SE530403C2 - Givare för bestämning av riktning till solen - Google Patents

Description

40 530 403 snabba motorbåtar, husvagnar och husbilar.

Solföljaren är unik i bl a följande avseenden: - den ingående givarens konstruktion och att den låser på solen. - att solfölj aren kan användas på mobila enheter som båtar, husvagnar, husbilar m.m - att solföljaren med solpanel arbetar utan yttre anslutning av energi. - att den har en superkondensator för energilagring över natten. - slirkopplingar som skydd mot stormar. - att i givaren finns en solfilm, vilket ger speciella fördelar. - att en triggerfurilction används för att få extremt snabb inställning.

Solföljaranordningen kan modifieras för att styra en spegel, Varigßlwm ÜUSIIeÖSIäPPCt i ett 11.115' schakt kan mångdubblas. Fördelarna med att använda ljusschakt ökas därigenom kraftigt. Med hjälp av en spegel, som styrs av solföljaren, kommer sålunda solstrålningen eller allmänt ljus från det område, som är ljusast på hiinleri, att speglas ned i ljusschaktet under hela dagen, från morgon till kväll. I många länder når inte solen så högt på himlen, att solstrålningen vid någon tidpunkt på dagen kan gå direkt ned i schaktet. I de länder, i vilka solstrålningen kan gå direkt ned i schaktet, befinner sig solen ovanför schaktet endast en kort stund.

Det inses lätt, att solföljaranordning med tillhörande givare enkelt kan modifieras till att följa en källa eller ett strålningsinål, som avger strålning av något slag. Endast de ljuskänsliga sensorcellerna i givaren behöver utbytas mot andra sensorelement, som i stället detekterar intensiteten hos denna strål- ning. Sådana strålningskälla kan exempelvis vara en satellit, som utsänder mikrovågor. Sensorelernen- ten utbyts då mot lämpliga mikrovågssensorer och anordningen kan då användas fór att rikta en reflek- tor mot satelliten.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas i form av ej begränsande utföringsexempel i sarnband med bifo- gade ritningar, i vilka: - Fig. lär envy från sidan av en givare, - Fig. 2 är en frontvy av givaren i fig. 1, - Fig. 3 är ett förenklat kopplingsschema för styrning av inställning en solpanel med hjälp av givaren en- ligt fig. 1 och 2, - Fig. 4 - 6 är schematiska bilder som visar givarens ftmktion vid belysning från olika håll, - Fig. 7 - 9 är foton av en solpanel med monterad givare sedd fiarriifiån, fiån sidan resp. bakifrån, - F ig. 10 är ett foto av en solpanel med monterad givare och med vridningsmekanism, - Fig. 11 är ett foto liknande fig. 10 men taget fiån motsatt sida, som visar detaljer i vridningsmekanis- men, - Fig. 12 är en bild, som visar en solpanel monterad på en husgavel, - F ig. 13 är en bild som visar en solpanel monterad på en båt, - Fig. 14 är en sidovy av ett rör för en givare, som har en i själva röret utformad reflektor, - Fig. 15 - 16 är sidovyer av en anordning för solspegling med en spegel inställd för reflektion av hon'- sontellt resp. vertikalt infallande ljus, - Fig. 17 - 18 är en sidovy resp. en vy underifrån av en låda för elektroniska styrkretsar och motorer för 530 403 en anordning för solspegling enligt fig. 15 - 16. och - Fig. 19 är en sidovy av en solpanel med solfölj are.

DETALJERAD BESKRIVNING Mekanisk uppbyggnad av solfölj' aren Solföljaren innefattar en metallåda omgiven av en vattentät plastlåda. Dessa båda lådor kallas ne- dan för ”1ådan”. Ut från lådan 1 går två axlar, en 3 för vridning i sidled och en 5 för vridning ihöjdled, se fig. 10, 1 1 och 19. Vridningen sker med hjälp av elektriska motorer monterade inuti lådan. På den ut- gående höjdledsaxeln sitter ett kugghjul 7, som via en kuggkrans 9 på ett cirkelsektorsformat plåtstycke 11 vrider en ovanpå lådan liggande rostfii axel eller stång 13 lagrad i två glidlager av plast placerade i lagerbockar 15 fästa på lådans översida. Vid stången 13 är en fästanordning 15 fast monterad innefat- tande två aluminiumprofiler 17, vid vilken t.ex. en solcellspanel, ej visad i dessa figurer, kan skruvas fast. Givaren/ sensom 21, som avkänner var solen befinner sig, är fäst invid solcellspanelens överkant, såsom på lämpligt ställe vid fästanordningen 15. Axeln 3 för vridning i sidled, som går lodrätt nedåt fiån lådans 1 undersida, är ett kullagrat rör, som vid sin fiia ände monteras fast på önskat ställe, t.ex. ett båt- täcke, se fig. 13, eller vid toppen av en husgavel, se fig. 12. I dessa figurer visas också själva solpanelen 23. Lådan 1 vrider sig sålunda runt röret eller axeln 3. För att uppnå vattentäthet är de från lådan utgåen- de axlarna 3, 5 tätade med radialtätiiingar.

Inuti lådan 1 finns sålunda två elektriska motorer med växellådor, en enhet för varje utgående ax- el. Växellådoma har olika utväxlingsfórhållanden anpassade för sina uppgifter. Utväxlingen för vrid- ning i höjdled är betydligt större, eftersom det i detta utförande går åt mer kraft att vrida en panel i höjd- led än i sidled.

Solföljaren är stonnsäker. På växellådornas utgående axlar, inuti lådan, firms slirkopplingar, ej vi- sade, monterade. Slirkopplingarna firms för att låta respektive axel ”slira”, när belastningen på grund av kastvindar och stormbyar blir för stor. Elektroniken ser till, att solfölj aren omgående ställer in sig i rikt- ning mot solen igen efter en vindby.

Genom en mekanisk anordning innefattande roterande glidkontakter, ej visade, som sitter inuti lå- dan 1 och som via ledningar ger elektrisk förbindning med exempelvis ett batteri, och elektronikens konstruktion, kan solföljaren vrida sig åt alla håll, så att den kan alltså även kan gå motsols, dvs backa.

Detta gör, att man kan använda solföljaren på en båt, som ju kan styras åt alla håll. Om vidare solen skulle vara skymd av mohi, och det skulle vara klart öster om solen, ställer solföljaren in sig på det sena- re området, som då är det ljusaste på himlen.

I lådan 1 finns alltså de för styrning av solföljaren erforderliga elektroniska kretsarna, ingjutna i plast och omgiven av en plåtkåpa, Faradays bur, för att klara hårda míljöpåfirestriingar som fukt, tempe- ratur, vibrationer, elektriska ESD och RFI-störningar.

Mekanisk uppbyggnæ av givaren/sensom De elektroniska kretsarna i givaren, sensor eller detektom 21 är även den ingjuten och elektriskt avskärmad.

Givaren 21, se fig. 1 - 2, 4 - 6, innefattar ett genomskinligt runt eller fyrkantigt rör 25 med lämplig längd såsom cza 15 cm. 1 röret finns fyra sensorelernent 27 eller ljuskänsliga celler, som känner av den 40 infallande ljusstyrkan uppifiån, nedifiån, från vänster och från höger om givarens längsgående centrum- 530 403 axel 29. Genom givarröret 15, i dettas längdriktning och åtminstone i dettas tiärnre ände, löper en kryss- formad mattsvart plastprofil 31, som har ett tvärsnitt symmetriskt kring sin längdaxel. Tvärsnittet är allt- så formen av ett syrnrnetriskt kors. Kryssprofilen 31 fungerar som ljusavskämining för resp. sensorele- ment 27, d.v.s. upp-sensorcellen 27u skall bara kunna utsättas för ljus uppifrån, ned-sensorcellen 27n nedifrån, o.s.v. I den ena änden av röret 25 sitter ett smalt ingjutet ledningskort 33 med elektroniska kretsar, som tar hand om signalerna från sensorelementen 27 och skickar information via en skärmad kabel 35 till de elektroniska styrkretsarna i lådan 1. Dessa signaler anger, om det är ljusast uppåt eller nedåt och till vänster eller höger om detektom 21.

Exempel: Om utgångsläget är en tidig morgon, innan solen gått upp, har solfölj aren kvällen innan ställt sig mot solnedgången och stannat i den riktningen, avstängd över natten, se fig. 4. Så fort det blir tillräckligt ljust på morgonen, startar solföljaren och vrider sig mot soluppgången. Vänster sensorcell 27v i givaren 21 blir nu kraftigast belyst, om dagen är kortare än 12 timmar, annars höger sensorcell 27h, vilket ger information till de elektroniska styrkretsarna att starta motom för vridning i sidled och vrida soltöljaren och dänned solpanelen 23 och givaren 21 till vänster. När givaren/solíöljaren har vri- dits och pekar mot solen, blir vänster och höger sensorelement 27v, 27h lika starkt belysta, varvid sid- ledsmotorn stoppar. Solíöljaren är nu rnitt för solen i sidled och en paustid eller tördröjningstid startar. I höjdled blir det just nu ingen rörelse, eftersom solhöjden vid Solnedgång och soluppgång är densamma.

Efter en stund har solen forflyttat sig till höger och uppåt. Den högra sensorcellen 27h resp. upp-sensom 27u blir nu kraftigast belysta Sidledsmotom startar, sedan paustiden gått ut, och vrider solfóljaren till höger, tills lika belysning av sidledssensorelernenten 27v, 27h har uppnåtts. Höjdledsmotom vrider sol- fóljaren uppåt, i höjdled, se fig. 5, tills höjdsensorelernenten 27n, 27u är lika belysta. Solfóljaren är nu mitt för solen i både sidled och höjdled och stannari detta läge, paustiden startar o.s.v.

När givaren 21 pekar exakt mot solen, såsom visas i fig. 5, detekteras en större andel ljus av ljusstrålningen jämfört med läget innan, s.k. relativ optisk förstärkning, tack vare en speciell konstruk- tion av givaren. Denna förstärkning är till stor fördel, genom att soltöljaren ”låser” på solen och oönska- de ljusreflexer från omgivningen blir av ringa betydelse i detta läge. Förstärkningen åstadkommes med hjälp av en rtuit givarens 21 rör 25 anbringad reflektorring 37, som speglar den direkta solstrålningen till sensorelernenten 27. Detta inträffar bara, när givaren står exakt mitt för solen eller den ljusaste delen av himlen i både sid- och höjdled. Reflektorringen 37 har en reflekterande yta 39, vilken utgör mantelytan av en stympad cirkulär kon med lärnplig toppvinkel, såsom något mindre än 90°, och alltså reflekterar ljus inkommande parallellt med längdaxeln 29 mot sensorcellema 27, exempelvis i en riktning, som är nära vinkelrätt mot axeln 29 och allmänt kan bilda en vinkel av mellan 75 och 105° med axeln.

Eftersom givaren 21 alltid pekar mot solen, fifån morgon till kväll, vilket år mycket tufft, är det viktigt att skydda givaren mot skadliga verkningar. Sålunda är givarröret 25 på sin insida klätt med sol- fihn 41. Solfilrnen anpassar den ljusstyrka, som träffar sensorcellenra 27, så att dessa inte bottnar, d.v.s. inte överskrider sitt verksamma område, i direkt solljus. Solfilmen filtrerar även bort 97 % av infallande UV-ljus, som kan ha en skadlig effekt på optiska komponenter och material. Temperaturen hålls också på en relativt låg nivå, genom att solfilmen 41 reflekterar bort 60 % av inkommande värmestrålning.

Solfihnen 41 är metalliserad och firngerar därigenom också som en Faradays bur, d.v.s den skärmar av 40 elektriska störningar och skyddar mot statisk elektricitet. 40 530 403 Vid toppen av givarröret 25 sitter en liten konvex spegel 43, som reflekterar bort det mesta av oönskad direkt solstråhiing.

Sensorcellerna 27 kan som visas vara belägna ungefär vid mitten av röret 25 taget i dettas längd- riktníng, så att de befinner sig tämligen nära elektronikenheterrs 33 främre ände. Kammare för varje sen- sorcell 27 bildas vid givarens fi^ämre ände av röret 25 tillsammans med den avskärrnande kryssprofilen 31, vilka vid den främre änden tillsluts av spegeln 43 och vid den bakre änden av elektronikenheten 33.

Sensorcellerna 27 sitter monterade längst in i de vinklar, som bildas av kryssprofilens 31 sidodelar, och är via ledningar, ej visade, förbundna med elektronikenheten 33.

Reflektorringen 37 kan ersättas av en speglande yta 43 vid en omkretsgående urtagning 45 i röret , se fig. 14.

Elektrisk funktion hos solfölj aren De elektroniska kretsarna för solföljaren, se kopplingsschemat i fig. 3, arbetar utan fönsterdiskri- rninator och kan därför, om så behövs, ställa in solfölj aren extremt snabbt mot målet. I stället används komparatorer, en för inställning i sidled och en för höjdled. Paustiden är ställbar från 0 och upp till så lång tid, som är önskvärt. Den ställbara paustiden triggas både på stigande och fallande flarrk hos signa- len erhållen från komparatorn, vilket skall jämföras med en fönsterdiskrinrinator, som har ett overksarnt område vid lika belysning av sensorcellerna.

Solföljaren kan vid solpanelanvändning arbeta helt utan yttre tillförsel av elektrisk energi/ström.

Inga batterier behövs. Under dagen lagras sålunda energi hämtad fiån solpanelen i en superkondensator, ej visad. En superkonderrsator kan laddas ett obegränsat antal gånger till skillnad från ett batteri.

Vid skymning stängs strömförbrukningen av.

Vid soluppgången känner en sensor, ej visad, driven av superkondensatom, att rätt eller tillräcklig belysning är uppnådd, varefter energi tas fiån superkondensatom för att driva solföljarens motorer för inställning mot solen/det ljusaste området.

Först när solföljaren är riktad mot solen, i både sid- och höjdled, inkopplas belastningen, dvs eriergiförbrukaren, för drivning av någon anordning eller lagring av energi.

En omkopplare, ej visad, kan finnas för att ställa solföljaren i planläge, när detta är önskvärt, så- som för att minimera luftrnotståndet vid färd Solspegling När solföfiaren används för solspeglirrg för att leda ned ljus i ett Schakt, monteras den upp-och- ned jämfört med solföljning med solpanel, se fig. 15 - 16. Endast mekanisrnen för höjdledsvridning be- höver modifieras jänifört med konstruktionen ovan. Tre ytterligare kugghjul 51, 53, 55 är placerade i anslutning till den ena lagerbocken 15' på lådan 1. Dessutom är också en extra axel 57 för givaren 21 lagrad i lagerbockama 15', se fig. 17 - 18. Det större kugghjulet 51 är styvt fäst vid ordinarie axel 13, som i detta fall är axeln för vridning av spegeln 59 för virrkelirrställning i höjdled. Spegeln 59 kan vara fastgiord vid höjdledsaxeln 13 med hjälp av fästen 61. Givaraxeln 57 uppbär kugghjulet 55, som är hälf- ten så stort som kugghjulet 51 på spegelaxeln. Mellan dessa kugghjul finns ytterligare ett kugghjul 53, kallat mellankugghjul, fäst på en kort axel, lagrad i den en lagerbocken 15'. Detta kugghjul 53 ger rätt rotationsriktning för givaraxeln 67. Axlarna 13 och 57 skall vrida sig åt samma håll, men givaraxeln 57 skall gå dubbelt så fort som spegelaxeln 13. Utväxlingsfórhållandet är alltså 1:2. När givaraxeln rört sig 530 403 90°, har spegelaxeln sålunda rört sig 45°, jäxrrfór fig. 15 - 16. Strålgången fór solstrålrmíngen framgår av fig. 15 - 16.

Montering av solfóljaren sker med Lex. en bygel över ljusschaktet. För övrigt gäller samma funk- tioner som för solfoljare för solpanel/ solfångare.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 530 403 -1 IL, PATENTKRAV

1. Givare (21) fór att avkärma strålning innefattande strålningskärisliga element (27), varvid två av . de strålningskärisliga elementen (27) är anbragta rnittfór varandra, på motsatta sidor .av en skilj evägg el- z ler uppdelande-struktur (31) och vid en rnittlirrje hos skifieväggen eller den uppdelande strukturen; såtatt t' ett uppdelande plan genom skilj eväggen eller den uppdelande strukturen avgränsar eller uppdelar rym- den i två-komplementåra delar och vart och ett av de strålningskänsliga elementen (27) kan avkånna strålning från åtminstone det parti eller sektor av resp. del av rymden, som ligger omkring ett plan, V11- i ket är vinkelrätt mot skiljeväggen eller den uppdelande strukturen (31) och går genomskiljeväggens el- ler den uppdelande strukturens iriittlinje, så att dessa partier eller sektorer är symmetriskt anordnade i förhållande till det uppdelande planet, kännetecknad av en refleldoranordning (3 7), vilken är anbragt kring skiljeväggen eller den uppdelande strukturen (31) för reflektion av strålning, som -inkornmeri en riktning parallell med en längd- eller rnittaxel hos givaren, mot de strålningskänsliga elementen (27)-

2. Givare (21) enligt krav 1, kännetecknad av att reflelctoranordningen (3 7) är en reflektorring.

3. Givare (21) enligt krav 2, kännetecknad av att reflektorringen (37) har en reflekterande yta (3 9), vilken utgör mantelytan av en styrnpad cirkulär kon "

4. Givare (21) enligt något av krav l - 3, kännetecknad av en konvex spegel (43) anbragt vid ' toppen av skiljeväggen eller den uppdelande strukturen (31) för bortreflektion av mot de strålningskäns- liga elementen (27) infallande direkt strålning från ett strålningsutsändande mål, när givarens längd- el- ler niittaxel är riktad mot det strålningsutsândande målet.

5. Givare (21) enligt något av laav 1 - 4, kännetecknad av ett för strålningen genomskinligt gi- varrör (25), som omsluter skiljeväggen eller den uppdelande strukturen (31) och på sin insida är klätt med film (41) för anpassning av styrkan hos den strålning, vilken kan träffa de strålningskärisliga ele- menten (27). i

6. Givare (21) enligt krav 5, kännetecknad av att de strålningskärtsliga elementen (27) är belägna väsentligen vid rnitten av givarröret (25) taget i dettas längdriktning.

7. Givare (21) enligt något av krav 5 - 6, kännetecknad av att givarröret (25) tillsammans med skiljeväggeneller den uppdelande strukturen (31) bildar kammare lör vart och ett av de strålningskänsli- ga elementen (27), vilka kammare vid en främre ände är tillslutna av en spegel (43) och vid en bakre än- de av en elektronikenhet (3 3).

8. Givare (21) enligt något av krav 1 - 7, kännetecknad av att den innefattar fyra strålningskäns- liga element (27), att skiljeväggen eller den uppdelande strukturen (31) utgörs av en g profil med syrnrnetriskt korsliknande tvärsnitt med fyra korsarmar och att vart och ett av de strålningskärisli ga ele- i utrymmen, som bildas av profilens menten (27) är placerat vid profilens rnittaxel i vart och ett av de sidor, vilka motsvarar korsarmama. i

9. Givare (21) enligt något av krav 1 - 8, kännetecknad av att signalerna från två motstående. strålningskänsliga element (27) leds till en komparator, vilkens utgång är kopplad till en första krets »för triggning på stigande flank och till en andra krets fór triggning på avtagande flank, för avgivande av sig- naler för styrning av en riktande anordning.

10. Användning av en givare enligt något av krav l - 9 i en anordning tör att rikta en mottagare 530 1103 mot ett strålningsutsändande mål för mottagning av största möjliga mängd strålning fiån det strålnings- utsäildande målet. . - “ e

11. ll. Användning av en givare enligt något av kmv l ~. 9 i en anordning för att rikta en reflektor för , reflektion av största möjliga mängd strålning från ett strålningsutsändande mål mot en mottagare.