WO2002002995A2

WO2002002995A2 - Anlage zur nutzung von solarenergie

Info

Publication number: WO2002002995A2
Application number: PCT/EP2001/007211
Authority: WO
Inventors: Friedrich FÜNGER; Reinhold Kappenstein; Livien Ven; Jacques De Lalaing
Original assignee: Bayer Aktiengesellschaft; Suria Holdings S.A.R.L
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2002-01-10
Also published as: WO2002002995A3; TNSN01099A1; AR029580A1; AU2001269089A1; US20020078945A1; US6543441B2; DE10032882A1

Abstract

Es wird eine Anlage zur Nutzung von Solarenergie auf Basis einer Spiegelkonstruktion mit einer Vielzahl von beweglichen, insbesondere parallel nebeneinander angeordneten, dem Sonnenstand nach ausrichtbaren Spiegeln (3) beschrieben, die auf Trägern (10, 10') befestigt sind, wenigstens einem insbesondere stationären Kollektor (14) zur Aufnahme der von den Spiegeln (3) reflektierten Strahlung, mit einem Antriebsmittel zur Rotation der Spiegel (3) und Träger (10, 10') um die Spiegel (3) so auszurichten, dass die auf die Spiegel auftreffende Sonnenstrahlung auf den Kollektor (14) reflektiert wird, und einer die vorgenannten Teile tragenden Rahmenkonstruktion (15) dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (3) eines Trägers (10) so um eine Rotationsachse (parallel zur Längsausdehnung der Spiegel) drehbar gelagert sind, dass sich die Gewichtskraft der Spiegel (3) und die Gewichtskraft des Trägers (10) in jeder Stellung um die Drehachse annähernd im Gleichgewicht befinden.

Description

Anlaqe zur Nutzung von Solarenergie

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Solarenergie, die im wesent- liehen aus einer Spiegelkonstruktion mit einer Vielzahl von Reflektorspiegeln und

Wärmetauschersammeirohren besteht, auf denen die Strahlungsenergie der Sonne gebündelt wird.

Eine solche Anlage, auch als Solarthermieanlage bezeichnet, ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift WO 99/42765 bekannt. Bei der bekannten Anlage stehen sich auf einem Rahmen eine bewegliche Spiegelkonstruktion und wenigstens ein Kollektorrohr, das parallel zu den Spiegelkonstruktionen angeordnet ist, gegenüber. Die Sonnenstrahlung wird von einer Mehrzahl von unterhalb des Kollektors angeordneten flachen Spiegeln, die jeweils im geeigneten Winkel zur einfallenden Sonnenstrahlung angeordnet sind, auf den Kollektor geleitet. Die einzelnen Flachspiegel sind dabei über eine Spiegelhalterung mit einem Antrieb verbunden, der die Spiegel dem Sonnenstand nachfolgend automatisch nachführt. Die aus der WO 99/42765 bekannte Solarthermieanlage weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die in der Offenlegungsschrift gezeigte schematische Anordnung des Antriebs der Spiegelhalterung lässt die in der Praxis geforderte Präzision eines solchen Antriebs nicht erkennen. Bei den typischerweise bis zu 200 m langen Trägern für die flachen Spiegel ist nämlich von einer maximal zulässigen Abweichung der Spiegelausrichtung von wünschenswerterweise + 0,1° bezüglich des optimalen Reflexionswinkels auszugehen.

Des weiteren verursacht das Gewicht der Spiegel je nach Konstruktionsweise eine enorme Gewichtskraft die auf den Antrieb der Spiegelhalterung wirkt und sich ändert je nach Abhängigkeit der Position der Spiegel zum Träger der Spiegelhalterung.

Bei der Anwendung der Solarthermieanlage in einer Außenumgebung mit Wüstenklima besteht ein besonderer Bedarf die bewegten Teile der Anlage einerseits hinsichtlich Temperaturschwankungen präzise auszulegen. Andererseits sollen bewegte Teile und andere Teile den Belastungen durch Staub und Sand, insbesondere bei Walzen- und Rollenteilen der Anlage standhalten. Insbesondere sollte es möglich sein die Walzenlager schmierungsfrei auszugestalten, da der feine Sand zur Verklebung des Schmiermittels führen kann. Es sollte ferner möglich sein, die Reibung in den Lagern durch Auswahl geeigneter Werkstoffe zu vermindern.

Während andere bekannte Anlagen zur Nutzung von Solarenergie beispielsweise eine Spiegelkonstruktion auf großen parabolförmigen großflächigen Reflektorelementen aufweisen, basiert die nachfolgend beschriebene Solarthermieanlage auf flachen kleinflächigen Spiegelelementen.

Wie beschrieben haben aber Träger und Spiegelelemente ein erhebliches Gewicht, so dass es großer Kräfte bedarf um bei den in ihrer Länge bis zu 200 m und mehr ausgedehnten Spiegelträgern eine Auslenkung der Spiegel zu erreichen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die entlang der Spiegelträger angeordneten Lager für die Drehung der Spiegelträger so auszulegen, dass sie die durch die Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht entstehende Wärmeausdehnung ausgleichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage zur Nutzung von

Solarenergie entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Nutzung von Solarenergie auf Basis einer Spiegelkonstruktion mit einer Vielzahl von beweglichen, insbesondere parallel nebeneinander angeordneten, dem Sonnenstand nach ausrichtbaren Spiegeln die auf Trägern befestigt sind, wenigstens einem insbesondere stationären Kollektor zur Aufnahme der von den Spiegeln reflektierten Strahlung, mit einem Antriebsmittel zur Rotation der Spiegel und Träger um die Spiegel so auszurichten, dass die auf die Spiegel auftreffende Sonnenstrahlung auf den Kollektor reflektiert wird, und einer die vorgenannten Teile tragenden Rahmenkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel eines Trägers so um eine Rotationsachse (parallel zur Längsausdehnung der Spiegel) drehbar gelagert sind, dass sich die Gewichtskraft der Spiegel und die Gewichtskraft des Trägers in jeder Stellung um die Drehachse annähernd im Gleichgewicht befinden.

Eine bevorzugte Ausführung der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung durch mehrere Walzenlager gebildet werden, die mit dem Träger für die

Spiegel verbunden sind.

Der Träger weist insbesondere einen runden Querschnitt auf, und ist insbesondere bevorzugt ein Rohrprofil.

Der Träger ist ganz besonders bevorzugt in der Walze des Walzenlagers exzentrisch angeordnet.

Werden wenige Befestigungsmittel zur Montage der Spiegel auf dem Träger verwendet, so hat es sich als hilfreich erwiesen, zusätzliche Schwingungs- dämpfungsmittel (Zwischenlage aus Moosgummi oder Polyurethanschaum) zwischen den Spiegeln und dem Träger anzubringen um ein Flattern der Spiegel bei wechselndem Winddruck und ein Brechen der Spiegel zu verhindern. Dem Fachmann ist die Berechnung der zur Dämpfung notwendigen Shore-Härte des Dämpfungsmaterials ohne weiteres geläufig.

An der Walze und an dem Rollenträgerbereich ist vorzugsweise ein Kalibriermittel angebracht, insbesondere in Form wenigstens zwei gegenüberliegender Nuten, in die ein Stift oder eine Feder eingesteckt werden kann, um die Walze bei der Montage in ihrer Position eindeutig vorübergehend zu fixieren. Auf diese Weise können alle Walzen in ihrer Ruheposition aufgesetzt und mit den Trägern verbunden werden.

Das Walzenlager ist in einer vorteilhaften Variante wenigstens aus einem Fuß, verbunden mit einem Rollenträgerbereich mit einer konkaven Formgebung, insbesondere mit der geometrischen Form eines Kreisabschnitts gebildet, wobei auf dem Umfang des Rollenträgerbereiches mehrere, insbesondere mindestens sechs Rollenbuchsen verteilt positioniert sind, in denen freilaufende Rollen angeordnet sind, die die Walze mit den Spiegelträgern tragen. Das Antriebsmittel für die Spiegel ist bevorzugt gegenüber den von den Spiegeln oder Trägern auf das Antriebsmittel wirkenden Kräften selbstsperrend ausgeführt.

Besonders bevorzugt ist als Antriebsmittel mindestens eine mit einem Antriebsmotor direkt oder indirekt verbundene Kombination von Schnecke und Zahnscheibe vorgesehen, wobei die Zahlscheibe mit dem Träger oder mit einer Walze direkt verbunden ist. Insbesondere liegt dabei die Zahnscheibe auf der Schnecke spielfrei auf.

Die Antriebsschnecke wird bevorzugt bei der Montage gegen die Zahnscheibe angehoben um ein Spiel zwischen der Zahnscheibe und der Antriebsschnecke zu vermeiden. Dies hätte Abweichungen der Spiegelposition von der Ideallage zur Folge.

Die Rollenbuchsen sind insbesondere zur Walzenachse gesehen offen angeordnet, so dass die Rollen in Richtung der Walzenachse entnehmbar sind.

Die Rollen sind in einer bevorzugten Ausführung mit den Rollenbuchsen des Rollenträgerbereichs durch eine Schnappverbindung gehalten bzw. bilden mit den

Rollenbuchsen des Rollenträgerbereichs eine Schnappverbindung. Hierdurch wird eine lösbare Fixierung der Rollen in den Buchsen erreicht.

Die Kurvatur des Rollenträgerbereichs bildet besonders bevorzugt einen Halbkreis.

Die Rollen sind insbesondere unsymmetrisch auf dem Umfang des Rollenträgerbereichs angeordnet.

Besonders bevorzugt sind im unteren Bereich des Rollenträgerbereichs mehr Rollen auf dem Umfangsabschnitt verteilt als in den oberen Abschnitten, um im unteren Bereich eine höhere Tragfähigkeit zu erhalten. Mindestens zwei gegenüberliegende Rollen stützen die Walze in einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung am oberen Teil des Rollenträgerbereichs seitlich ab.

Das Walzenlager ist bevorzugt als offene Rahmenkonstruktion ausgebildet. Diese

Konstruktionsweise vereinfacht das Freilegen und Säubern der Konstruktion und lässt auf einfachere Weise beim Einsatz der Anlage in Wüstengegenden Sand durch.

Zur Verbesserung der Kraftaufnahme sind in einer bevorzugten Variante die Rollenbuchsen mit - bei besonderer Ausführung in thermoplastischem Kunststoff insbesondere im Spritzgießprozess angeformten - Stützstreben versehen, die radial zur Kurvatur der Rollenbuchsen angeordnet sind und im Fuß des Walzenlagers münden.

Ein gegebenenfalls zusätzlicher abnehmbarer Sicherungsbügel über der Walze, der am Walzenlager von Schenkel zu Schenkel geht, verhindert ein unerwünschtes Abheben der Walze und damit der Spiegelhalterung aus dem Lager.

Die Walze die mit dem Spiegelträger verbunden ist, ist in einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung teilbar ausgeführt, insbesondere zweiteilig ausgeführt. Dadurch wird es möglich bei den weit ausgedehnten Spiegelträgern einzelne Walzen auszuwechseln ohne dass die gesamte Anordnung von Spiegelträgern und Spiegeln angehoben werden muss. Diese haben bei Anlagen mittlerer Größe schon ein Gewicht in der Größenordnung von einigen Tonnen.

Der Aufbau und die Wartung der Anlage wird mit einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung vereinfacht, indem der Träger mit der Walze lösbar verbunden ist und insbesondere aus der teilbaren Walze nach oben entnehmbar ist.

Die Teile der Walze sind vorzugsweise durch Schnappverbindungen oder Schraubverbindungen, insbesondere mittels selbstschneidenden/selbstprägenden Schrauben verbunden. Der Zusammenbau der bevorzugten teilbaren Walze wird dadurch vereinfacht, dass die Einzelteile der Walze miteinander eine Passverbindung bilden beispielsweise über ineinandergreifende Nut-/Federkombinationen.

Die axiale Ausdehnung (Breite) der Walze ist in einer besonders bevorzugten Ausführung größer als die axiale Ausdehnung (Breite) der Rollen, insbesondere mindestens so groß wie die maximale thermische Längenausdehnung des Trägers bzw. des der Walze benachbarten Abschnitts des Trägers.

An der Walze kann seitlich ein Antriebskragen zusätzlich angebracht sein, der mit dem Antriebsmittel für die Bewegung der Spiegel verbunden ist. Dadurch wird eine Kraftübertragung vom Antriebsmittel direkt auf die Walze ermöglicht.

Besonders bevorzugt zum Einsatz kommen als Konstruktionsmaterial für die Walze, die Rollen das Walzenlager oder Teile davon, für die Zahnscheibe und weitere Konstruktionselemente der Anlage unabhängig voneinander aufgrund ihres für Wüstenanwendungen besonders geeigneten Eigenschaftsprofils thermoplastische Kunststoffe, besonders bevorzugt die teilkristallinen Thermoplaste wie Polyamide, insbesondere Polyamid 6 oder Copolymere und Mischungen auf Basis von Polyamid 6, Polyolefine, insbesondere Polypropylen, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat. Als herausragend hat sich Polyamid 6 erwiesen. Mit diesen Polymeren wird auch die Reibung zwischen bewegten Teilen vermindert, so dass gegebenenfalls auf die Verwendung von Schmierstoffen verzichtet werden kann.

Wegen der besonderen Anforderungen an Steifigkeit und Maßhaltigkeit, die sich für die im Außenbereich insbesondere bei Sandeinwirkung stark beanspruchten Teile ergeben, kann der thermoplastische Kunststoff glasfaserverstärkt sein, bevorzugt mit einem Glasfasergehalt von 15 bis 50 Gew.-%. Die Glasfaserlänge kann von 150 - 500 μm der Durchmesser der Glasfasern von 5 - 20 μm betragen.

Ferner kann der Kunststoff nach grundsätzlich bekannten Verfahren mit Zusatzstoffen, Pigmenten und Stabilisatoren versehen sein und besonders mit UV- Stabilisatoren gegen die zu erwartende hohe UV-Belastung besonders geschützt sein.

Bei weiter erhöhten Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit kann dieser teilkristalline Kunststoff in Kombination mit speziell geformten Metallblechen zur

Konstruktion der vorgenannten Teile eingesetzt werden, insbesondere unter Verwendung der sogenannten Metall-Kunststoff-Hybridtechnik, einem Kunststoff- Metallverbund.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein besonderer Spiegelhalter für Reflektor-

Spiegel einer Solarthermieanlage wie beschrieben. Der erfindungsgemäße Spiegelhalter besteht mindestens aus einer lösbaren Aufnahmebuchse mit Gegenstück für den Spiegelträger, eine damit verbundene Querstrebe und Klammerverbindungen an den Enden der Querstreben die die Kanten der Spiegel umfassen.

Der Spiegelhalter für Reflektor-Spiegel einer Solarthermieanlage dient zur Verbindung eines drehbaren Trägers, insbesondere eines Trägerrohres mit dem Spiegel.

Die Spiegelhalterung besteht bei der Aufnahme mehrerer Reflektor-Spiegel aus mindestens aus einem verwindungssteifen Träger, insbesondere einem Trägerrohr und mehreren über den Träger verteilten, bevorzugt lösbaren Verbindungselementen, die lösbar mit dem Spiegel verbunden sind.

Mindestens die Querstrebe besteht aus einem Kunststoff-Teil oder Kunst- stoff/Metallverbundteil aus einem schalenförmigen Metallgrundkörper mit insbesondere durch Spritzguss damit verbundenen Kunststoffstreben.

Besonders bevorzugt wird der Anlage zur Nutzung von Solarenergie ein grund- sätzlicher Aufbau der Solarthermieanlage zugrunde gelegt, der in der Offenlegungsschrift WO 99/42765 im einzelnen beschrieben ist. Der Inhalt der Offenlegungsschrift WO 99/42765 wird hiermit als Referenz in die Beschreibung ausdrücklich einbezogen und gilt als Bestandteil der Offenbarung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Solarthermieanlage

Fig. 2 den Reflektor der Anlage nach Figur 1 in vergrößertem Ausschnitt

Fig. 3 das Walzenlager für den Spiegelträger der Anlage

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des Walzenlagers nach Fig. 3

Fig. 5 die Seitenansicht einer Walze mit einem Antriebskragen

Fig. 6 die Seitenansicht einer Walze ohne Antriebskragen

Fig. 7 ein vergrößertes Detail der Walze nach Fig. 5

Fig. 8 den Querschnitt durch den Aufbau umfassend Spiegel, Spiegelträger, Walze, Walzenlager und Antriebsschnecke für den Spiegel

Fig. 9 den Längsschnitt durch den Aufbau nach Fig. 8 in Teilansicht

Fig. 10 einen Spiegelhalter zur Verbindung von Spiegel und Spiegelträger

Fig. 11 die Anordnung von Spiegelhalter, Spiegel und Spiegelträger

Fig. 12 die seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Walzenlagers

Fig. 13 die seitliche Ansicht eines Walzenlagers mit Antriebszahnrad Beispiel:

Die Figur 1 zeigt die gesamte schematische Ansicht der Anlage zur Nutzung von Sonnenenergie. Auf einer Rahmenkonstruktion 5 sind im unteren Bereich die um eine Achse drehbaren Reihen von Spiegeln 3 angeordnet. Die neben einander parallel liegenden Reihen von Spiegeln 3 bilden eine Spiegelfläche mit einer Breite von ca. 24 m von der das auf die Spiegelfläche einfallende Sonnenlicht zu dem etwa 9 m darüber befindlichen Kollektor 14 reflektiert wird. Die Spiegel 3 werden in ihrem Winkel je nach dem Sonnenstand über elektrische betriebene Antriebe auto- matisch nachgeführt. Der etwa 9 m darüber befindliche Kollektor 14 weist wiederum eine Spiegelfläche auf, die das von den Spiegeln 3 nicht direkt auf das Kollektorrohr 19 (siehe Figur 2) fallende Sonnenlicht zum Kollektorrohr 19 reflektiert. Die Krümmung des Kollektorspiegels 14 ist so ausgerichtet, dass das von den Spiegeln 3 ankommende Sonnenlicht nur einmal reflektiert wird, bevor es auf den Kollektor 19 trifft. Der Kollektor wird von einem Wärmetauschermedium (Wasser) durchströmt, das zur Abführung und Weiterverwendung der von den Kollektoren 19 aufgenommenen Strahlungsenergie dient. Das in einer Anlage zur Stromerzeugung (nicht gezeichnet) abgekühlte Wärmeträgermedium wird am Eingang der Kollektoren 19 wieder eingespeist.

In Figur 8 ist ein Querschnitt durch eine Spiegelreihe gezeigt. Die Spiegel 3 sind auf einem Querträger 2 montiert, der seinerseits auf dem Trägerrohr 10 befestigt ist. Das Trägerrohr 10 hat bei Großanlagen typischerweise eine Länge von 100 bis 200 m. Temperaturschwankungen in der Wüste verursachen eine Verlängerung der Spiegel und des Trägerrohrs 10. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten für Glas und Stahl sind verschieden. Durch Temperaturschwankungen dehnt sich nicht nur der Stahl der Konstruktion aus, was ausgeglichen werden muss; auch Ausdehnung des sich an der gleichen Konstruktion befindenden Trägerrohrs 10 müssen ausgeglichen werden. Dies wirkt sich auf die an der Konstruktion angebrachten Lager 1 aus, so dass gegebenenfalls besondere Steuerbewegungen erforderlich sind, um das Lager in der richtigen Position zu halten.

Die drei nebeneinander gemäß Fig. 8 angeordneten Spiegel sind auf Polyurethan- Material befestigt. Das Polyurethan isoliert die heißen Spiegel von der Metall- konstruktion und nimmt gegebenenfalls Stöße von Hagel und Wind usw. auf. Ein Spiegelsegment ist 2018 mm lang, 1500 mm breit und besteht aus 3 Spiegeln. Die Spiegel sind mit Klemmen an einem rechteckigen Profil 2 befestigt und können sich frei und unabhängig von dem Trägerrohr 10 ausdehnen. Drei rechteckige Stützen, die an dem Trägerrohr 10 angebracht sind, tragen die Spiegelanordnung. Zwischen zwei Lagern 1 sind drei Spiegelanordnungen an dem gleichen Trägerrohr 10 angebracht. Alle Trägerrohre 10 der Anlage werden über mehrere auf der Längsausdehnung der Trägerrohre 10 verteilte Walzenlager 1 (siehe Figur 8) drehbar gelagert. Das Walzenlager 1 ist im Detail in den Figuren 3 und 5 gezeigt. Das Walzenlager 1 besteht aus einem Fuß 4, der auf dem Querträger 20 der

Rahmenkonstruktion 15 der Anlage befestigt ist. Der Lagerfuß 4 geht in den Rollenträgerbereich 5 über, der eine Halbkreisform aufweist, wie in Figur 3 gezeigt wird.

Über den Rollenträgerbereich 5 verteilt sind sechs Rollenbuchsen 6, in die Rollen 7 eingerastet werden und in denen sich die Rollen 7 frei drehen können (siehe auch Figur 8). Die Rollen 7 tragen die Walze 8 des Walzenlagers 1. Die Walze 8 ist gemäß Figur 5 in zwei Teile 8 a und 8 b auf zu trennen. Zur Montage wird die untere Hälfte 8 a auf die Rollen 7 aufgelegt und mittels der Nuten 16 kalibriert. Hierzu werden in die Nuten 16 die sich auf dem Rollenträgerbereich 5 und dem

Walzenteil 8 a gegenüberstehen, passende Federn gesteckt. Auf das fixierte Walzenteil 8 a wird das Trägerrohr 10 aufgelegt. Das obere Walzenteil 8 a wird mit dem unteren Walzenteil 8 b verschraubt, wobei eine Nut/ Feder- Kombination 11 für einen genauen Sitz der Teile 8 a und 8 b aufeinander sorgt. Die Walze 8 ist in Richtung der Längsausdehnung der Trägerrohre 10 gesehen breiter als die unterliegenden Rollen 7 ausgeführt. Damit kann die Wärmeausdehnung der Trägerrohre 10 ausgeglichen und das Ausbrechen der Walze 8 verhindert werden. Dies wird in der Betriebspraxis dadurch unterstützt, dass man über die Steuerung des Antriebs der Walze 8 von Zeit zu Zeit kurze Ausgleichsbewegungen der Walzen 8 veranlasst, die ein Durchrutschen der Walze 8 auf den Rollen 7 im

Rollenlagerbereich 5 möglich macht. Durch die Verwendung von thermoplastischem Kunststoff (Polyamid 6) als Material für die Walze 8 und die Rollen 7 kann das Durchrutschen der Walze 8 zusätzlich erleichtert werden. Die Verwendung von glasfaserverstärktem Polyamid 6 macht auch den Einsatz von Schmiermittel überflüssig.

Wie man Figur 8 entnehmen kann, sind die Trägerrohre 10 in den Walzen 8 exzentrisch angebracht, so dass bei einer Drehbewegung in der Walze 8 auf den Rollen 7 das Gewicht der Spiegelkonstruktion durch das Gewicht der Trägerrohre 10 ausgeglichen wird. Hierdurch wird es möglich die große Masse der Spiegelkonstruktion mit geringen Kraftaufwand zu drehen um die Reflektorspiegel 3 entsprechend dem Sonnenstand einzustellen.

Ausgewählte Walzen 8 entlang der Trägerrohre 10 sind mit einem Antriebskragen 12 versehen, über den die Walzen 8 des Walzenlagers 1 mit einer Antriebsrolle (in Figur 5 nicht gezeichnet) angetrieben werden können.

In der Ausführungsform nach Figur 8 wird der Antrieb auf folgende Weise realisiert.

Auf der Welle 10 sind die Antriebsschnecken 13 aufgesteckt, die durch die Schellen 19 und 19' in ihrer Stellung auf der Welle 17 fixiert werden. Das Schneckengewinde der Schnecke 13 greift in die Zähne der Zahnscheibe 21 (siehe Figur 12). Vorteilhafterweise werden die Lager 18 für die Welle 17 nach der Befestigung der Schnecke 13 etwas angehoben, so dass das Gewicht der Zahnscheibe 21 die mit der Walze 8 verbunden ist, von der Schnecke 13 getragen wird. Hierzu sind die Lager 18 mit Langlöchern versehen. Zusätzlich greift das Schneckengewinde nur teilweise in den Zwischenraum zwischen den Zähnen der Zahnscheibe 21 , so dass eventueller Abrieb an den Zähnen der Zahnscheibe 21 automatisch ausgeglichen wird.

Die Wellen 17 werden gegen ein Ausweichen entlang ihrer Achse dadurch gesichert, dass an den Enden Führungselemente (Stahlkugeln) vorgesehen sind, die eine axiale Bewegung der Wellen 17 verhindern.

Die hohe Präzision der Spiegelnachführung von 0,1° erfordert in der Steuerposition eine Winkelabweichung von 0,02°. Die mit einem Lagegeber auf der Achse und einem Lagegeber zwischen der Spiegeloberfläche und dem absorbierenden Rohr gemessene Abweichung gestattet eine solche Feinsteuerung. Der Elektromotor an dem Antriebsmechanismus ist ein Asynchronmotor mit 1500 U/min. Das Untersetzungsgetriebe und die Übersetzung zwischen der Schnecke 13 und dem Nachführrad (Zahnscheibe 21) erzeugen eine zu große Winkelabweichung, wenn der Motor selbst nur für kurze Zeit gestartet wird. Ein Frequenzregler an der Strom- leitung vom Motor gestattet die Steuerung wird das System mit der geringsten

Motordrehzahl betrieben. Erfolgt eine Warnung über eine zu hohe Temperatur am Absorberrohr 14 usw., müssen die Spiegel 3 schnellstmöglich in eine sichere Position geschaltet werden.

Bei dem Nachführrad 21 gemäß Fig. 13 beträgt das Gesamtgewicht während der

Drehung einige Tausend Kilogramm. Das Nachführrad 21 ist an der inneren Walze 8 befestigt. Eine kreisrunde Steckzahnverlängerung an der inneren Walze 8 ist mit einer an dem Nachführrad 21 ausgebildeten kreisrunden Aufnahmenut verklebt. Die innere Walze 8 und das Nachführrad 21 bestehen aus zwei Teilen. Die Teile von beiden können mit Schrauben lokal in der exakten Position installiert und danach verklebt werden, so dass ein Auseinanderbau des Nachführrads 21 und der inneren Walze 8 immer möglich ist.

Die zur Drehung der Spiegel 3 auf die Nachführwelle 17 wirkende Kraft ist ziemlich klein. Unter Betriebsbedingungen werden 4,5 kg/m gemessen. Der Grund für die

Verwendung eines Untersetzungsgetriebes mit einer Untersetzung von 1 zu 64 ist die Verwendung eines Asynchronmotors. Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute ist zu groß, um an der Nachführwelle 17 einen Bruchteil einer Umdrehung zu erzeugen. Die Stromversorgung des Asynchronmotors ist mit einem Frequenzregler versehen, der ein Herunterdrehen des Motors auf 10 Prozent seiner

Geschwindigkeit gestattet. Daraus ergibt sich eine sehr feine Steuerung der

Verschiebung der Spiegel mit dem erforderlichen Winkel von 0,1°. Die Auswahl eines Asynchronmotors begründet sich in der Einfachheit und den geringen Kosten, den vernachlässigbaren Wartungskosten, den staubfreien und wasserdichten Bedingungen, der einfachen elektronischen Steuerung usw.

Die Spiegel 3 können alternativ zu die er in Figur 8 gezeigten Ausführung auf den Trägerrohren 10 mittels der Befestigungselemente 2 befestigt werden. Hierzu werden die Teile 2a und 2b, die das Trägerrohr 10 umfassen, durch den Spiegel 3 durchgehend mit der unteren Platte 2c verschraubt. Es ist hierbei nur ein Spiegel 3 statt drei Spiegeln über dem Trägerrohr 10 im Querschnitt gesehen angeordnet.

In einer alternativen Ausführung wird das obere Teil 2 a mit der Unterseite des Spiegels 3 verklebt. Das darunterliegende Teil 2 b wird mit dem oberen Teil 2 a verschraubt, wobei das Trägerrohr 10 zwischen den Teilen 2 a und 2 b eingeklemmt wird. Zusätzliche Klötze aus Moosgummi oder Polyurethanschaum verhindern ein Flattern der Spiegel 3 bei wechselndem Winddruck

Mit der beschriebenen Anordnung wird es möglich die parallel nebeneinander laufenden Reihen von Spiegeln 3 gleichzeitig entsprechend dem Sonnenstand zu bewegen, da die auf einer Welle 17 sitzenden Schneckenantriebe die Spiegel 3 auf den nebeneinander befindlichen Trägern 10a, 10 b simultan bewegen. Benachbarte Spiegel 3 sind entsprechend dem optimalen Reflexionswinkel unterschiedlich angestellt.

Für die Konstruktion der Walzenlager 1, der Schnecken 13, der Rollen 7 und der Zahnscheibe 21 hat sich als Werkstoff Polyamid 6, das mit Glasfasern verstärkt ist, als besonders vorteilhaft erwiesen. Einerseits wird durch die Verwendung des Kunststoffs das Gesamtgewicht der Anlage erheblich verringert. Außerdem ist der verwendete Kunststoff gegenüber Belastungen durch Witterung und Sand und Staub insbesondere Wüstensand, der vergleichsweise feinteilig auftritt, überraschend belastungsstabil, so dass auch bei längerer Verunreinigung die auf einander gleitenden oder rollenden Kunststoffteile nicht festsetzen und blockieren.

Claims

Patentansprüche

1. Anlage zur Nutzung von Solarenergie auf Basis einer Spiegelkonstruktion mit einer Vielzahl von beweglichen, insbesondere parallel nebeneinander angeordneten, dem Sonnenstand nach ausrichtbaren Spiegeln (3), die auf

Trägern (10, 10") befestigt sind, wenigstens einem insbesondere stationären Kollektor (14) zur Aufnahme der von den Spiegeln (3) reflektierten Strahlung, mit einem Antriebsmittel zur Rotation der Spiegel (3) und Träger (10, 10') um die Spiegel (3) so auszurichten, dass die auf die Spiegel auftreffende Sonnenstrahlung auf den Kollektor (14) reflektiert wird, und einer die vorgenannten Teile tragenden Rahmenkonstruktion (15) dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (3) eines Trägers (10) so um eine Rotationsachse (parallel zur Längsausdehnung der Spiegel) drehbar gelagert sind, dass sich die Gewichtskraft der Spiegel (3) und die Gewichtskraft des Trägers (10) in jeder Stellung um die Drehachse annähernd im Gleichgewicht befinden.

2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung durch mehrere Walzenlager (1) gebildet werden, die mit dem Träger (10) bzw. (10') verbunden sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) einen runden Querschnitt aufweist, insbesondere ein Rohrprofil.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) in der Walze (8) des Walzenlagers (1) exzentrisch angeordnet ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzenlager (1) wenigstens aus einem Fuß (4), verbunden mit einem

Rollenträgerbereich (5) mit einer konkaven Formgebung, insbesondere mit der geometrischen Form eines Kreisabschnitts, besteht, wobei auf dem Umfang des Rollenträgerbereiches (5) mehrere, insbesondere mindestens sechs Rollenbuchsen (6) verteilt positioniert sind, in denen freilaufende Rol- len (7) angeordnet sind, die die Walze (8) mit den Spiegelträgern (10, 10') tragen.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel für die Spiegel (3) gegenüber den von den Spiegeln (3) oder Trägern (10, 10') auf das Antriebsmittel wirkenden Kräften selbstsperrend ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmittel mindestens eine mit einem Antriebsmotor direkt oder indirekt verbundene Kombination von Schnecke (13) und Zahnscheibe (16) vorgesehen ist, wobei die Zahnscheibe mit dem Träger (10, 10') oder mit einer Walze (8) direkt verbunden ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnscheibe

(21) spielfrei auf der Schnecke (13) aufliegt.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenbuchsen (6) zur Achse der Walze (8) hin offen angeordnet sind, so dass die Rollen (7) in Richtung der Walzenachse entnehmbar sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (7) mit den Rollenbuchsen (6) des Rollenträgerbereichs (5) durch eine Schnappverbindung gehalten sind.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvatur des Rollenträgerbereichs (5) einen Halbkreis bildet.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (7) unsymmetrisch auf dem Umfang des Rollenträgerbereichs (5) angeordnet sind.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Rollenträgerbereichs (5) mehr Rollen (7) auf dem Umfangsabschnitt verteilt sind als in den oberen Abschnitten.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Rollen (7a, 7b) die Walze (8) am oberen Teil des Rollenträgerbereichs (5) seitlich abstützen.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzenlager (1) als offene Rahmenkonstruktion ausgebildet ist.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenbuchsen (6) mit, insbesondere im Spritzgießprozess angeformten, Stützstreben (9a, 9b) versehen, die radial zur Kurvatur der Rollenbuchsen (6) angeordnet sind und im Fuß (4) des Walzenlagers (1) münden.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (8), die mit dem Spiegelträger (10, 10') verbunden ist, teilbar ausgeführt ist, insbesondere zweiteilig ausgeführt ist.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Walze (8) und an dem Rollenträgerbereich (5) ein Kalibriermittel (16) angebracht ist.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) mit der Walze (8) lösbar verbunden ist und insbesondere aus der teilbaren Walze (8a, 8b) nach oben entnehmbar ist.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Walze durch Schnappverbindungen oder

Schraubverbindungen, insbesondere mittels selbstschneidenden oder selbstprägenden Schrauben verbunden sind.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander grenzenden Einzelteile (8a, 8b), der Walze (8) miteinander eine Passverbindung bilden, beispielsweise über ineinandergreifende Nut- /Federkombinationen.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung (Breite) der Walze (8) größer als die axiale Ausdehnung (Breite) der Rollen (7), insbesondere mindestens so groß ist, wie die maximale thermische Längenausdehnung des Trägers (10) bzw. der der Walze (8) benachbarten Abschnitte des Trägers (10).

23. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass an ausgewählten Walzen (8) seitlich ein Antriebskragen zusätzlich angebracht ist, der mit dem Antriebsmittel für die Bewegung der Spiegel (3) verbunden ist.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Schwingungsdämpfungsmittel, insbesondere Distanzstücke aus Moosgummi oder Polyurethanschaum, zwischen den Spiegeln (3) und dem Träger (10) angebracht sind.

25. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Walzenlagers (1) mit Antrieb zusätzliche Stopperrollen angebracht sind, die eine axiale Bewegung des Walzenlagers (1) begrenzen.

26. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Konstruktionsmaterial für die Walze (8), die Rollen (7) das Walzenlager (1) oder Teile davon, für die Zahnscheibe (16) und weitere Konstruktions- elemente der Anlage unabhängig voneinander gleich oder verschieden thermoplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt teilkristalliner Thermoplast wie Polyamid, insbesondere Polyamid 6 oder Copolymere und Mischungen auf Basis von Polyamid 6, Polyolefine, insbesondere Polypropylen, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat eingesetzt wird.

27. Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Konstruktionsmaterial glasfaserverstärkter Kunststoff eingesetzt wird, bevorzugt mit einem Glasfasergehalt von 15 bis 50 Gew.-%, und/oder einer Glasfaserlänge von 150 - 500 μm und/oder mit einem Durchmesser der Glasfasern von 5 -

20 μm.

28. Spiegelhalter für einen Spiegel (3) einer Anlage zur Nutzung von Solarenergie insbesondere einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bestehend mindestens aus einer lösbaren Aufnahmebuchse mit Gegenstück für die Aufnahme eines Spiegelträgers (10), einer mit der Aufnahmebuchse verbundenen Querstrebe und Klammerverbindungen an den Enden der Querstreben, die die Kanten der Spiegel (3) umfassen.