PL248148B1 - Mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych posiadający pionowy słup (1) zamocowany do przytwierdzonej do podłoża podstawy, na którego końcu znajduje się przegub (2), do którego przymocowana jest rama nośna (3). Charakteryzuje się on tym, że przegub (2), jest przegubem kulowym, zaś w ramie nośnej (3) zamontowana jest prowadnica liniowa (4), w której umieszczony jest przesuwnie pręt (5), do którego końca znajdującego się poza obszarem ramy nośnej (3) zamocowany jest wózek napędowy (6), którego koła ułożone są na wygiętej w łuk wyprofilowanej prowadnicy (7), której końce przymocowane są do podłoża symetrycznie po obydwóch stronach słupa (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych umożliwiający odpowiednie ich ustawianie względem położenia słońca.

Dotychczas znane są różne rozwiązania mechanizmów mocowania paneli fotowoltaicznych. Problemem jest ustawianie tych paneli pod odpowiednim kątem, aby przejmowały jak najwięcej energii padającego promieniowania słonecznego.

Opis zgłoszenia patentowego CN109347416A przedstawia mechanizm obracający moduł fotowoltaiczny, który składa się z płyty montażowej, obrotowej tarczy, trzpienia nośnego połączonego z ramą modułu fotowoltaicznego i siłownika. Obrót modułu fotowoltaicznego zapewnia korbowód, którego górny koniec jest ruchomo połączony z ramą modułu, a dolny koniec jest ruchomo połączony z kulistym blokiem ślizgowym w płycie montażowej.

W opisie patentu CN104601100B przedstawiony jest mechanizm podtrzymujący rozkładane panele fotowoltaiczne, w którym moduły połączone są zawiasowo z podłożem i między sobą. Są one również połączone obrotowo z wysuwanym trzpieniem rozkładającym panele fotowoltaiczne.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN108964594A znane jest rozwiązanie mechanizmu poruszającego panel fotowoltaiczny. Panel ten jest montowany na cokole, na podłożu ustawionym pod odpowiednim kątem zależnym od szerokości geograficznej i osadzony jest na obracającym się trzpieniu. Trzpień ten wkręca się w cylinder prowadzący i jest on połączony z wałem silnika napędowego.

Opis zgłoszenia patentowego CN107707189A przedstawia mechanizm ustawiania wielu paneli fotowoltaicznych zawiasowo przymocowanych do ściany i połączonych za pomocą pionowego elementu nastawiającego. Podobne rozwiązanie przedstawia opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN201809912U prezentujący mechanizm do rozkładania ruchomej osłony przeciwsłonecznej pokrytej fotowoltaiczną powierzchnią. Fotowoltaiczna osłona przeciwsłoneczna zamocowana jest obrotowo na ścianie. Jej rozsuwanie odbywa się poprzez popychacz i wałek łączący, przy czym popychacz połączony jest z urządzeniem napędowym.

Opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN209313778U przedstawia mechanizm regulowanej podpory panelu fotowoltaicznego. Zasadniczymi elementami są: silnik, przekładnia redukcyjna, płyta wsporcza, nastawny trzpień oraz sprężyny. Wał silnika zainstalowanego w ramie podstawy połączony jest z przekładnią redukcyjną, a ta z nastawnym trzpieniem. Odpowiednie ustawienie podpory panelu fotowoltaicznego jest zależne od długości trzpienia, którego wysunięcie ograniczają dwie sprężyny. Pokrewne rozwiązanie przedstawione jest w opisie zgłoszenia patentowego CN107749734A, w którym ujawniony jest mechanizm regulacji kąta nachylenia panelu fotowoltaicznego z elementem śrubowym podnoszącym lub opuszczającym jeden z jego końców.

W opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN203192810U przedstawiony jest mechanizm montowania panelu fotowoltaicznego, w którym panel nie jest osadzony w ramie nośnej. Składa się on z belek instalacyjnych oraz odpowiednio ukształtowanych elementów mocujących i dociskowych.

Opis zgłoszenia patentowego CN107425794A przedstawia mechanizm mocowania panelu fotowoltaicznego, który zapewnia jego optymalne ustawienie względem położenia słońca. Charakteryzuje się on tym, że zawiera więcej niż jeden element w kształcie łuku przymocowany do ramy nośnej po przeciwnej stronie osi obrotu ramy.

Opis wzoru użytkowego CN206658176U przedstawia obrotowy mechanizm napędowy ustawiający panel fotowoltaiczny prostopadle do kąta padania światła słonecznego. Mechanizm ten zawiera poziomo ustawiony obrotowy wał, do którego przymocowany jest panel fotowoltaiczny i który to wał jest obracany zgodnie ze zmianą położenia słońca na niebie.

Opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN202564381U przedstawia mechanizm ręcznego ustawienia panelu fotowoltaicznego, który zawiera przekładnię ślimakową pozwalającą skierować powierzchnię aktywną panelu prostopadle do kierunku padających promieni słonecznych.

W opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN206313722U ujawniony jest mechanizm jednoczesnej regulacji ustawienia kilku paneli fotowoltaicznych. Panele te są osadzone w ramach, których trójkątne wsporniki połączone są za pomocą wału napędzanego przez silnik krokowy ze sprzęgłem oraz z przekładnią planetarną. Ustawienie paneli jest zmieniane w zależności od intensywności dochodzącego światła słonecznego.

Opis zgłoszenia patentowego CN110086414A przedstawia mechanizm efektywnej regulacji ustawienia grupy paneli fotowoltaicznych w kierunku słońca. Mechanizm zawiera ułożyskowaną ramę usztywniającą, na której zamontowane są panele fotowoltaiczne i której jeden z końców wyposażony jest w koło podporowe umieszczone w odpowiednio wygiętym torze. Na skutek zmiany długości połączonego z ramą siłownika i konsekwentny ruch koła podporowego po torze następuje zmiana ustawienia paneli fotowoltaicznych.

Opis zgłoszenia patentowego CN109962675A przedstawia mechanizm pozwalający na łatwe rozkładanie i składanie paneli fotowoltaicznych zamocowanych na teleskopowej ramie. Dzięki zastosowaniu ruchomego korbowodu możliwe jest również ustawianie paneli pod optymalnym kątem do kierunku padającego promieniowania słonecznego.

Opis zgłoszenia patentowego CN109768763A przedstawia jednoosiowy mechanizm pozwalający na śledzenie położenia słońca i dopasowanie ustawienia zespołu paneli fotowoltaicznych. Zasadniczym elementem mechanizmu jest przekładnia, w której wał transmisyjny przekazuje napęd na uzębione elementy o kołowym kształcie, do których przymocowana jest rama nośna paneli fotowoltaicznych.

Opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN209389999U przedstawia mechanizm do regulacji położenia zespołu paneli fotowoltaicznych który charakteryzuje się tym, że zawiera poziomą podstawę i wspornik do regulacji kąta nachylenia paneli. Regulacja tego kąta jest możliwa dzięki prostemu układowi śrubowo zawiasowemu zmieniającymi położenie wspornika.

W opisie zgłoszenia patentowego CN109167562A ujawniony jest dwuosiowy samonaprowadzający mechanizm, który obraca panel fotowoltaiczny zarówno w płaszczyźnie poziomej jak i pionowej ustawiając go optymalnie do kierunku padania promieni słonecznych. Ustawienie paneli regulowane jest w układzie zamkniętym ze sprzężeniem zwrotnym.

Opis zgłoszenia patentowego CN108832707A przedstawia bioniczny mechanizm ustawiania panelu fotowoltaicznego symulującego podążanie słonecznika za słońcem.

Z opisu zgłoszenia patentowego US2022216825A1 znany jest przenośny zestaw szybko rozkładanych paneli fotowoltaicznych przy różnych konfiguracjach elementów ramy nośnej. Z kolei opis zgłoszenia patentowego EP2657623A2 przedstawia mechanizm sterowanego ustawiania ramy paneli fotowoltaicznych. W tym rozwiązaniu rama ta zamocowana jest do statywu za pomocą zespołu przegubowego z dwoma stopniami swobody. Zasadniczymi elementami mechanizmu są dwa systemy cięgien napędowych przechylających i ustawiających ramę pod odpowiednim kątem.

Z opisu patentowego PL237239B1 znany jest mechanizm mocowania panelu fotowoltaicznego na poziomej powierzchni ekranu akustycznego. Na górnej powierzchni ekranu zamocowane są dwa zestawy napędowo-podnoszące, w skład których wchodzą silniki krokowe i odpowiednio ułożone belki podnoszące panel fotowoltaiczny. Panel ten może być również obracany. Z kolei w opisie patentowym PL237238B1 przedstawiony jest mechanizm mocowania panelu fotowoltaicznego na pionowej powierzchni ekranu akustycznego. Na pionowej powierzchni tego ekranu zamocowany jest układ mechaniczny obracający ramę panelu fotowoltaicznego. Zamocowany jest również układ z siłownikiem do odpowiedniego ustawiania ramy.

Opisy zgłoszeń patentowych PL441766A1 i PL441767A1 przedstawiają mechanizmy do mocowania paneli fotowoltaicznych na słupach ekranów akustycznych. Pierwszy z nich obraca i ustawia ramę panelu fotowoltaicznego wokół słupa ekranu wykorzystując napędowe silniki oraz odpowiednio skonfigurowane układy belek i przegubów. W drugim mechanizmie ramy paneli fotowoltaicznych są równolegle mocowane na słupach ekranów i są odpowiednio ustawiane z użyciem silników oraz wałów napędowych i przekładni kątowych. Wykorzystywane są także siłowniki i układy belek z przegubami kulowymi.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL442010A1 znany jest mechanizm pozycjonujący ramę, zwłaszcza panelu fotowoltaicznego posiadający ramę nośną, prowadnicę, silnik napędzający. Charakteryzuje się on tym, że składa się z pionowego słupa, który pierwszym końcem zamocowany jest do podłoża, a na drugim jego końcu zamocowana jest za pomocą przegubu kulowego tuleja, w której znajduje się przesuwnie osadzony pręt prowadzący zamocowany końcami do ramy nośnej, do której jednego z boków zainstalowany jest wózek napędowy sprzężony z zamocowaną do podłoża wyprofilowaną prowadnicą.

Problem techniczny polega na opracowaniu mechanizmu pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych, który w stosunku do rozwiązania z dokumentu PL442010A1 umożliwia zwiększenie precyzji ruchu, poprawę stabilności konstrukcji oraz zmniejszenie zużycia elementów przegubowych poprzez zastosowanie prowadnicy liniowej współpracującej z prętem przesuwnym.

W przedmiotowym rozwiązaniu poprzez określenie rama nośna rozumiany jest prętowy układ konstrukcyjny, w którem pręty są sztywno połączone ze sobą końcami.

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych, posiadający pionowy słup zamocowany do przytwierdzonej do podłoża podstawy. Na końcu słupa znajduje się przegub kulowy, do którego przymocowana jest rama nośna. Pośrednio do ramy nośnej zamocowany jest wózek napędowy, którego koła ułożone są na wygiętej w łuk wyprofilowanej prowadnicy, której końce przymocowane są do podłoża symetrycznie po obydwóch stronach słupa. Istotą mechanizmu jest to, że w ramie nośnej zamontowana jest prowadnica liniowa, z umieszczonym w niej przesuwnie prętem, do którego końca znajdującego się poza obszarem ramy nośnej zamocowany jest wózek napędowy.

Wskazane jest, gdy kołami wózka napędowego są trzy rolki, których osie znajdują się w wierzchołkach trójkąta równoramiennego. Pierwsza rolka jest rolką napędową, a pozostałe dwie rolki są rolkami dociskowymi. Pierwsza rolka sprzężona jest z wałem silnika napędzającego zamocowanego przesuwnie na wózku napędowym z wykorzystaniem prowadnic ślizgowych i sprężyny. Wał silnika napędzającego umieszczony jest w otworze prowadzącym w wózku napędowym.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że dzięki mechanizmowi do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej paneli fotowoltaicznych możliwa jest efektywniejsza konwersja promieniowania słonecznego na energię elektryczną niż w przypadku paneli nieruchomych.

Mechanizm według wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - widok perspektywiczny mechanizmu z góry i z boku w pozycji środkowej,

Fig. 2 - widok perspektywiczny mechanizmu z góry i z boku w pozycji skrajnej,

Fig. 3 - widok perspektywiczny mechanizmu z przodu i z boku w pozycji środkowej,

Fig. 4 - widok perspektywiczny mechanizmu z przodu i z boku w pozycji skrajnej,

Fig. 5 - szczegół ułożenia wózka napędowego na prowadnicy w widoku z przodu w pozycji skrajnej, Fig. 6 - szczegół ułożenia wózka napędowego na prowadnicy w widoku perspektywicznym z tyłu i z dołu, Fig. 7 - rozstawienie osi kół wózka napędowego i otworu prowadzącego.

Mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych posiadający pionowy słup 1 zamocowany do przytwierdzonej do podłoża podstawy, na którego końcu znajduje się przegub 2, do którego przymocowana jest rama nośna 3 w przykładzie wykonania składa się z pionowego słupa 1 w postaci stalowej rury o średnicy 9 cm i wysokości 190 cm. Słup ten zamocowany jest dolnym końcem do przytwierdzonej do podłoża podstawy. Na górnym końcu słupa 1 znajduje się przegub 2 kulowy, który przymocowany jest do ramy nośnej 3. Punkt przymocowania przegubu znajduje się w ¾ długości środkowej belki ramy nośnej 3. Ramę nośną 3 tworzą wykonane z duralu PA25 belki o przekroju kwadratowym 5x5 cm. Rama ta ma zarys kwadratu, w którym środki dwóch przeciwległych boków połączone są belką środkową. Na bardziej oddalonym od przegubu 2 końcu środkowej belki, od jej dołu, zamocowana jest prowadnica liniowa 4, w której umieszczony jest przesuwnie stalowy pręt 5 o kwadratowym przekroju 3,5x3,5 cm. Do końca pręta 5 znajdującego się poza obrębem ramy nośnej 3 zamocowany jest wózek napędowy 6. Koła wózka napędowego 6 ułożone są na wygiętej w łuk wyprofilowanej prowadnicy 7, której końce zamocowane są do podłoża symetrycznie po obydwóch stronach słupa 1. Prowadnicą 7 jest stalowa rura o średnicy 5 cm wygięta i ustawiona w taki sposób, że największa jej wysokość nad podłożem jest w kierunku południowym i wysokość ta równomiernie maleje w kierunku wschodnim i zachodnim do miejsc zamocowania prowadnicy 7 do podłoża. Kołami wózka napędowego 6 są trzy rolki 8.1, 8.2, 8.3, których osie znajdują się w wierzchołkach trójkąta równoramiennego. Pierwsza rolka 8.1 jest rolką napędową i znajduje się od dołu prowadnicy 7, a pozostałe dwie rolki 8.2, 8.3 są rolkami dociskowymi i znajdują się od góry prowadnicy 7. Pierwsza rolka 8.1 sprzężona jest z wałem silnika napędzającego 9, którym jest silnik krokowy. Silnik napędzający 9 zamocowany jest przesuwnie na wózku napędowym 6 poprzez prowadnice ślizgowe 10 umiejscowione po obydwu stronach tego silnika z wykorzystaniem sprężyny 11 do jego pozycjonowania. Wał silnika napędzającego 9 umieszczony jest w otworze prowadzącym 6.1 wykonanym w wózku napędowym 6. Silnik napędzający 9 połączony jest z modułem sterująco-zasilającym, w którego skład wchodzi między innymi sterownik. Do modułu sterująco-zasilającego podłączony jest także czujnik natężenia oświetlenia kierunkowego. Do ramy nośnej 3 przymocowane są dwa panele fotowoltaiczne.

Działanie mechanizmu do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych polega na tym, że moduł sterująco-zasilający steruje ustawieniem ramy nośnej w oparciu o mechanizm zegarowy, tak aby uzysk energii elektrycznej o każdej porze dnia i roku, przy danych warunkach nasłonecznienia był jak największy. Odbywa się to w ten sposób, że moduł sterująco-zasilający sterując pracą silnika napędzającego 9 powoduje odpowiednie przesunięcie pierwszej rolki 8.1, a tym samym rolek 8.2 i 8.3 wózka napędowego 6 na prowadnicy 7. Konsekwencją tego ruchu jest przemieszczenie wózka napędowego 6 i ramy nośnej 3 wraz z zamontowanymi panelami fotowoltaicznymi. Przemieszczanie to jest możliwe dzięki obrotom w trzech osiach przegubu 2. Zmiany odległości prowadnicy 7 od pionowego słupa 1 kompensowane są przesunięciami pręta 5 w prowadnicy liniowej 4. W ciągu dnia wynikiem ciągłego przemieszczania wózka napędowego 6 na prowadnicy 7 jest rano podnoszenie, w południe ustawienie w pozycji najwyższej na prowadnicy 7, a po południu opuszczanie dolnego boku ramy nośnej 3 z panelami fotowoltaicznymi ustawiając je optymalnie względem kierunku padających promieni słonecznych. To optymalne pozycjonowanie paneli fotowoltaicznych odbywa się zgodnie z zaprogramowanymi danymi dla zmian położenia słońca nad horyzontem w ciągu dnia i w różnych porach roku. Dodatkowo uwzględniane są sygnały z czujnika natężenia oświetlenia kierunkowego, które przekazywane są do modułu sterująco-zasilającego.

Wykaz oznaczeń

- słup

- przegub

- rama nośna

- prowadnica liniowa

- pręt

- wózek napędowy

6.1 - otwór prowadzący

- prowadnica .1,8.2, 8.3 - rolka

- silnik napędzający

- prowadnica ślizgowa

- sprężyna

Claims (2)

1. Mechanizm do optymalnego pozycjonowania ramy nośnej, zwłaszcza paneli fotowoltaicznych posiadający pionowy słup (1) zamocowany do przytwierdzonej do podłoża podstawy, przy czym na końcu słupa znajduje się przegub kulowy (2), do którego przymocowana jest rama nośna (3), przy czym pośrednio do ramy nośnej (3) zamocowany jest wózek napędowy (6), którego koła ułożone są na wygiętej w łuk wyprofilowanej prowadnicy (7), zaś jej końce przymocowane są do podłoża symetrycznie po obydwóch stronach słupa (1), znamienny tym, że w ramie nośnej (3) zamontowana jest prowadnica liniowa (4), z umieszczonym w niej przesuwnie prętem (5), do którego końca znajdującego się poza obszarem ramy nośnej (3) zamocowany jest wózek napędowy (6).

2. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że kołami wózka napędowego (6) są trzy rolki (8.1, 8.2, 8.3), których osie znajdują się w wierzchołkach trójkąta równoramiennego, przy czym pierwsza rolka (8.1) jest rolką napędową, a pozostałe dwie rolki (8.2, 8.3) są rolkami dociskowymi tudzież pierwsza rolka (8.1) sprzężona jest z wałem silnika napędzającego (9) zamocowanego przesuwnie na wózku napędowym (6) z wykorzystaniem prowadnic ślizgowych (10) i sprężyny (11), zaś wał silnika napędzającego (9) umieszczony jest w otworze prowadzącym (6.1) w wózku napędowym (6).