NL194348C - Heliostaat. - Google Patents

Description

1 194348

Hellostaat

De uitvinding heeft betrekking op een heliostaat, voorzien van een in een gestel om twee haaks op elkaar staande assen zwenkbare spiegel, van een richtinstrument dat is uitgerust met lichtgevoelige elementen 5 voor het waarnemen van de lichtinvalrichting, vqn aandrijfelementen’ voor het zwenken van de spiegel om zijn assen, van dataverwerkingsmiddelen, die gekoppeld zijn met de lichtgevoelige elementen en die de aandrijfelementen voor de spiegel kunnen aansturen, een en ander zodanig dat de spiegel gericht kan worden gehouden op een bewegende lichtbron, zoals de zon, en de spiegel licht hiervan steeds in dezelfde gewenste richting kan reflecteren.

10 Deze heliostaat is bekend uit EP-B 0.309.168 en heeft bij het richtinstrument de lichtgevoelige elementen op een met de spiegel via een stangenmechanisme gekoppelde drager zitten, welke drager ook zelf naar de zon gericht moet worden.

De uitvinding stelt zich ten doel bij het richtinstrument voor de heliostaat de drager voor de lichtgevoelige elementen plaatsvast te kunnen opstellen en voor dit doel in te richten, waardoor de heliostaat een 15 eenvoudiger constructie verkrijgt.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt, doordat het richtinstrument een kokervormig orgaan met gesloten bodem omvat, met in het inwendige de lichtgevoelige elementen, waarvan er één centraal zit op de bodem, welk kokervormig orgaan plaatsvast is opgesteld of is op te stellen met zijn opening nabij en gekeerd naar de spiegel en met zijn langsrichting in de door de aansturing te verkrijgen reflectierichting van 20 de spiegel.

Door deze maatregelen is via de nabij de spiegel zich bevindende opening van het kokervormige orgaan reflectielicht hierin te leiden, waarbij, wanneer dit licht nog niet recht op het centraal óp de bodem aanwezige lichtgevoelige element valt, de verdere lichtgevoelige elementen data kunnen opleveren die door de verwerkingsmiddelen hiervoor voor verdraaiing van de spiegel om zijn assen door de aandrijfelementen kan 25 zorgen, totdat de instelling juist is. Het kokervormige orgaan hoeft derhalve niet zelf zoals bij de bekende heliostaat met de spiegel mee te bewegen en tevens ten opzichte hiervan te kunnen bewegen.

De heliostaat hééft hiermee een eenvoudiger constructie verkregen en is goedkoop te vervaardigen. Bovendien kan het kokervormige orgaan bij het richtinstrument aan een nauwkeurige spiegelinstellihg bijdragen. .

30 Op zichzelf is uit US-A 4.586.488 een heliostaat bekend, waarbij de spiegeldraagconstructie op een zwenkbare arm twee parallel gehouden kokervormige organen met elk een gesloten bodem draagt, die te richten zijn op de zon en waarvan elk op de vier wanden lichtgevoelige elementen heeft en een lichtgevoelig . element centraal op de bodem. Deze heliostaat is eveneens ingewikkelder dan die volgens de uitvinding.

Volgens de uitvinding kan de heliostaat het kenmerk hebben, dat het kokeivormige orgaan een 35 inwendige dwarswand met centrale lichtdoorlaatopening heeft en deze dwarswand alsmede de bodem in vier kwadranten steeds althans één lichtgevoelig element heeft én de kwadranten gedeeld worden door aan. , de zwenkassen van de spiegel evenwijdige lijnen.

' De op de.inwendige dwarswand respectievelijk op de bodem in de aangegeven kwadranten aanwezige lichtgevoelige elementen maken een eenvoudige verstelling van de spiegel mogelijk, totdat het centrale 40 lichtgevoelige element via de opening in de dwarswand recht wordt bestraald, door verdraaiing rond dié as van de spiegel, die niet evenwijdig aan de delende lijn van het kwadrant verloopt, waarin een lichtgevoelig element wordt bestraald. De opening in de dwarswand zorgt voor een uiteindelijk rechte bestraling van het ---- cëntrale~elément'Op~de~bódem7Wanneerverdervolgens“deultvlndinghetkokervormlg0‘orgaan~telescopisch is uitgevoerd, is een grote mate van verstelnauwkeurigheid van de spiegel mogelijk, zodat licht precies in de 45 vereiste richting zal kunnen worden weerkaatst. Hiervoor dient men dan het kokervormige orgaan zo ver mogelijk te verlengen.

Aan de hand van figuren 1 en 2 wordt het werkingsprincipe beschreven van het richtinstrument dat middels een elektronische schakeling de stuursignalen aan het mechanisch positioneringsysteem voor de spiegel geeft. De essentie van de werking van het instrument is grafisch weergegeven In figuren 1a en 1b, 50 waar figuur 2 eeh praktische uitwerking schetst van het in figuur 1 beschreven principe.

In figuur 1a is geschetst een voorwerp bestaande uit een halve bolschil H gemaakt van lichtdicht materiaal afgedekt met een plaat V van lichtdicht materiaal waarin een cirkelvormige opening is gemaakt met als hart het centrum van de cirkel C die de doorsnijding is van het vlak V en de halve bolschil H.

Het centrum C is tegelijkertijd oorsprong van het örthogonaal coördinatenstelsel x, y, z. In een hoek van 55 Vic π met de assen x-y staan de hulplijnen a en b. De halve bolschil H wordt door de vlakken a-z en b-z in vier kwadranten verdeeld genummerd 1 tot en met 4. De gebogen doorsnijdingslijnen van de vlakken x-z en y-z met de halve bolschil zijn x' en /. De gebogen doorsnijdingslijnen van de vlakken a-z en b-z met de 194348 2 halve bolschil zijn a' en b'. Het doorsnijdingspunt van de z-as met de halve bolschil Is het punt F. Het evenwijdig licht van de puntbron B valt door de opening C op een vlek met als centrum het punt T. Dit punt ligt in een van de kwadranten van de halve bolschil H of op de grens van twee kwadranten. Ugt het punt T in kwadrant 2 of 4 dan beweegt bij rotatie van de bron B om de y-as naar de z-as toe het punt T naar de 5 lijn /. Als gevolg van deze beweging beweegt het punt T eventueel over de lijnen a' of b' naar een van de kwadranten 1 of 3. Ugt het punt T in kwadrant 1 of 3 dan dient de rotatie van de bron B niet om de y-as maar om de x-as uitgevoerd te worden en beweegt het punt T naar de lijn x'. Het punt T migreert door deze rotaties naar het punt F. Als punt T exact samenvalt met F valt de z-as die de lijn is loodrecht op het vlak V samen met de verbindingslijn tussen bron B en het punt C. Dit betekent dat het evenwijdig licht van bron B 10 loodrecht op het vlak V valt.

Figuur 1b is een loodrechte projectie op het vlak V van de elementen in figuur 1a. „

Naar analogie van het voorwerp van figuur 1 is het richtinstrument 200 in figuur 2 geschetst Het instrument bestaat uit een rechthoekig, langwerpig, lichtdicht, hol voorwerp van variabele lengte L. Het instrument bestaat aan de binnenzijde uit lichtabsorberend materiaal. De kop van het instrument bestaat uit 15 een deksel 201 met in het midden een opening met diameter D, afgedekt met dun transparant materiaal, op de lange zijden en de bovenkant van het instrument bevinden zich foto-voltaTsche cellen 205. Figuur 2a geeft een schets van het opengewerkte richtinstrument waarbij het licht door de opening op cel 214 van de bodem 203 valt. De binnenzijde van de bodem 203 is geschetst in figuur 2f. Deze binnenzijde is bedekt met vijf foto-voltaïsche cellen 210 tot en met 214. Cel 210 komt overeen met punt F van figuur 1. Cellen 211, 20 212, 213, 214 komen overeen met kwadranten 1 tot en met 4 in figuur 1. Figuur 2b geeft een schets van het opengewerkte richtinstrument waarbij het licht door de opening van deksel 201 op cel 222 van tussenschot 202 valt. De naar deze opening toe gerichte zijde van het tussenschot 202 is geschetst in figuur 2e. Deze zijde is bedekt met vier foto-voltaTsche cellen 221 tot en met 224.

Cellen 221, 222, 223 en 224 komen eveneens overeen met kwadranten 1-4 van figuur 1 en liggen 25 derhalve uitgelijnd met de cellen 211-214.

Stel nu dat het licht van de zon gereflecteerd wordt op een spiegel en voor het richtinstrument een situatie creëert die vergelijkbaar is met die van figuur 1, met de zon schijnbaar op de positie van B. Als het licht valt op een van de lichtgevoelige elementen corresponderend met kwadrant 1 of 3, betekent dit feitelijk dat de schijnbare positie van de zon om de x-as moet worden geroteerd. Dit is te bereiken door de spiegel 30 om een as die parallel loopt aan de x-as te roteren. Vergelijkbaar moet de spiegel om een as parallel aan de y-as worden geroteerd als het licht valt op een lichtgevoelig element dat correspondeert met kwadrant 2 of 4. Als het positioneringsysteem zodanig wordt ingericht dat één as parallel loopt aan de x-as en de andere as parallel aan de y-as, kan het positioneringsysteem als reactie op een signaal van het richtinstru-ment een rotatie van de spiegel om een der assen uitvoeren-die als resultaat heeft dat het gereflecteerde 35 licht meer evenwijdig aan de lengteas van het richtinstrument valt Door achtereenvolgende of synchrone rotaties om beide assen uit te voeren kan het positioneringsysteem de spiegel zodanig richten dat het gereflecteerde licht lichtgevoelig element 210 activeert en de oorzaak van de corrigerende signalen is opgeheven. In praktijk moet het positioneringsysteem zodanig ingericht zijn dat het mogelijk is om de assen zodanig te oriënteren dat zij exact evenwijdig aan de x-as en y-as van het richtinstrument lopen en zo niet 40 exact dan toch zo evenwijdig mogelijk.

Omgekeerd moet het richtinstrument zodanig draaibaar gemonteerd zijn dat de oriëntatie van haar x-as en y-as optimaal evenwijdig te stellen is aan de assen van het positioneringsysteem.

Figuren 2c en 2d schetsen een lengtedoorsnede van het richtinstrument De hoek cc Is gedefinieerd als die hoek waarvoor cel 210 al middels de elektronische schakeling een signaal doorgeeft aan het mecha-45 nisch positioneringsysteem (figuur 2c). De grootte van deze hoek wordt bepaald door de parameters D, L en W. Deze hoek wordt kleiner naarmate de lengte L toeneemt en beide andere parameters gelijk blijven.

Groter maken van L heeft dus een hogere nauwkeurigheid van positionering tot gevolg. Deze lengte is In praktijk eenvoudig te variëren door het instrument als in figuur 2h op te bouwen uit twee in elkaar schuifbare delen. De hoek β is gedefinieerd als die hoek waarbij de cellen van tussenschot 202 nog genoeg licht door 50 de opening in 2QT öntvangen om een signaal af te geven (zie figuur 2d).

Er zijn een aantal situaties denkbaar.

Als de cellen 205 minder dan een bepaalde hoeveelheid licht ontvangen worden alle signalen aan het positioneringsysteem geblokkeerd (bijv. ’s nachts of bij bewolking).

55 Als er voldoende licht is zijn er drie mogelijkheden: A) Als het licht evenwijdig valt aan de lange zijde van het instrument 200 of een hoek maakt met de lengteas van het instrument die geringer is dan de hoek a, valt hét licht door de opening in 201 op cel 210, 3 194348 welke een signaal geeft aan het positioneringsysteem om de rotaties te staken.

B) Als het licht op een van de cellen van paren 211, 221 of 212, 222 of 213,223 of 214,224 valt dan wordt er middels de elektronische schakeling een signaal gegeven aan het besturingssysteem om een rotatie van de spiegel uit te voeren, die er op gericht is de oorzaak van het ontstaan van het signaal weg te nemen.

5 Het is mogelijk dat tegelijkertijd rotaties om beide assen worden uitgevoerd. Dit gebeurt als de lichtvlek overgaat van een kwadrant naar een ernaast liggend kwadrant. Een rotatie in bepaalde zin wordt doorgezet tenzij er een signaal komt om de rotatie te stoppen of in tegenovergestelde zin te laten verlopen.

C) Het licht heeft een invalshoek met het instrument, die groter is dan de in figuur 2d getekende hoek B.

Geen van de cellen in het instrument ontvangt nu gereflecteerd zonlicht. De elektronische schakeling is 10 zodanig gebouwd dat er rotaties om bejde assen worden uitgevoerd die als resultaat zullen hebben dat de situatie beschreven in punt B bereikt wordt

Figuur 2g laat zien wat het traject van de lichtvlek zou kunnen zijn vanuit een positie dat de spiegel verkeerd georiënteerd stond. Vanaf punt T1 op cel 223 roteert de spiegel om de x-as en als gevolg van die 15 rotatie komt T op punt T2. Het signaal van cel 213 verschilt niet qua effect van dat van 223 en de rotatie wordt voortgezet totdat punt T samenvalt met punt T3. Hier geeft cel 212 een signaal dat de spiegel ook om de y-as moet worden geroteerd. De simultane rotaties om' de verticale en horizontale as zorgen dat punt T migreert naar het punt T4 op cel 210, die het signaal afgeeft dat de beide rotaties moeten worden stopgezet. Als gevolg van de beweging van de zon zal punt T weer terechtkomen op een van de cellen 211, 20 212,213,214 die een signaal afgeeft dat ervoor zorgt dat T wéér naar cel 210 terugkeert, etc. Figuur 3 geeft een schets van de constructie van een heliostaat als bedoeld in deze uitvinding. Figuur 3a geeft een schets van het zijaanzicht van de constructie, figuur 3b van het bovenaanzicht Het vastframe 101 bestaat uit drie staanders die in een gelijkbenige driehoek zijn geplaatst. De staanders zijn aan de bovenzijde en onderzijde met elkaar verbonden voor stabiliteit. De spiegel 150 is draaibaar opgehangen in een zwenkbaar 25 frame 121. De draaiing van de spiegel binnen het zwenkbare frame 121 om as 122 wordt bewerkstelligd door het systeem van rad 103 en aandrijving 104. De as 102 loopt parallel aan de x-as van het Instrument 200 als getekend in figuur 2. De as 124 staat loodrecht op as 102 en komt overeen met de y-as van het • instrument 200 als getekend in figuur 2. Op de raden 103 en 123 zijn zoals aangegeven in figuur 3c en 3d aanslagpunten voor de drukschakelaars aangebracht, die aangeven wat de extreme rotatiehoeken om de 30 beide assen zijn. Op het moment dat het aanslagpunt de drukschakelaar aanraakt, wordt er een circuit kort gesloten dat de corresponderende rotatie in tegenovergestelde richting laat verlopen. De aanslagpunten en schakelaars zijn gepaard 231, 241,232, 242, 233, 243, 234,244, dat wil zeggen 241 is het aanslagpunt voor schakelaar 231 etc. Figuur 3e schetst de wijze waarop aanslagpunten en drukschakelaars worden gemonteerd. Het richtinstrument 200 is om een horizontale as parallel aan de as 102 draaibaar gemonteerd 35 op de buis 105 aan frame 101. Het is zodanig gemonteerd dat de opening naar de spiegel is toe gericht en de x-as horizontaal loopt. De hoek van het richtinstrument 200 met de horizontaal is instelbaar langs de arm 230 op buis 105 en bepaalt de juiste richting van het richtinstrument 200 naar het object in verticale zin. De gehele constructie is zodanig geplaatst dat de buis 105 aan frame 101 in horizontale zin gericht is op het object en zoveel - als de locatie toestaat - mogelijk in de richting van de gemiddelde positie van de zon 40 (Zuiden op het noordelijk halfrond, Noorden op het zuidelijk halfrond). Het richtinstrument 200 is zodanig geplaatst dat bij grote afwijkingen van de oriëntatie van de spiegel ten opzichte van de juiste oriëntatie van de spiegel - dat wil zeggen die oriëntatie van de spiegel die het licht in de juiste richting reflecteert - het gereflecteerde zonlichftöch nog zoveel mogelijlTde openingvanhetlnstrument"200treftr ; :-

Het is de oriëntatie van het richtinstrument 200 die bepaalt wat de richting van het gereflecteerde licht is.

45 Door het richtinstrument 200 enerzijds op de spiegel en anderzijds op het object te richten zorgt men er dus eenvoudig voor dat de heliostaat het zonlicht naar ditzelfde object reflecteert. Het is niet noodzakelijk dat de staanders van de constructie exact verticaal staan, hetgeen installatie aanmerkelijk vereenvoudigd.

In figuur 4 is een schema opgenomen van de elektronische schakeling 300 die de inkomende signalen van het richtinstrument verwerkt tot signalen aan het mechanisch positioneringsysteem. De spanningen 50 afkomstig van de lichtgevoelige cellen worden middels spanningsversterkers versterkt. De versterking is , zodanig dat de transistoren open gestuurd worden bij de als minimaal geachte hoeveelheid nlet-diffuus licht die op de cellen valt. De open gestuurde transistoren zijn in circuits opgenomen, die relais bedienen. Er zijn vier bistabiele relais 310,311, 320, 321. Dit zijn relais die twee stabiele schakeltoestanden kennen. Relais 310 bepaalt de polariteit voor de aandrijving 104 en wordt door cellen 211/221 of schakelaar 231 in één 55 toestand geschakeld en door cellen 213/223 of. schakelaar 233 In de andere toestand. Relais 320 bepaalt de polariteit voor de aandrijving 124 en wordt door cellen 212/222 of schakelaar 232 In één toestand geschakeld en door cellen 214/224 of schakelaar 234 in de andere toestand. Relais 311 onderbreekt of sluit

Claims (3)

194348 4 het circuit van aandrijving 104. Relais 311 onderbreekt het circuit als het geschakeld wordt door cel 210 en sluit het circuit als het geschakeld wordt door cellen 211/221/213/223 of als cellen 205 niet genoeg licht ontvangen. Relais 321 onderbreekt of sluit het circuit van aandrijving 124. Relais 321 onderbreekt het circuit als het geschakeld wordt door cel 210 en sluit het circuit als het geschakeld wordt door oellen 212/222/214/ 5 224 of als cellen 205 niet genoeg licht ontvangen. Er is tevens een gewoon, drievoudig gepoold relais 330 gebruikt. Dit relais onderbreekt het circuit van de aandrijvingen 104 en 124 op het moment dat de cellen 205 niet genoeg licht ontvangen en schakelt dan tevens de relais 311 en 321 zodanig dat als er weer voldoende licht is, de circuits voor beide aandrijvingen gesloten zijn. Relais 330 sluit de circuits voor aandrijvingen 104 en 124 als de cellen .205 genoeg licht ontvangen. (De contacten die het relais aansturen 10 zijn aangegeven als die contacten waar een spoeltje bij getekend staat. De polen die geschakeld worden zijn aangegeven als stellen van drie contacten waar een streepje langs loopt. Het onderste contact van de drie is het contact dat met een van de andere twee verbonden wordt) De voeding is afkomstig van een paneel foto-voltaTsche cellen 400 (zie ook figuur 3a/b). De schakeling is ondergebracht in behuizing 301. Figuur 5 geeft een voorbeeld van het gebruik van de in figuur 3 geschetste heliostaat in de particuliere 15 sfeer. Het beschenen oppervlak kan zijn een zonnecollector of raam, welke anders vanwege de ongunstige ligging op het Noorden (noordelijk halfrond) normaliter geen direct zonlicht ontvangen. 20

1. Heliostaat, voorzien van een in een gestel om twee haaks op elkaar staande assen zwenkbare spiegel, van een rjchtinstrument dat is uitgerust met lichtgevoelige elementen voor het waarnemen van de lichtinval·-richting, van aandrijfelementen voor het zwenken van de spiegel om zijn assen, van dataverwerkingsmid-delen, die gekoppeld zijn met de lichtgevoelige elementen en die de aandrijfelementen voor de spiegel 25 kunnen aansturen, een en ander zodanig dat de spiegel gericht kan worden gehouden op een bewegende lichtbron, zoals de zon, en de spiegel licht hiervan steeds in dezelfde gewenste richting kan reflecteren, met het kenmerk, dat het richtinstrument een kokervormig orgaan met gesloten bodem omvat, met in het inwendige de lichtgevoelige elementen, waarvan er één centraal zit op de bodem, welk kokervoijnig orgaan plaatsvast is opgesteld of is op te stellen met zijn opening nabij en gekeerd naar de spiegel en met zijn 30 langsrichting in de door de aansturing te verkrijgen reflectierichting van de spiegel.

2. Heliostaat conclusie 1, met het kenmerk, dat het kokervormige orgaan een inwendige dwarswand met centrale lichtdoorlaatopening heeft en deze dwarswand alsmede de bodem in vier kwadranten steeds althans één lichtgevoelig element heeft en de kwadranten gedeeld worden door aan de zwenkassen van de splegej evenwijdige lijnen

3. Heliostaat volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat het kokervormig orgaan telescopisch is uitgevoerd. Hierbij 7 bladen tekening