Absorberrohr (A2) und seiner Leitung (12) zum Schwenktrieb (1) und im Absor­ berrohr (A1) und dessen Leitung (11) befindlichen Mediums.
Zwei weitere Absorberrohre (A3, A4) sind jeweils an den Außen­ seiten der vertikalen Arme (5, 6) des Trägers (4) befestigt. Das sich in diesen Absorberrohren (A3, A4) befindliche Medium steht über Zuleitungen (23, 24) mit einem am Pfosten (3) be­ festigten Schwenktrieb (2) in Verbindung. Bei Betätigung des Schwenktriebs (2) erfolgt eine Drehung des U-förmigen Trägers (4) und somit des mit ihm verbundenen Kollektors (K1) um die vertikale Drehachse (D2).
Vorausgesetzt, der Betrachter der Fig. 5 blickt von Nordosten auf die dargestellte Kollektoranordnung, so weist die mit dem Absorberrohr (A1) bestückte Kollektorlängsseite nach Osten, während die gegenüberliegende Längsseite mit dem Absorberrohr (A2) gegen Westen zeigt. Entsprechend zeigen die Absorberrohre (A4 und A3) nach Süden bzw. Norden. Die dargestellte Situation entspricht also einer typischen Ausrichtung des Kollektors (K1) zur Morgenstunde. Bei der scheinbaren Bewegung der Sonne nach Süden und Westen wird das Absorberrohr (A4) gegenüber dem Absorberrohr (A3) eine stärkere Bestrahlung erfahren. Dadurch erhöht sich der Dampfdruck des sich im Absorberrohr (A4) be­ findlichen Mediums, z. B. Propangas. Das Medium im Absorberrohr (A3) kühlt sich aufgrund einer Beschattung des Rohres ab, wo­ durch sich sein Dampfdruck erniedrigt. Diese Dampfdruckdiffe­ renz zwischen den Medien der Absorberrohre (A4, A3) wird über die Zuleitungen (24 bzw. 23) an den Schwenktrieb (2) weiterge­ leitet, der eine Verstellung des Kollektors (K1) um die Dreh­ achse (D2) im Sinne des Pfeiles (P3) bewirkt. Die steigende Position am Himmel der Sonne wird von den Absorberrohren (A2, A1) registriert. Bei höherer Stellung der Sonne erfährt das Absorberrohr (A2) eine erhöhte Bestrahlung, während das Absor­ berrohr (A1) einer Beschattung ausgesetzt ist. Entsprechend der erläuterten Wirkungsweise der Absorberrohre (A3, A4) wird auch hier die durch die asymmetrische Bestrahlung erzeugte Dampf­ druckdifferenz auf den Schwenktrieb (1) geleitet, der eine Drehung des Kollektors (K1) um die Drehachse (D1) im Sinne des Pfeiles (P4) bewirkt. Am Ende des Tages, nachdem der Kollektor (K1) über den gesamten Sonnenlauf nachgeführt wurde, weist das Absorberrohr (A1) nach Westen, während das Absorberrohr (A2) nach Osten zeigt. Entsprechend steht das Absorberrohr (A3) auf der Südseite des Kollektors (K1) und das Absorberrohr (A4) zeigt gegen Norden.
Bei geeigneter Auslegung der Abschatt- und Reflexionsmittel der einzelnen Absorberrohre kann die Nachführeinrichtung am darauffolgenden Morgen auf die Strahlung der im Osten stehenden Sonne reagieren und die Kollektoranordnung in die in Fig. 5 dargestellte Ausrichtungsposition zurückbringen, ohne daß auf­ wendige mechanische oder elektronische Rückstelleinrichtungen nötig wären.
Fig. 6 zeigt in schematischem Längsschnitt den Schwenktrieb (1) der Fig. 5. Der Schwenktrieb (1) besteht im wesentlichen aus einem zylinderischen Gehäuse (17), in dessen Innerem ein Zahn­ stangenkolben (13) verschiebbar angebracht ist. Der Kolben (13) unterteilt den Innenraum des Gehäuses (17) dicht in zwei Kam­ mern (17a, 17b), die über Öffnungen an den Stirnseiten mit den Zuleitungen (11, 12) verbunden sind. Die Hohlräume (17a, 17b) sind, wie die Zuleitungen (11, 12), mit einem Medium (M1 bzw. M2) befüllt. Als Medium wird Propangas verwendet, das eine ähn­ lich günstige Dampfdruckcharakteristik wie Freon besitzt, aber eine wesentlich bessere Umweltverträglichkeit als dieses auf­ weist. Die Zähne (14) des Zahnstangenkolbens (13) greifen in Zähne (16) eines in einer halbkreisförmigen Ausbuchtung (18) des Gehäuses (17) untergebrachten Zahnrads (15). Erhöht sich z. B. der Dampfdruck des Mediums (M2), erfährt der Kolben (13) eine resultierende Kraft nach links, wodurch das koaxial zur Drehachse (D1) des Kollektors (K1) (vgl. Fig. 5) und fest mit diesem verbunden angebrachte Zahnrad (15) in eine Drehbewegung im Sinne des Pfeiles (P4) versetzt wird und somit den Kollektor (K1) einer Sonnenbewegung nachführt.
Der gezeigte Schwenktrieb hat gegenüber einer üblicherweise verwendeten Zwei-Kolben-Nachführung den Vorteil, daß sein Schwenkbereich über Umfang des Ritzels (15) und Länge der Kol­ benstange (13) einstellbar ist und über einen maximal benötig­ ten Bereich von 240° ein konstantes Drehmoment aufweist. Dies geht über die Möglichkeiten eines Linearantriebes hinaus, der einen maximalen Verstellbereich von 180° aufweist mit bei zu­ nehmendem Verstellwinkel sich verkleinernder Drehmomentsresul­ tierender. Die nicht näher bezeichneten Dichtungen des Schwenk­ triebs (1) sind vorteilhafterweise aus Teflon (PTFE). Dieses Dichtungsmaterial ist auch bei kühleren Temperaturen formbe­ ständig und verliert nicht seine Elastizität, wodurch ein Ein­ satz der Anordnung in Gebieten größeren Breitengrades möglich ist, was ja durch die hohe Nachführgenauigkeit einer erfin­ dungsgemäßen Nachführeinrichtung nahegelegt wird.
Eine erfindungsgemäße Nachführeinrichtung ist auch geeignet andere Vorrichtungen als Sonnenkollektoren dem Sonnenstand nachzuführen. So bietet sich z. B. eine Verwendung der Ein­ richtung zu in Nachführen großflächiger Abschattpaneele an, die zur Beschattung von verglasten Dächern oder Fronten großer Gebäude dienen.

Claims (13)

1. Einrichtung zum Nachführen eines um wenigstens eine Drehachse schwenkbaren Sonnenkollektors entsprechend dem Stand der Sonne mit einem thermohydraulischen Antrieb, der pro Dreh­ achse zwei parallel zur entsprechenden Drehachse angeordnete Absorberrohre enthält, welche mit einem Antriebsmedium befüllt und an einen gemeinsamen Verstellkolben für den Sonnenkollektor angeschlossen sind, und mit den Absorberrohren zugeordneten, mit dem Sonnenkollektor um die Drehachse schwenkbaren Abschatt- und Reflexionsmitteln zur asymmetrischen Bestrahlung der beiden Absorberrohre bei Fehlausrichtung des Sonnenkollektors zu einer Sollposition, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Absorberrohr wenigstens ein im Bereich kleiner Winkelabweichungen von der Sollposition wirksames Reflexionsmittel mit bei zunehmender Winkelabweichung steil ansteigender Bestrahlungsintensität zu­ geordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Absorberrohr ein weiteres Reflexionsmittel zugeordnet ist, das für kleine Abweichungswinkel von der Sollposition das von der Sonne abgewandte Absorberrohr im wesentlichen vollstän­ dig beschattet und das in der Sollposition die beiden Absorber­ rohre in gleichem Maße teilweise beschattet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei spätestens 10° Abweichung von der Sollposition eine vollständige Beschattung des sonnenfernen Absorberrohrs und eine vollständige direkte Bestrahlung des sonnennahen Absorber­ rohrs eintreten.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschatt- und Reflexionsmittel ins­ besondere fünf winklig zueinander angeordnete ebene Spiegel sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das für kleine Winkelabweichungen von der Sollposition wirksame Reflexionsmittel zwei, in Bezug auf die Sollposition auf der sonnenfernen Seite jedes Absorberrohres, winklig ange­ ordnete Spiegel sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei winklig angeordneten Spiegel bei lotrechter Aus­ richtung der Einrichtung mit leichter Neigung gegen die Hori­ zontale von etwa unterhalb des Absorberrohrmittelpunkts zur Einrichtungsaußenseite hin verlaufen und dabei um wenigstens einen Rohrdurchmesser über das Absorberrohr hinausragen.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spiegel polierte hochreflektierende Metallplatten sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die für die indirekte Bestrah­ lung des sonnenzugewandten Absorberrohrs bei kleinen Abweichun­ gen verantwortlichen Spiegel durch einen parabolförmigen Spie­ gel ersetzt sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmedium Propangas ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Verstellkolben ein hydrau­ lisches Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung betätigt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung ein Schwenktrieb oder ein Schwenkmotor ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen der hydraulischen Verstellvorrichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Bronzebeimischung be­ stehen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberrohre jeweils von einem durch­ sichtigen Schutzrohr umgeben sind, welches über Ventilations­ schlitze zur thermischen Kühlung eines beschatteten Absorber­ rohres verfügt.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057493A1 (de) 1998-04-30 1999-11-11 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Thermohydraulische sonnennachführeinrichtung
US20090084374A1 (en) * 2007-06-13 2009-04-02 Mills David R Solar energy receiver having optically inclined aperture
DE202009017729U1 (de) * 2009-12-28 2011-05-12 Christoph Gruel Einrichtung zum Ausrichten im gerichteten Strahlungsfeld
GR1007324B (el) * 2008-08-06 2011-06-27 Γρηγοριος Βασιλειου Κωταϊδης Μηχανισμος περιστρεφομενης βασης δυο αξονων με υδραυλικη κινηση για τοποθετηση φωτοβολταϊκων συλλεκτων
EP1972868A3 (de) * 2007-03-20 2012-10-31 Reinhold Ruck Positionierantrieb und Solarmodul-Positioniervorrichtung mit wenigstens einem Positionierantrieb
DE102012209795A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Siemens Aktiengesellschaft Sonnenkollektorvorrichtung, Tageslichtsystem und Gebäude
US20180328625A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-15 Olivia Schenck Systems and methods for solar tracking

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202022000703U1 (de) 2022-03-17 2022-04-14 Martin Junger Befestigungssystem für die Erzeugung von regenerativen Energien

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US30961A (en) * 1860-12-18 Improvement in mowing-machines
DE2742014A1 (de) * 1976-09-20 1978-03-30 Philips Nv Sonnenkollektor mit sonnenfolgemitteln
US4147154A (en) * 1977-07-08 1979-04-03 Lewandowski Robert E Solar heat tracking and collecting apparatus
US4175391A (en) * 1977-12-12 1979-11-27 Dow Corning Corporation Self reorienting solar tracker
US4306541A (en) * 1979-06-27 1981-12-22 University Of Florida Solar energy powered sun tracking device
US4351319A (en) * 1979-08-17 1982-09-28 Robbins Jr Roland W Radiant energy tracker
DE8531571U1 (de) * 1985-11-08 1986-08-28 Pöhlmann, Erich, 8650 Kulmbach Nachführantrieb für einen Sonnenkollektor
WO1987000608A1 (en) * 1985-07-24 1987-01-29 The State Of Western Australia Solar tracking device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US30961A (en) * 1860-12-18 Improvement in mowing-machines
DE2742014A1 (de) * 1976-09-20 1978-03-30 Philips Nv Sonnenkollektor mit sonnenfolgemitteln
US4147154A (en) * 1977-07-08 1979-04-03 Lewandowski Robert E Solar heat tracking and collecting apparatus
US4175391A (en) * 1977-12-12 1979-11-27 Dow Corning Corporation Self reorienting solar tracker
US4306541A (en) * 1979-06-27 1981-12-22 University Of Florida Solar energy powered sun tracking device
US4351319A (en) * 1979-08-17 1982-09-28 Robbins Jr Roland W Radiant energy tracker
WO1987000608A1 (en) * 1985-07-24 1987-01-29 The State Of Western Australia Solar tracking device
DE8531571U1 (de) * 1985-11-08 1986-08-28 Pöhlmann, Erich, 8650 Kulmbach Nachführantrieb für einen Sonnenkollektor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057493A1 (de) 1998-04-30 1999-11-11 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Thermohydraulische sonnennachführeinrichtung
DE19819337A1 (de) * 1998-04-30 1999-11-18 Zsw Thermohydraulische Sonnennachführeinrichtung
EP1972868A3 (de) * 2007-03-20 2012-10-31 Reinhold Ruck Positionierantrieb und Solarmodul-Positioniervorrichtung mit wenigstens einem Positionierantrieb
US20090084374A1 (en) * 2007-06-13 2009-04-02 Mills David R Solar energy receiver having optically inclined aperture
GR1007324B (el) * 2008-08-06 2011-06-27 Γρηγοριος Βασιλειου Κωταϊδης Μηχανισμος περιστρεφομενης βασης δυο αξονων με υδραυλικη κινηση για τοποθετηση φωτοβολταϊκων συλλεκτων
DE202009017729U1 (de) * 2009-12-28 2011-05-12 Christoph Gruel Einrichtung zum Ausrichten im gerichteten Strahlungsfeld
DE102012209795A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Siemens Aktiengesellschaft Sonnenkollektorvorrichtung, Tageslichtsystem und Gebäude
US20180328625A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-15 Olivia Schenck Systems and methods for solar tracking

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DE4208255C2 (de) 1994-01-27

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