WO2011128083A2 - Solarthermische anlage - Google Patents

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WO2011128083A2
WO2011128083A2 PCT/EP2011/001853 EP2011001853W WO2011128083A2 WO 2011128083 A2 WO2011128083 A2 WO 2011128083A2 EP 2011001853 W EP2011001853 W EP 2011001853W WO 2011128083 A2 WO2011128083 A2 WO 2011128083A2
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WO
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solar thermal
heliostat
heliostats
thermal system
shaft
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PCT/EP2011/001853
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English (en)
French (fr)
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WO2011128083A3 (de
Inventor
Jacques Graf De Lalaing
Jan Alsters
José CUEVAS HIDALGO
Original Assignee
Solar Power Group Gmbh
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2011128083A2 publication Critical patent/WO2011128083A2/de
Publication of WO2011128083A3 publication Critical patent/WO2011128083A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/42—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with only one rotation axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87—Reflectors layout
    • F24S2023/872—Assemblies of spaced reflective elements on common support, e.g. Fresnel reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/13—Transmissions
    • F24S2030/134—Transmissions in the form of gearings or rack-and-pinion transmissions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a solar thermal
  • Solar thermal systems such as Fresnel collector systems preferably have a plurality of heliostats, which are intended to forward the incident on them sun rays for energy production. As the position of the sun changes during the day, it is generally planned to turn the heliostats depending on the position of the sun.
  • Heliostats be moved over a chain.
  • BEST ⁇ TIGUNiGSKOPIE Object of the present invention is the efficiency of a solar thermal system even at extreme
  • the solar thermal system according to the invention has a
  • Support structure on which at least one heliostat is mounted on a shaft provided on a rotation axis of the heliostat shaft, and at least one electric drive for rotating the heliostat in response to the sun.
  • the efficiency of the solar thermal system depends largely on the fact that the heliostats exactly on the
  • Absorber tube are aligned.
  • the exact, slip-free tracking of the heliostats to the sun's position succeeds according to the invention by the provision of a transmission. Due to the weather conditions, it is necessary to attach the drive elements as protected as possible.
  • stub shaft allows for small construction, which can be easily protected by covers.
  • Heliostat represents the Heliostat according to the invention is a component-economical and less complex to be manufactured or to be monetized assembly.
  • support construction refers to a framework of the solar thermal system which is suitable for receiving and holding components of the solar thermal system, in particular heliostats.
  • the dimensions of the support structure can in the
  • the support structure may be configured to support or hold the heliostats at a height above a ground, such as the ground.
  • Heliostats may generally be designed to reflect sunlight and / or to collect, store and / or directly convert the energy contained in sunlight into another form of energy.
  • the heliostats of a Fresnel collector system reflect the sun's rays impinging on an absorber device provided above the heliostats.
  • the heliostats of the solar thermal system are
  • heliostats are essentially parallel to the Earth surface arranged. They are preferably also arranged parallel to each other. Several heliostats can be arranged in series. Several rows of heliostats form a collector field. A solar thermal system is preferably constructed of several collector fields.
  • the solar thermal system is preferably arranged in a direction from north to south or vice versa. It can also be from west to east or vice versa and at any other angle to the axes of the cardinal directions
  • rotation axis denotes an imaginary or
  • the axis of rotation about which the heliostat is to be rotated is preferably to be understood as the axis of rotation which is located in the
  • Longitudinal direction of the heliostat extends, i. the longitudinal axis of the heliostat.
  • the present invention is not limited to such an embodiment.
  • a shaft generally designates a rod-shaped element.
  • wave may also include a portion of a wave, such as a
  • Stub shaft to be understood, which is attached to a surface of the heliostat.
  • the shaft is a device which is intended to impart rotational or rotational movements of the heliostat. This rotational or rotational movement can emanate from an electric drive.
  • the electric drive operated by a fuel
  • the motor is preferably a BLDC motor (brushless
  • the drive can by means of suitable control or
  • Control devices are controlled.
  • the drive can be controlled manually or automatically.
  • the drive generally has a drive shaft or
  • Output shaft e.g. a hollow shaft made of stainless steel, which is coupled to the provided on the heliostat shaft.
  • the transmission comprises at least one planetary gear.
  • the planetary gear can be constructed in one or more stages.
  • the planetary gear advantageously provides a particularly compact design.
  • the planetary gear is a multi-stage planetary gear, in particular a three-stage planetary gear.
  • the planetary gear can drive the power of the
  • the planetary gear is preferred to a
  • a worm gear is a fferablylzgetriebe, which usually has a helical worm or worm shaft or worm gear and a worm wheel which engages in a rotational movement in the worm shaft.
  • the worm gear can be a dynamic worm gear. It can be designed as a self-locking or self-locking gear.
  • the worm gear can exclusively or in combination with another gear for transmitting the
  • the planetary gear is connected in series with the worm gear.
  • the planetary gear can be connected directly or via at least one further transmission element with the worm gear.
  • Preloading the worm shaft can also be achieved by a plurality of identical or different types of springs. Springs, as used to bias the worm shaft of the
  • Ring springs Ring springs, disc springs, torsion bars and the like.
  • the biasing of the worm shaft of the worm gear by means of a spring advantageously contributes to a dead play of the worm gear, which may result from a radial backlash and axial play of the worm shaft to reduce. At the same time can be provided, the worm gear with a reduced
  • Worm gear in direct connection with the shaft of the heliostat.
  • Worm gear via a shaft-groove connection flanged to the shaft of the heliostat.
  • the worm wheel can be non-positively and / or positively connected to the shaft of the heliostat. It can be directly in physical contact with the wave of the heliostat
  • a buffer, a collar and the like of a suitable material between the outer periphery of the shaft of the heliostat and the inner circumference of the worm wheel of the worm gear can be provided.
  • a possible backlash-free installation of the worm wheel and the heliostat can, for example by means of shrink fit, a splined shaft or a clamped splined shaft, terminals; Clamps, a tapered mounting, a conical shaft, a nutred (conical) shaft and / or with ring clamping clutches and the like can be achieved.
  • the transmission has a
  • the overall ratio of the transmission is generally referred to as the product of all individual translations.
  • a translation overall translation or single translation
  • the overall ratio or reduction of the transmission can generally be calculated in various ways. As is known, examples include calculation based on the
  • the overall ratio of the transmission may vary according to the type of calculation. Regardless of the type of
  • Calculation is a preferred transmission minimum ratio of 30,000.
  • the transmission of the invention is a preferred transmission minimum ratio of 30,000.
  • the planetary gear is provided to receive the emanating from an electric drive drive power, and an externally toothed helical teeth
  • Such a gear pairing may be a helical Stirnradcruung.
  • the Stirnradparung can a
  • a gear of Stirnradparung can be carried out on the same shaft as the planetary gear.
  • Spurradbinung the worm gear on a second (drive) elle which runs parallel to the drive shaft of the planetary gear, be arranged.
  • Worm gear can be parallel, but opposite to the
  • the overall construction of the transmission has a slip of not more than 5 arc minutes.
  • the slip of the overall gear is
  • An embodiment of the overall construction of the transmission with advantageously low backlash or slippage can be achieved, for example, by means of a gear construction as described above and which is a planetary gear, an externally toothed Stirnradparung and a worm gear, which are each connected in series, has to be achieved.
  • the electric drive and the transmission of the solar thermal system according to the invention may advantageously be substantially maintenance-free and essentially require no lubrication or lubrication.
  • solar thermal plant is the heliostat with a
  • Angular accuracy of at least 0.03 °, preferably at least 0.01 °, movable.
  • the term angular accuracy refers to the accuracy with which the heliostat can be moved or moved to a certain angle, for example a given angle as a function of the current position of the sun.
  • the angular accuracy can be advantageously maximized, i. that a deviation of the heliostat from its predetermined angle to be taken is minimized.
  • the angular accuracy can, for example, by means of the least possible play in the coupling of the drive elements, such as
  • the angular accuracy may be achieved by suitably minimizing the components used to drive the heliostats or by reducing the weight of the individual components used to drive or operate or hold or carry the heliostat involved elements or the heliostat itself can be achieved.
  • Heliostats can be designed to suit.
  • Heliostats which may comprise a mirror foil applied to a nonwoven base material, advantageously contribute to reducing the weight of the heliostat and thus to increasing the angular accuracy and reducing the deviation in the method of heliostat (s).
  • a honeycomb-shaped heliostat can advantageously be designed easily.
  • the electric drive is controlled by means of a fieldbus.
  • a fieldbus is a wired serial bus system, which usually serves to sensors and actuators, such as the electric drive, with control or
  • Control devices such as a CPU, too
  • the fieldbus can be used, for example, as a CANopen network
  • the fieldbus is advantageous with less cabling
  • the fieldbus provides a higher
  • the transmitter is used to command or a
  • the transmitter or encoder may for example be provided on one side of the electric drive or in a housing for the electric drive.
  • the encoder can be used to signal from motion. He can visually,
  • the encoder is preferably an absolute encoder.
  • Absolute encoder can be provided on the drive shaft of the electric drive. It can be used to transmit input or control signals from a control center to the electric drive. For example, at certain fixed or variable intervals, the CPU may send commands to control the electrical
  • the control unit for driving the electric drive such as a BLDC motor, may be a BLDC control unit.
  • the control unit can be a
  • Interface e.g. a CAN interface for a CANopen network.
  • the control of the electric drive can by means of
  • the output shaft of the electric drive preferably serves to drive two heliostats.
  • the heliostats may be on the same or different
  • Pages of the electric drive or the transmission are located.
  • the heliostats are at opposite ends
  • the electric drive or the transmission may have at least one receiving device for receiving a heliostat each.
  • a device may be a clutch.
  • the device may be designed to releasably receive the heliostat, for example, the heliostat on a side edge of the same in one in the clutch
  • the Side flank can correspond to the width extension of the heliostat.
  • the coupling can be the side edge of the
  • the clutch or other suitable means for receiving the heliostat may include other elements such as clamps, clips, tensioners, and the like for releasably receiving the heliostat. Also screw can be provided.
  • the heliostat may also be permanently connected to the output shaft of the drive.
  • Driving provided by at least two heliostats located on opposite sides of the transmission.
  • a series with e.g. 16 heliostats may therefore be appropriate
  • Heliostats be ensured because the heliostats by their direct connection to the waves or
  • the heliostat can be attached to a shaft.
  • Heliostat may have a stub shaft.
  • the shaft or stub shaft of the heliostat may be physically connected to the output shaft of the drive.
  • Solar thermal system are several, for example, two, three, four, five, six, seven or eight, heliostats attached to a shaft or coupled to each other via their respective shafts and / or stub shaft.
  • Output shaft of the drive can according to such
  • At least two shafts, to each of which at least two heliostats are attached, are provided on each side of the transmission and in
  • the drive may be designed to
  • heliostats are connected, provided on each side of the transmission to drive.
  • eight heliostats each are mounted on a shaft which is connected to one side of the transmission.
  • the electric drive may therefore be designed and able to drive a series of, for example, 16 heliostats.
  • the housing is connected to the support structure of the solar thermal system.
  • the housing may be formed in one piece. It may be made by a casting method or an extrusion method and the like.
  • the housing may be made of a material such as die-cast aluminum, stainless steel or the like. It can be an IP54 or an IP65 housing.
  • the housing may include flaps, lids or the like which may be opened and allow access to the drive elements located inside the housing.
  • the housing is preferably dustproof or sand-proof and / or UV-resistant. It can be designed
  • the housing serves to protect the electric drive and the gearbox against external influences, such as environmental or climatic conditions.
  • the housing may be adapted to further devices or elements, which for example for driving the
  • Heliostats or to drive the drive are provided to record.
  • Driving the electric drive may be provided in the housing.
  • the housing may have a terminal box in a section.
  • the terminal box can be
  • the housing may have a vent or vent for venting the transmission. Furthermore, the housing may have an opening or recess for passing through the output shaft of the electric drive. Securing the housing to the support structure can advantageously ensure the mechanical stability of the drive elements.
  • the electric drive and the transmission can be stably and torsionally fixed, whereby a high accuracy of the transmission of the drive power of the electric drive can be ensured on the heliostats.
  • the support structure can provide further protection of the drive elements from external influences, such as wind, rain, direct sunlight and the like.
  • the housing can be connected directly to the support structure.
  • Be connected support structure It can be provided for buffering or (feathers) or reinforcing the connection between the housing outer wall and the support structure elements.
  • the support structure may have a shape or configuration suitable for receiving the housing in a portion of the support structure.
  • the support structure may have a shape or configuration suitable for receiving the housing in a portion of the support structure.
  • Support structure have a box-shaped area. Exemplary embodiments are shown in the appended FIG. 7.
  • the housing may have one or more openings or bores in at least one section.
  • the housing can be shaped and / or non-positively and / or materially with the
  • Suitable types of connection include bolting, soldering, welding,
  • the attachment of the case can be the same
  • Conditions to withstand include certain loads and the support structure
  • the support structure is preferably designed to meet the particular requirements of a solar thermal system, such as prevail in a desert area, for example.
  • the girder structure may also be designed or tested to withstand demands or stresses that may not exist in a desert area or in the desert
  • the girder structure may conform to standards EN-1991-1-4 (Wind Load), NV65 '99, NBE AE- 88, UBC-97 (earthquake stress) and the like
  • Suitable tests include the testing of certain wind loads, for example gusts, paralleling an arrangement of the heliostats at an angle of 35 °, -30 ° or -10 ° with respect to an angle between a bottom of the heliostats and a plane of the support structure a level of the subsurface such as the ground, earthquake loads such as Richter scale earthquakes VII and the like.
  • the angle indications may refer to a reference system, such as
  • Coordinate system refer to, in which 0 ° corresponds to that angle in which the heliostats parallel to a plane of the ground as well as the ground and with their
  • the positive angle data can correspond to an angle of the heliostat between 0 ° and 180 °, the negative angle data one
  • Solar thermal plant is at least one sensor for
  • the term sensor refers to a device which is capable of sensing a
  • Angle of the heliostat to a plane is suitable and provided.
  • the sensor may be a tilt sensor.
  • the measured or detected angle or the measured or detected inclination preferably corresponds to the current angle or slope, which the heliostat occupies with respect to the plane, e.g. the current angle which the heliostat sweeps over during its process depending on the position of the sun.
  • the accuracy of the positioning of the heliostat (s) may depend on the resolution between the position of the sensor, suitable high resolution sensors are preferably used.
  • the sensor or a variety of sensors can on any combination of sensors.
  • Examples include an arrangement on the electric drive and / or on the gearbox, on the housing, on the support structure and / or on the heliostat itself.
  • one sensor may be provided on each heliostat. An exemplary embodiment is shown in FIG.
  • the control of the electric drive can for example be such that the CPU sends commands or control signals in certain fixed or variable time intervals to adjust the electric drive until the sensor reaches a next position.
  • the adaptation or adjustment time can be for example about 1 s.
  • one sensor per heliostat row or a sensor for the heliostats may be provided on each side of the transmission.
  • Solar thermal system are the heliostats by means of a slow motion for moving the heliostat depending on the position of the sun or by means of a fast gear traversable.
  • slow motion refers to a mode of operation which may serve during functional operation of the heliostat
  • Heliostats track the position of the sun in a suitable manner.
  • the tracking of the heliostats can be done continuously or in discrete stages. Continuous tracking of the heliostats is preferred.
  • the slow speed may have a speed of 0.01 ° / sec to 0.05 ° / sec.
  • the slow speed may have a speed of about 0.03 ° / sec, which corresponds to 90 ° / 12 h.
  • the method of heliostats in slow speed can be advantageous by a high reduction of the drive power of the
  • Heliostats can be achieved. So, for example
  • a large drive power at a speed of e.g. about 200 revolutions per minute (rpm) to one
  • the slow speed of the electric drive is advantageously used to adjust the heliostats as accurately as possible to the current position of the sun. In this way it is advantageously possible to align the heliostats exactly so that they can substantially completely reflect the incoming sunrays to the absorber device.
  • overdrive refers to a method of operation which can be used to move the heliostat to a position of non-functional operation, e.g. to spend a position for cleaning the heliostats, a stowage position of the heliostats overnight or the like.
  • the heliostats can be moved continuously or in discrete stages to a position of their non-functional operation, whereby a continuous method of operation is also preferred here.
  • a position for cleaning the heliostat can be an overhead arrangement of the heliostat, with the
  • reflecting surface of the heliostat is a substrate as the ground is facing, correspond
  • the overdrive can be at a speed greater than 0, 4 ° / sec, in particular e.g. 0.4 ° / sec to 0.8 ° / sec.
  • the speed of the overdrive can be about 0.6 ° / sec, which corresponds to 180 ° / 5 min.
  • Heliostats for example, in about 5 min in a
  • the drive power may be at a speed of e.g. about 4,000 revolutions per minute (rpm) to a speed of the worm wheel or the shaft of the
  • Heliostats be reduced by about 0.1 revolutions per minute.
  • the overdrive of the solar thermal system according to the invention can advantageously allow a rapid method of heliostats for non-functional purposes of the same. In this way it may be advantageously possible to use the heliostats e.g. Spend the evening in a desired manner in a time-saving manner.
  • the heliostats For the functional use of heliostats the next day they can, for example, before sunrise in the starting position, for example, in an arrangement of 70 ° relative to a plane of the ground, for detecting the first rays of sun from the east, are arranged.
  • Solar thermal system is a rotation angle ß of the heliostat greater than 90 °, preferably greater than 180 °, more preferably greater than 200 °, in particular including 300 °.
  • Rotation angle ß can be exactly 300 °, for example.
  • a rotation angle ⁇ of the heliostats may be an angle of the heliostat relative to a plane of a frame of reference, such as the
  • up to and including 300 ° can advantageously contribute to ensure greater flexibility of the solar thermal system of the present invention.
  • angles of rotation of e.g. 180 ° does not lead to damage or destruction of the system.
  • Solar thermal plant is at least one
  • safety clutch means a device which protects the transmission from damage, such. B. can be caused by blocking and / or overloading of the drive elements protects.
  • the safety coupling may separate two drive elements, e.g. disengage or lever off a gear connection if the torque exceeds a permissible limit.
  • the safety clutch may also intervene when, for example, lightning strikes, when the controller provides a nonsensical control signal, that drives electrical power, and the like.
  • the safety coupling may be provided at various locations or positions of the drive or the transmission. Possible embodiments of a safety clutch in the embodiment of the transmission described above close one or more safety clutches between the
  • the safety coupling advantageously provides an emergency stop function. This in turn can serve advantageously to the electric drive and the transmission in front of a
  • an efficient utilization of the solar radiation impinging on the heliostats can be achieved.
  • Fig. 1 shows a schematically simplified illustration of
  • FIG. 2 shows a front perspective view of a
  • Fig. 3 shows a front perspective view of
  • Housing of Figure 2 in a first open state. 4 shows a perspective front view of the
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a
  • FIG. 6 is a graph showing the deviation of a
  • Heliostat about the distance of the heliostat to the focal point of an absorber device
  • FIGS. 7A-C respectively show embodiments of the positioning of the
  • Fig. 8 shows a front view of the in or on the
  • Carrier structure positioned housing
  • Fig. 9 shows a front perspective view of
  • FIG. 11 shows schematically a coupling of a coupling to the drive elements
  • Fig. 12 schematically shows a simplified control of the heliostat
  • Fig. 13 shows schematically simplified another
  • Control of heliostats shows a front perspective view of
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of the drive elements 100 according to an embodiment of the
  • the drive elements 100 have an electric drive 1 and a transmission 3.
  • the electric drive 1 may be a BLDC motor.
  • the electric drive 3 can be operated with an input voltage of 12 V DC.
  • the electric drive 1 may have a torsion torque M t in a range of 0.01 to 0.03 Nm.
  • the electric drive 1 Slow speed, the electric drive 1 with a speed n c in a range of 150 to 200 U / min (rpm, rounds per minute).
  • the electric drive 1 can rotate at a speed n s in a range from 3,500 to 4,000 rpm (rpm).
  • a current of the nominal torque of the electric drive 1 I n may be in the range of 0.5 - 1 A.
  • a stream of maximum torque I max of the electric drive 1 may be in the range of 1 to 3 A.
  • a central control unit for example a CPU (not shown in FIG. 1) of a control center, is activated
  • Control signal to a control unit 5 for driving the electric drive 1 passed.
  • the transmission 3 is connected via an output shaft 7 of the electric drive 1 to the electric drive 1.
  • the transmission 3 has a planetary gear 9.
  • the planetary gear 9 is exemplified as a three-stage planetary gear.
  • An input rotational speed of the planetary gear 9 corresponds to an output rotational speed of the electric drive 1.
  • Planetary gear 9 are in the low speed of the electric drive 1 in a range of 100 to 200 rpm, a
  • Input speed n s in the overdrive of the electric drive 1 is in a range of 3000 to 4000 rpm.
  • a total ratio i ges of the planetary gear is 128, for example.
  • a ball bearing 11 is provided at the output of the planetary gear 9.
  • the planetary gear 9 is connected via the output shaft 7 to a helical, externally toothed Stirnradparung 13th
  • An input speed of the helical, externally toothed Stirnradparung 13 corresponds to an output speed of the planetary gear 9.
  • the helical, externally toothed Stirnradparung 13 translates the drive power of the electric drive 1 from the output shaft 7 of the electric drive 1 to a second shaft 15 which parallel, however is driven in opposite directions to the drive shaft 7.
  • the shaft 15 may be a stainless steel hollow shaft. It can have a diameter of 30 mm.
  • a worm gear 17 is driven.
  • the worm gear 17 is biased by a spring 19, such as a plate spring.
  • An input speed of the worm gear 17 corresponds to an output speed of the helical, outside
  • the worm gear 17 may have a torsion torque t in a range of 5 to 6 Nm.
  • the worm gear 17 has a worm shaft 21 and a worm wheel 23.
  • the worm wheel 23 is flanged in operation of the solar thermal system on a shaft of a heliostat (not shown here).
  • a heliostat not shown here.
  • Drive 1 to the heliostats to be rotated can take place at a torsional torque M t in a range of 100 to 140 Nm.
  • the speed n c with which the heliostats are moved in the slow speed of the electric drive 1, in the present embodiment, 0.005 rpm.
  • the speed n s with which the heliostats are moved in the overdrive of the electric drive 1, is
  • a transmitter or absolute encoder 27 may be provided at the drive elements 100.
  • the absolute encoder 27 may be provided on the drive shaft 7 of the electric drive 1.
  • the drive elements 100 can be controlled by means of a field bus 29, such as a CANopen network.
  • the supply voltage can be 380V. It is assumed, for example, that at the site of the solar thermal system of the present invention, a voltage of 230 V AC, single-phase available.
  • Fig. 2 shows a front perspective view of a
  • the housing 31 is for example by means of a
  • the housing 31 has in its interior space for receiving the electric drive (not shown in Fig. 2) and the transmission (also not shown in Fig. 2) on. In an upper part (based on the illustration in FIG. 2), the housing 31 has a recess 33. In this
  • the shaft 15 is arranged to be connected to a shaft of the heliostat (s).
  • the housing 31 has a ventilation device 34 for
  • the housing 31 has a terminal box 35.
  • the terminal box 35 is suitable for receiving the control unit 5.
  • the housing 31 may have a plurality of bores 37.
  • the housing 31, as shown in Fig. 2, four holes 37 have.
  • the holes 37 may be suitable and provided for fastening the housing 31 to the support structure by means of screws, such as M8 screws.
  • the housing 31 For covering and protecting the drive elements located inside the housing 31 (not shown in FIG. 2), the housing 31 has a first cover 39 and a second cover 41.
  • FIG. 3 shows a perspective front view of the housing 31 in a first opened state.
  • the first cover of the housing 31 is removed, so that a part of the externally toothed helical Stirnradproung 13 and the worm shaft 21 and the worm wheel 23 of the worm gear 17 can be seen.
  • the worm gear 17 is supported on a side surface (in the illustration of FIG. 3, an upper side surface) against a head plate 43 of the housing 31.
  • the second cover 41 is closed.
  • FIG. 4 shows a perspective front view of the housing from FIG. 2 or 3 in a second opened state.
  • the first cover 39 is closed.
  • the second cover is removed so that the tarpaulin gear 9, the
  • Fig. 5 shows a schematic representation of
  • the worm shaft 21 is biased on one side (in Fig. 5 of the left side) with the spring 19.
  • the direction of the drive of the heliostats may therefore correspond to a direction towards the observer of FIG. 5.
  • a rotation of the heliostats coupled to the drive elements can therefore correspond to a rotation to the right or left (based on the representation of FIG. 5).
  • a shaft of the heliostats, on which the heliostats are mounted, can be inserted into the opening 25 of the worm wheel 23.
  • Spurradparung 13 and the worm shaft 21 helically toothed and externally toothed are configured. In this way, it may be advantageously possible to provide a smoother run with less backlash.
  • Fig. 6 shows a graph showing the deviation of
  • the backlash of the transmission is advantageously preferably not more than 5 minutes of arc, more preferably not more than 3 minutes of arc, so that a deviation of the heliostats at a distance of the heliostat from the focal point of
  • FIGS. 7A-C each show a possibility for positioning the housing 31 in or on a section of a housing
  • Fig. 7A shows an arrangement in which the housing 31 is fixed upside down on the support structure 45.
  • the terminal box 35 is accessible from below (in the illustration in FIG. 7A).
  • Fig. 7B shows an arrangement in which the housing 31 is fixed flat to the support structure 45.
  • the terminal box 35 is slightly from above (as shown in Fig. 7B).
  • FIG. 7C shows an arrangement in which the housing 31 is attached to the support structure 45 so as to hang down.
  • the terminal box 35 is easily accessible from one side (left side view in Fig. 7C).
  • Fig. 8 shows a front view of the in or on the
  • Support structure 45 positioned housing 31. As shown in Fig. 8, the housing 31 is asymmetrical in a designated portion of the support structure 45th
  • an asymmetrical arrangement of the housing 31 may serve to provide easier access to the housing 31 and the drive elements and / or absolute value transmitter therein. Versions in which the housing is symmetrical in the
  • Section of the support structure 45 are housed, are also included in the invention.
  • the housing 31 is fixed to an outside of an inner side of the support structure 45. Between the outside of the housing 31 and the inside of the support structure 45, a reinforcement 47 is provided.
  • the reinforcement 47 may serve to secure the attachment of the
  • the reinforcement 47 may be a type of buffer for absorbing and / or cushioning impacts
  • FIG. 9 shows a perspective front view of the housing 31, on which heliostats 49 are provided.
  • a heliostat 49 is disposed on each side of the transmission (not shown in FIG. 9).
  • Heliostat 49b shown.
  • the heliostats 49 are from a horizontal or horizontal position to the rear, i. away from a viewer, inclined, making a part of a
  • the heliostats 49 are by means of a coupling 51 on the drive shaft and the shaft 15 of the output elements
  • the heliostat 49 a Have stub shaft, which is insertable into an opening of the coupling 51.
  • a sensor 53 is arranged at the bottom of the heliostat 49b.
  • the sensor may be configured to detect a current angle or inclination of the heliostat 49b. Since the two heliostats 49a, b are coupled to the same shaft 15 of the drive elements, the heliostats 49a, b are usually rotated to the same extent. The sensor 53 can therefore equally be used for a current angle or inclination of the two
  • FIG. 10 shows a further perspective front view of the housing 31 with heliostats 49.
  • an absolute encoder 27 is provided for driving the electric drive.
  • FIG 11 shows schematically the coupling of the coupling 51 to the drive shaft or shaft 15 of the transmission.
  • the coupling 51 has a slot 55 on its front side.
  • the slot 55 can be used to receive a heliostat (not shown in FIG. 11) in a direction of the width of the
  • Heliostats be provided and designed.
  • the coupling 51 is flanged in a shaft-groove connection to the shaft 15 of the transmission.
  • the shaft 15 protrudes in a suitable manner from the opening 25 of the housing 31 out.
  • Screws 57 for example four M8 screws, are intended to hold the housing 31 stably. In this way, those located inside the case
  • FIG. 12 schematically shows a simplified control of the heliostats 49 (49a, 49b, 49c, 49d) of two in series
  • the representation of the heliostats 49 shown in FIG. 12 corresponds to that of FIG. 9, whereby in each case a sensor 53 is provided on the undersides of the heliostats 49b and 49d (in FIG. 12) arranged on the right in each case.
  • the sensor 53 is in each case connected by means of a control line 59 to a network, such as a field bus 29.
  • a network such as a field bus 29.
  • Control of the drive systems 200 by means of a control device such as a CPU 61st
  • the CPU 61 may send a command at certain time intervals, for example every 14.4 seconds, to set each drive system 200 until the sensor 53 reaches a next position.
  • a next position may be at a larger angle, i. a stronger tendency, the
  • the CPU 61 may supply the command or the control signal to the electric drive via a control line 59
  • the control signal may include the speed of the electric drive
  • Fig. 13 shows schematically simplified another
  • the representation of the heliostats 49 shown in FIG. 13 corresponds to that of FIG. 10, an absolute value transmitter 27 being provided on the left side (in FIG. 13) of the housing 31 in each case.
  • the absolute value transmitter 27 can be provided to transmit the (new) speed specified by the CPU 61 for the electric drive to the electric drive.
  • Speed or creep speed can be operated.
  • An exemplary speed includes 250 rpm. At such a speed, the heliostats 49 in FIG.
  • Speed of the electric drive for stowing the heliostat 49 may correspond to a speed of 3,750 rpm.
  • FIG. 14 is a front perspective view of FIG.
  • control lines 59 run from the absolute value encoder (which is located in the terminal box 35 in the representation of FIG. 14) to the control unit 5 of the electric drive 1.
  • Fig. 15 illustrates the rotational movement of a heliostat 49 in a reference system.
  • an angle of the heliostat 49 may assume a positive value between 0 ° and 180 ° when a reference point 63, e.g. the upper left corner of the heliostat 49 in the simplified representation of a heliostat 49 in FIG. 15 is rotated above the horizontal from a planar position from left to right, so that the reference point 63 would point against a background at an angle of 180 °.
  • the heliostat 49 would be overhead, i. its reflective surface would face the ground, for example, and could not be used functionally to absorb solar radiation.
  • An angle of the heliostat 49 may be a negative angle when the heliostat 49 is rotated out of a horizontal or horizontal position such that the reference point 63 has undergone a semi-circular or (at -180 °) semi-circular motion below the horizontal axis.
  • a spot of heliostat 49 at the beginning of the day can be
  • the heliostat 49 may be arranged to absorb the first rays of sun from the rising sun in the east and in a suitable manner to the
  • Absorbing device which is arranged generally above the plane of the heliostat to reflect.
  • the rotation angle ß from 70 ° over 0 ° to -70 °
  • the heliostat 49 may be arranged to last

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine solarthermische Anlage mit einer Trägerkonstruktion (45), an der wenigstens ein Heliostat (49) über eine an einer Drehachse des Heliostaten (49) vorgesehenen Welle gelagert ist, und mit wenigstens einem elektrischen Antrieb (1) zum Drehen des Heliostaten (49) in Abhängigkeit vom Sonnenstand, wobei die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs (1) über wenigstens ein Getriebe (3) in die Welle des Heliostaten (49) eingebracht wird.

Description

Beschreibung
Solarthermische Anlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine solarthermische
Anlage und insbesondere ein solarthermisches Kraftwerk nach dem Fresnel-Prinzip . Solarthermische Anlagen wie Fresnel-Kollektoranlagen weisen vorzugsweise eine Vielzahl von Heliostaten auf, die dazu vorgesehen sind, die auf sie auftreffenden Sonnenstrahlen zur Energiegewinnung weiterzuleiten. Da sich im Tagesverlauf der Sonnenstand ändert, ist allgemein vorgesehen, die Heliostaten in Abhängigkeit vom Sonnenstand zu drehen.
Die DE 10 2006 058 995 AI offenbart eine Fresnel-Solar- Kollektor-Anordnung, bei der die Heliostaten durch eine mechanische Kopplung der Spiegel mittels einer
elektromotorisch angetriebenen Schubstange der Sonne
nachgeführt werden.
Die US 2009/0056701 AI offenbart Solarenergie- Kollektorsysteme mit Antriebssystemen, bei welchen die
Heliostaten über eine Kette bewegt werden.
Mit Zunahme der Leistung eines Solarthermiekraftwerks steigt auch die Größe der Anlage. Das Solarthermiekraftwerk wird an Standorten mit extremen Witterungsbedingungen eingesetzt. Sanderosion und Temperaturschwankungen verschlechtern den Wirkungsgrad der Anlage.
BESTÄTIGUNiGSKOPIE Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, den Wirkungsgrad einer solarthermischen Anlage selbst bei extremen
witterungsbedingten Anforderungen dauerhaft aufrecht zu erhalten .
Diese Aufgabe wird durch eine solarthermische Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße solarthermische Anlage weist eine
Trägerkonstruktion, an der wenigstens ein Heliostat über eine an einer Drehachse des Heliostaten vorgesehene Welle gelagert ist, und wenigstens einen elektrischen Antrieb zum Drehen des Heliostaten in Abhängigkeit vom Sonnenstand auf. Die
Antriebsleistung des elektrischen Antriebs wird über
wenigstens ein Getriebe in die Welle des Heliostaten
eingebracht .
Die Effizienz der solarthermischen Anlage hängt maßgeblich davon ab, dass die Heliostaten exakt auf die
Absorbereinrichtung und insbesondere direkt auf das
Absorberrohr ausgerichtet sind. Die exakte, schlupffreie Nachführung der Heliostaten an den Sonnenstand gelingt erfindungsgemäß durch das Vorsehen eines Getriebes. Auf Grund der Witterungsverhältnisse ist es erforderlich die Antriebselemente möglichst geschützt anzubringen. Die
konstruktive Lösung, die Antriebsleistung über eine an der Drehachse des Heliostaten vorgesehene Welle bzw.
Wellenstummel vorzusehen, ermöglicht kleine Bauweisen, die einfacher durch Abdeckungen geschützt werden können.
Da die Welle bzw. der Wellenstummel gleichzeitig als
Lagerachse und als Drehachse verwendet wird, stellt der erfindungsgemäße Heliostat eine bauteilökonomische und wenig komplex zu fertigende bzw. zu monierende Baugruppe dar.
Der Begriff Trägerkonstruktion, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Gerüst der solarthermischen Anlage, welches zum Aufnehmen und Halten von Bauteilen der solarthermischen Anlage, insbesondere von Heliostaten, geeignet ist.
Die Abmessungen der Trägerkonstruktion können dabei im
Allgemeinen den Abmessungen der solarthermischen Anlage oder eines einzelnen Kollektorfeldes derselben entsprechen oder einen leicht beabstandeten Rand um das Feld der Heliostaten des Kollektorfeldes oder der solarthermischen Anlage herum bilden .
Insbesondere kann die Trägerkonstruktion dazu ausgestaltet sein, die Heliostaten in einer Höhe über einem Untergrund, wie beispielsweise dem Erdboden, zu tragen oder zu halten.
Der Begriff Heliostat, wie er hierin verwendet wird,
bezeichnet ein als Primärspiegel der solarthermischen Anlage eingesetztes Bauelement, das direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Heliostaten können allgemein dazu vorgesehen sein, Sonnenlicht zu reflektieren und/oder die im Sonnenlicht enthaltene Energie zu sammeln, zu speichern und/oder direkt in eine andere Energieform umzuwandeln. Vorzugsweise
reflektieren die Heliostaten einer Fresnel-Kollektoranlage die auf sie auftreffenden Sonnenstrahlen auf eine oberhalb der Heliostaten vorgesehene Absorbereinrichtung.
Die Heliostaten der solarthermischen Anlage sind
üblicherweise an der Trägerkonstruktion befestigt. In der Regel sind mehrere Heliostaten im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche angeordnet. Sie sind vorzugsweise auch parallel zueinander angeordnet. Mehrere Heliostaten können in Reihe angeordnet sein. Mehrere Reihen von Heliostaten bilden ein Kollektorfeld. Eine solarthermische Anlage ist vorzugsweise aus mehreren Kollektorfeldern aufgebaut.
Die solarthermische Anlage ist bevorzugt in einer Richtung von Nord nach Süd bzw. umgekehrt angeordnet. Sie kann ebenso von West nach Ost bzw. umgekehrt sowie in jedem anderen beliebigen Winkel zu den Achsen der Himmelsrichtungen
angeordnet sein.
Der Begriff Drehachse bezeichnet eine gedachte oder
körperliche Achse des Heliostaten, um welchen eine Rotation bzw. Drehung des Heliostaten während seiner Verwendung zulässig und vorgesehen ist. Allgemein weist ein
dreidimensionaler Körper, wie hier der Heliostat, drei
Drehachsen auf, um welche eine Rotation erfolgen kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter der Drehachse, um welche der Heliostat gedreht werden soll, vorzugsweise diejenige Drehachse zu verstehen, welche sich in der
Längsrichtung des Heliostaten erstreckt, d.h. die Längsachse des Heliostaten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführung beschränkt.
Eine Welle bezeichnet allgemein ein stabförmiges Element.
Unter dem Begriff Welle, wie er hierin verwendet wird, kann auch ein Teil einer Welle, wie beispielsweise ein
Wellenstummel, verstanden werden, der an einer Fläche des Heliostaten befestigt ist.
Die Welle ist eine Einrichtung, welche dazu vorgesehen ist, Dreh- bzw. Rotationsbewegungen des Heliostaten zu vermitteln. Diese Dreh- oder Rotationsbewegung kann von einem elektrischen Antrieb ausgehen. Als Stromquelle kann dem elektrischen Antrieb ein mittels Kraftstoff betriebener
Generator, eine Solarstromquelle, zur Verfügung stehen. Der Motor ist vorzugsweise ein BLDC-Motor (bürstenlose
Gleichstrommaschine, engl, brushless direct current).
Die Begriffe elektrischer Antrieb bzw. Antrieb und Motor werden im Folgenden gleichbedeutend verwendet.
Der Antrieb kann mittels geeigneter Steuer- oder
Regeleinrichtungen angesteuert werden. Die Ansteuerung des Antriebs kann manuell oder automatisiert erfolgen. Der Antrieb weist allgemein eine Antriebswelle oder
Ausgangswelle, z.B. eine Hohlwelle aus Edelstahl, auf, welche an die an dem Heliostaten vorgesehene Welle gekoppelt ist. Die Kopplung der Ausgangswelle des elektrischen Antriebs an die Welle des Heliostaten und die Übertragung der
Antriebsleistung des elektrischen Antriebs erfolgt mittels eines Getriebes.
Der Begriff Getriebe, wie er hierin verwendet wird,
bezeichnet eine Vorrichtung, welche aus einem einzigen oder mehreren gleichen oder verschiedenen Getrieben aufgebaut bzw. zusammengesetzt ist.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage umfasst das Getriebe wenigstens ein Planetengetriebe.
Das Planetengetriebe kann ein- oder mehrstufig aufgebaut sein. Das Planetengetriebe stellt vorteilhaft eine besonders kompakte Bauform bereit. In einer weiteren Ausgestaltung ist das Planetengetriebe ein mehrstufiges Planetengetriebe, insbesondere ein dreistufiges Planetengetriebe . Das Planetengetriebe kann die Antriebsleistung des
elektrischen Antriebs direkt auf die Welle des Heliostaten übertragen. Das Planetengetriebe ist bevorzugt an ein
weiteres Getriebe gekoppelt. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage weist das Getriebe ein
Schneckengetriebe auf.
Ein Schneckengetriebe ist ein Schraubwälzgetriebe, welches in der Regel eine schraubenförmige Schnecke bzw. Schneckenwelle bzw. Schneckenzahnrad sowie ein Schneckenrad aufweist, welches bei einer Drehbewegung in die Schneckenwelle greift.
Das Vorsehen eines Schneckengetriebes stellt eine
Richtungsänderung der Übertragung der Drehbewegung,
beispielsweise in eine Richtung, senkrecht zu einer Richtung der Ausgangsdrehbewegung der Antriebswelle, bereit.
Das Schneckengetriebe kann ein dynamisches Schneckengetriebe sein. Es kann als selbstsperrendes oder selbstblockierendes Getriebe ausgestaltet sein.
Das Schneckengetriebe kann ausschließlich oder in Kombination mit einem weiteren Getriebe zum Übertragen der
Antriebsleistung des elektrischen Antriebs auf die
anzutreibenden bzw. zu drehenden Heliostaten vorgesehen sein. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist das Planetengetriebe mit dem Schneckengetriebe in Reihe geschaltet. Das Planetengetriebe kann direkt oder über wenigstens ein weiteres Übertragungselement mit dem Schneckengetriebe verbunden sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist die Schneckenwelle des
Schneckengetriebes mit einer Feder vorgespannt. Die
Vorspannung der Schneckenwelle kann auch durch mehrere gleichartige oder verschiedenartige Federn erreicht werden. Federn, wie sie zum Vorspannen der Schneckenwelle des
Schneckengetriebes verwendet werden können, schließen
Ringfedern, Tellerfedern, Drehstabfedern und dergleichen ein.
Das Vorspannen der Schneckenwelle des Schneckengetriebes mittels einer Feder trägt vorteilhaft dazu bei, ein Totspiel bzw. Spiel des Schneckengetriebes, welches sich aus einem radialen Zahnspiel und einem axialen Spiel der Schneckenwelle ergeben kann, zu reduzieren. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, das Schneckengetriebe mit einem verringerten
Achsabstand bereitzustellen. Mittels des Schneckengetriebes ist es vorteilhaft möglich, ein verbleibendes Zahnspiel zu verringern .
Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, Abweichungen im gewünschten Winkel bzw. der gewünschten Neigung der
Heliostaten zu verhindern. Die Heliostaten sind somit
vorteilhaft in der Lage, die auf sie eintreffenden
Sonnenstrahlen während ihres funktionellen Einsatzes dauerhaft auf einen Brennpunkt der Absorbereinrichtung zu fokussieren. Die Effizienz der solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung kann somit vorteilhaft weiter
verbessert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage steht das Schneckenrad des
Schneckengetriebes in direkter Wirkverbindung mit der Welle des Heliostaten. Insbesondere ist das Schneckenrad des
Schneckengetriebes über eine Welle-Nut-Verbindung an die Welle des Heliostaten angeflanscht.
Das Schneckenrad kann kraft- und/oder formschlüssig mit der Welle des Heliostaten verbunden sein. Es kann direkt in körperlichem Kontakt auf die Welle des Heliostaten
aufgeflanscht sein. Ferner kann eine Einrichtung zum Schutz der Welle des Heliostaten, wie ein Puffer, eine Manschette und dergleichen aus einem geeigneten Material zwischen dem äußeren Umfang der Welle des Heliostaten und dem inneren Umfang des Schneckenrads des Schneckengetriebes vorgesehen sein .
Eine möglichst spielfreie Montage des Schneckenrades und des Heliostaten kann beispielsweise mittels Schrumpfpassung, einer Keilwelle oder einer eingespannten Keilwelle, Klemmen; Einspannklemmen, einer Kegelbefestigung, einer konischen Welle, einer mit Muttern versehenen (konischen) Welle und/oder mit Ringspannkupplungen und dergleichen erreicht werden .
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage weist das Getriebe eine
Gesamtübersetzung von i > 30.000 auf. Die Gesamtübersetzung des Getriebes bezeichnet allgemein als Produkt aller Einzelübersetzungen. Bei einer Übersetzung (Gesamtübersetzung oder Einzelübersetzung) kann es sich gleichfalls um eine Untersetzung (i > 1) handeln.
Die Gesamtübersetzung oder -Untersetzung des Getriebes kann allgemein auf verschiedene Weise berechnet werden. Beispiele schließen bekanntermaßen eine Berechnung anhand der
Größenverhältnisse einzelner Zahnräder eines Getriebes bzw. Getriebeabschnitts des Gesamtgetriebes, eine Berechnung anhand des Verhältnisses der Eingangsdrehzahl zur
Ausgangsdrehzahl und dergleichen ein. Die Gesamtübersetzung des Getriebes kann entsprechend der Art der Berechnung variieren. Unabhängig von der Art der
Berechnung beträgt eine bevorzugte Mindestübersetzung des Getriebes 30.000. Bevorzugt ist das Getriebe der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage wie folgt aufgebaut. In einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage ist das Planetengetriebe dazu vorgesehen, die von einem elektrischen Antrieb ausgehende Antriebsleistung aufzunehmen, und über eine außen verzahnte schräg verzahnte
Stirnradpaarung auf das Schneckengetriebe und von dort auf die an der Drehachse des Heliostaten vorgesehene Welle zu übertragen . Eine derartige Zahnradpaarung kann eine schräg verzahnte Stirnradpaarung sein. Die Stirnradpaarung kann eine
außenverzahnte Stirnradpaarung sein. Eine Außenverzahnung und Schrägverzahnung bietet den Vorteil eines leichteren und genaueren Laufs. Insbesondere greifen schräg verzahnte Zahnräder effizienter ineinander greifen als gerade verzahnte Zahnräder.
Ein Zahnrad der Stirnradpaarung kann auf der gleichen Welle wie das Planetengetriebe ausgeführt sein. Über die
Stirnradpaarung kann das Schneckengetriebe auf einer zweiten (Antriebs-) elle, welche parallel zu der Antriebswelle des Planetengetriebes verläuft, angeordnet sein. Das
Schneckengetriebe kann parallel, jedoch gegenläufig zum
Planetengetriebe, angetrieben werden.
Da die Antriebswellen im Wesentlichen in paralleler
Laufrichtung angetrieben werden, werden die verschiedenen Wellen unter dem Begriff Antriebswelle zusammengefasst .
Da die Antriebswelle des elektrischen Antriebs sowie auch die Welle des Heliostaten ein Drehmoment übertragen, werden sie auf Torsion beansprucht. In der mechanischen Konstruktion ist daher vorzugsweise nicht nur die Welle an sich, sondern auch die Welle-Nabe-Verbindung sorgfältig auszulegen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage weist die Gesamtkonstruktion des Getriebes einen Schlupf von nicht mehr als 5 Bogenminuten auf. Bevorzugt beträgt der Schlupf des Gesamtgetriebes
3 Bogenminuten oder weniger. Eine Ausführung der Gesamtkonstruktion des Getriebes mit einem vorteilhaft geringen Zahnspiel oder Schlupf kann beispielsweise mittels einer Getriebekonstruktion, wie sie vorstehend beschrieben wurde und welche ein Planetengetriebe, eine außenverzahnt Stirnradpaarung und ein Schneckengetriebe, die jeweils in Reihe geschaltet sind, aufweist, erreicht werden . Daneben können der elektrische Antrieb und das Getriebe der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage vorteilhaft im Wesentlichen wartungsfrei sein und im Wesentlichen keine Schmierung oder Fettung benötigen. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist der Heliostat mit einer
Winkelgenauigkeit von wenigstens 0,03 °, bevorzugt wenigstens 0,01 °, verfahrbar. Der Begriff Winkelgenauigkeit, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet die Genauigkeit, mit welcher der Heliostat auf einen bestimmten Winkel, zum Beispiel einen vorgegebenen Winkel in Abhängigkeit vom aktuellen Sonnenstand, verbringbar oder verfahrbar ist.
Mittels der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage kann die Winkelgenauigkeit vorteilhaft maximiert werden, d.h. dass eine Abweichung des Heliostaten von seinem vorgegebenen einzunehmenden Winkel minimiert wird. Die Winkelgenauigkeit kann dabei beispielsweise mittels eines möglichst geringen Spiels in der Kopplung der Antriebselemente, wie des
elektrischen Antriebs, des Getriebes, der Welle des
Heliostaten und dergleichen, erzielt werden. Ferner kann die Winkelgenauigkeit durch geeignete Minimierung der zum Antrieb der Heliostaten verwendeten Bauteile oder durch Verringerung des Gewichts der einzelnen Komponenten der zum Antreiben oder Verfahren oder zum Halten oder Tragen des Heliostaten beteiligten Elemente oder des Heliostaten selbst erreicht werden .
Heliostaten können dazu geeignet ausgestaltet sein.
Beispielsweise kann eine wabenförmige Struktur der
Heliostaten, welche eine auf einem Vliesgrundmaterial aufgebrachte Spiegelfolie umfassen kann, vorteilhaft zur Verringerung der Gewichtskraft des/der Heliostaten und somit zur Erhöhung der Winkelgenauigkeit und Verringerung der Abweichung beim Verfahren des/der Heliostaten beitragen.
Ein wabenförmig ausgestalteter Heliostat kann vorteilhaft leicht ausgestaltet sein. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage wird der elektrische Antrieb mittels eines Feldbusses angesteuert.
Ein Feldbus ist ein leitungsgebundenes serielles Bussystem, welches in der Regel dazu dient, Sensoren und Aktoren, wie den elektrischen Antrieb, mit Steuerungs- oder
Regelungseinrichtungen, beispielsweise einer CPU, zu
verbinden und einen Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten bereitzustellen.
Der Feldbus kann beispielsweise als CANopen-Netzwerk
ausgestaltet sein.
Im Gegensatz zu einer parallelen Verdrahtung ist der Feldbus vorteilhaft mit einem geringeren Verkabelungsaufwand
verbunden, was wiederum Zeit bei Planung und Installation einsparen kann. Ferner stellt der Feldbus eine höhere
Zuverlässigkeit und bessere Verfügbarkeit durch kurze Signalwege bereit. Aufgrund seines Vermögens, eine Eigendiagnose in Klartextanzeige zu erstellen, werden Warteoder gar Ausfallzeiten verringert. Da Erweiterungen oder Änderungen einfach durchführbar sind, garantiert der Feldbus vorteilhaft Flexibilität.
Zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs kann ein
esswertgeber oder Kodierer vorgesehen sein.
Der Messwertgeber dient dazu, einen Befehl oder ein
Steuersignal einer Steuereinheit an den elektrischen Antrieb zu übermitteln. Gleichzeitig kann der Messwertgeber oder Kodierer seine aktuelle Position an die Steuereinheit
übermitteln .
Der Messwertgeber oder Kodierer kann beispielsweise an einer Seite des elektrischen Antriebs oder in einem Gehäuse für den elektrischen Antrieb vorgesehen sein. Der Kodierer kann zur Signalbildung aus Bewegungen dienen. Er kann optisch,
magnetisch und/oder mechanisch mit Kontakten arbeiten.
Der Kodierer ist vorzugsweise ein Absolutwertgeber. Der
Absolutwertgeber kann an der Antriebswelle des elektrischen Antriebs vorgesehen sein. Er kann dazu dienen, Eingangs- oder Steuerungssignale von einer Leitzentrale an den elektrischen Antrieb zu übermitteln. Beispielsweise kann die CPU in bestimmten fest vorgegebenen oder variablen Zeitabständen Befehle bzw. Steuersignale senden, um den elektrischen
Antrieb einzustellen, bis der Messwertgeber eine nächste Position erreicht.
Mit Hilfe des Ausgangssignals eines Kodierers kann die
Antriebseinheit vorteilhaft reproduzierbare Bewegungen ausführen und - im Falle eines Absolutwertgebers - auch nach Abschaltung des Antriebs wieder genau in eine
Ausgangsposition (Referenzposition) fahren. Die Steuereinheit zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs, wie beispielsweise eines BLDC-Motors, kann eine BLDC- Steuereinheit sein. Die Steuereinheit kann eine
Schnittstelle, z.B. eine CAN-Schnittstelle für ein CANopen- Netzwerk, aufweisen.
Die Steuerung des elektrischen Antriebs kann mittels
geeigneter Software erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage steht das Getriebe mit zwei
Heliostaten in Wirkverbindung.
Die Ausgangswelle des elektrischen Antriebs dient dabei bevorzugt dazu, zwei Heliostaten anzutreiben. Die Heliostaten können sich dabei auf der gleichen oder auf verschiedenen
Seiten des elektrischen Antriebs bzw. des Getriebes befinden.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage sind die Heliostaten an gegenüberliegenden
Getriebeseiten angeordnet.
Der elektrische Antrieb bzw. das Getriebe kann wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen je eines Heliostaten aufweisen. Eine solche Einrichtung kann eine Kupplung sein. Die Einrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Heliostaten lösbar aufzunehmen, beispielsweise kann der Heliostat an einer Seitenflanke desselben in eine in der Kupplung
vorgesehene Öffnung eingeführt oder eingesteckt werden. Die Seitenflanke kann der Breitenausdehnung des Heliostaten entsprechen. Die Kupplung kann die Seitenflanke des
Heliostaten im Wesentlichen oder vollständig oder teilweise umschließen oder umgreifen. Die Kupplung oder eine andere geeignete Einrichtung zum Aufnehmen des Heliostaten kann weitere Elemente, wie Klemmen, Spangen, Spannvorrichtungen und dergleichen zum lösbaren Aufnehmen des Heliostaten aufweisen. Auch Schraubverbindungen können vorgesehen sein. Der Heliostat kann auch unlösbar mit der Ausgangswelle des Antriebs verbunden sein.
In der solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, je einen elektrischen Antrieb zum
Antreiben von mindestens zwei an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes befindlichen Heliostaten vorzusehen. Eine Reihe mit z.B. 16 Heliostaten kann daher entsprechend
beispielsweise mit nur einem mittig angeordneten elektrischen Antrieb ausgestattet sein.
Werden mehrere Motoren für eine Reihe von Heliostaten
vorgesehen, kann vorteilhaft eine Verdrehsicherheit der
Heliostaten gewährleistet sein, da die Heliostaten durch ihren direkten Zusammenschluss an den Wellen oder
Wellenstummeln nicht mechanisch wie eine lange Welle
reagieren, welche Drehmomenten und Torsion unterliegen könnte .
Der Heliostat kann an einer Welle befestigt sein. Der
Heliostat kann einen Wellenstummel aufweisen. Die Welle oder der Wellenstummel des Heliostaten können körperlich mit der Ausgangswelle des Antriebs verbunden sein. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage sind mehrere, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht, Heliostaten an einer Welle befestigt oder über ihre jeweiligen Wellen und/oder Wellenstummel aneinander gekoppelt. Die
Ausgangswelle des Antriebs kann entsprechend derart
ausgestaltet und vorgesehen sein, um die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs auf die Welle der Heliostaten zu übertragen und eine Drehung derselben zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Wellen, an welcher jeweils wenigstens zwei Heliostaten befestigt sind, an jeder Seite des Getriebes vorgesehen und in
geeigneter Weise an die Ausgangswelle des Antriebs gekoppelt. Beispielsweise kann der Antrieb dazu ausgelegt sein,
wenigstens acht Heliostaten, welche an einer Welle befestigt, oder über ihre Wellen bzw. Wellenstummel miteinander
verbunden sind, auf jeder Getriebeseite vorgesehen sind, anzutreiben . In einer beispielhaften Ausführungsform sind jeweils acht Heliostaten an einer Welle gelagert, welche mit einer Seite des Getriebes verbunden ist. Der elektrische Antrieb kann daher dazu ausgelegt und in der Lage sein, eine Reihe von beispielsweise 16 Heliostaten anzutreiben.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage sind der elektrische Antrieb und das Getriebe im Wesentlichen vollständig in einem Gehäuse
angeordnet. Das Gehäuse ist mit der Trägerkonstruktion der solarthermischen Anlage verbunden. Das Gehäuse kann einteilig gebildet sein. Es kann mittels eines Gießverfahrens oder eines Extrusionsverfahrens und dergleichen hergestellt sein. Das Gehäuse kann aus einem Material wie Aluminium-Druckguss , Edelstahl oder dergleichen hergestellt sein. Es kann ein IP54- oder ein IP65-Gehäuse sein. Das Gehäuse kann Klappen, Deckel oder dergleichen aufweisen, welche geöffnet werden können und einen Zugriff auf die im Inneren des Gehäuses befindlichen Antriebselemente gewähren können.
Das Gehäuse ist vorzugsweise staubdicht bzw. sanddicht und/oder UV-beständig. Es kann dazu ausgelegt sein,
Temperaturen in einem Bereich von etwa -10 °C bis etwa +60 °C standzuhalten. Ferner kann es gegenüber einer relativen
Feuchte von bis zu 100 % beständig sein. Das Gehäuse dient dazu, den elektrischen Antrieb und das Getriebe gegen äußere Einflüsse, wie Umwelt- oder klimatische Bedingungen, zu schützen . Das Gehäuse kann dazu ausgelegt sein, weitere Einrichtungen oder Elemente, welche beispielsweise zum Antreiben der
Heliostaten oder zum Ansteuern des Antriebs vorgesehen sind, aufzunehmen. Beispielsweise kann eine Steuereinheit zum
Ansteuern des elektrischen Antriebs im Gehäuse vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse in einem Abschnitt eine Terminal-Box aufweisen. Die Terminal-Box kann
gleichermaßen einteilig mit dem Gehäuse zum Aufnehmen des elektrischen Antriebs und des Getriebes ausgestaltet sein. Das Gehäuse kann eine Abzugsöffnung oder Belüftungseinrichtung zum Belüften des Getriebes aufweisen. Ferner kann das Gehäuse eine Öffnung oder Aussparung zum Durchführen der Ausgangswelle des elektrischen Antriebs aufweisen . Das Befestigen des Gehäuses an der Trägerkonstruktion kann vorteilhaft die mechanische Stabilität der Antriebselemente gewährleisten. Der elektrische Antrieb und das Getriebe können stabil und verwindungssteif befestigt sein, wodurch eine hohe Genauigkeit der Übertragung der Antriebsleistung des elektrischen Antriebs auf die Heliostaten gewährleistet werden kann. Zugleich kann die Trägerkonstruktion einen weiteren Schutz der Antriebselemente vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Wind, Regen, direkter Sonneneinstrahlung und dergleichen, bereitstellen.
Das Gehäuse kann direkt mit der Trägerkonstruktion verbunden sein. Beispielsweise kann eine Außenwand des Gehäuses mit einer Innenwand oder Innenseite eines Abschnitts der
Trägerkonstruktion verbunden sein. Es können Elemente zum Puffern oder (Ab) federn oder Verstärken der Verbindung zwischen der Gehäuseaußenwand und der Trägerkonstruktion vorgesehen sein.
Die Trägerkonstruktion kann eine zum Aufnehmen des Gehäuses in einem Abschnitt der Trägerkonstruktion geeignete Form oder Ausgestaltung aufweisen. Beispielsweise kann die
Trägerkonstruktion einen kastenförmigen Bereich aufweisen. Beispielhafte Ausführungen sind in der beigefügten Fig. 7 gezeigt .
Um das Gehäuse mit der Trägerkonstruktion zu verbinden, kann das Gehäuse in wenigstens einem Abschnitt eine oder mehrere Öffnungen oder Bohrungen aufweisen. Das Gehäuse kann form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der
Trägerkonstruktion verbunden sein. Geeignete Verbindungsarten schließen ein Verschrauben, Verlöten, Verschweißen,
Verkleben, Vernieten des Gehäuses mit einem Abschnitt der Trägerkonstruktion und dergleichen ein.
Die Befestigung des Gehäuses kann mit den gleichen
Konstruktionsteilen wie bei dem Aufbau der Trägerkonstruktion erfolgen. Beispielsweise können U- und/oder T-Profile
vorteilhaft dazu eingesetzt werden, um eine hohe Stabilität und Steifigkeit des Gesamtsystems zu erreichen.
Die Trägerkonstruktion ist vorteilhaft dazu ausgelegt, den am Standort der erfindungsgemäßen Anlage herrschenden
Bedingungen standzuhalten. Derartige Bedingungen schließen bestimmte Belastungen und auf die Trägerkonstruktion
wirkenden Kräfte, wie Beanspruchung durch Wind, Erdbeben oder Erschütterungen, Wasserdruck, Sand, Staub und dergleichen ein.
Die Trägerkonstruktion ist vorzugsweise dazu ausgelegt, den besonderen Anforderungen an eine solarthermische Anlage, wie sie beispielsweise in einer Wüstengegend herrschen, zu entsprechen. Die Trägerkonstruktion kann auch dazu ausgelegt oder darauf getestet sein, Anforderungen oder Belastungen standzuhalten, die in einer Wüstengegend nicht oder im
Wesentlichen nicht vorkommen, jedoch als Testbelastung verwendet werden. Beispiele schließen das Standhalten
gegenüber einer Belastung durch Schnee bzw. einer Schneelast und dergleichen ein.
Die Trägerkonstruktion kann beispielsweise entsprechend den Normen EN-1991-1-4 (Belastung durch Wind), NV65' 99, NBE AE- 88, UBC-97 (Belastung durch Erdbeben) und dergleichen
getestet und ausgelegt sein. Geeignete Tests schließen das Testen bestimmter Belastungen durch Wind, beispielsweise Windstöße, die auf eine Anordnung der Heliostaten in einem Winkel von 35°, -30° oder -10° , bezogen auf einen Winkel zwischen einer Unterseite der Heliostaten und einer Ebene der Trägerkonstruktion parallel zu einer Ebene des Untergrunds, wie beispielsweise dem Erdboden, treffen, Belastungen durch Erdbeben, wie beispielsweise Erdbeben mit einer Stärke von VII auf der Richterskala und dergleichen ein.
Die Winkelangaben, wie sie vorstehend angegeben sind, können sich auf ein Bezugssystem, wie beispielsweise ein
Koordinatensystem, beziehen, in welchem 0° demjenigen Winkel entspricht, in welchem die Heliostaten parallel zu einer Ebene des Untergrund wie des Erdbodens und mit ihrer
reflektierenden Oberfläche in Richtung Sonne zeigend
angeordnet sind, 90° demjenigen Winkel entspricht, in welchem die Heliostaten senkrecht zur Ebene des Untergrunds
angeordnet sind, und 180° demjenigen Winkel entspricht, in welchem die Heliostaten wiederum parallel zur Ebene des
Untergrunds, jedoch mit ihrer reflektierenden Seite zum
Untergrund hin angeordnet sind. Die positiven Winkelangaben können entsprechend einem Winkel der Heliostaten zwischen 0° und 180° entsprechen, die negativen Winkelangaben einem
Winkel zwischen 0° und (-) 180°. Ein beispielhaftes
Koordinatensystem ist in Fig. 15 gezeigt.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist wenigstens ein Sensor zum
Erfassen eines Winkels des Heliostaten an der
solarthermischen Anlage vorgesehen. Der Begriff Sensor, wie er hierin verwendet wird bezeichnet eine Einrichtung, welche zum Erfassen bzw. Messen eines
Winkels des Heliostaten zu einer Ebene, beispielsweise einer Ebene der Trägerkonstruktion parallel zu einem Untergrund wie dem Erdboden, geeignet und vorgesehen ist. Der Sensor kann ein Neigungssensor sein. Der gemessene oder erfasste Winkel oder die gemessene oder erfasste Neigung entspricht dabei bevorzugt dem aktuellen Winkel oder der aktuellen Neigung, welche (n) der Heliostat in Bezug auf die Ebene einnimmt, z.B. derjenige aktuelle Winkel, den der Heliostat während seines Verfahrens in Abhängigkeit vom Sonnenstand überstreicht.
Da die Genauigkeit der Positionierung des/der Heliostaten von der Auflösung zwischen der Position des Sensors abhängen kann, werden vorzugsweise geeignete hochauflösende Sensoren verwendet .
Der Sensor oder eine Vielzahl von Sensoren kann an
verschiedenen Positionen der solarthermischen Anlage
vorgesehen sein. Beispiele schließen eine Anordnung am elektrischen Antrieb und/oder am Getriebe, am Gehäuse, an der Trägerkonstruktion und/oder am Heliostaten selbst ein. In einer Anordnung, an der jeweils ein Heliostat an einer Seite des Getriebes vorgesehen ist, kann jeweils ein Sensor am Heliostaten vorgesehen sein. Eine beispielhafte Ausführung ist in Fig. 9 gezeigt.
Die Ansteuerung des elektrischen Antriebs kann beispielsweise so erfolgen, dass die CPU in bestimmten fest vorgegebenen oder variablen Zeitabständen Befehle bzw. Steuersignale sendet, um den elektrischen Antrieb einzustellen, bis der Sensor eine nächste Position erreicht. Die Anpassung- oder Einstellzeit kann z.B. etwa 1 s betragen. In einer Ausführung, in der eine Reihe von Heliostaten an einer Welle befestigt ist, welche durch die Antriebswelle des elektrischen Antriebs gedreht wird, kann z.B. ein Sensor pro Heliostatenreihe bzw. ein Sensor für die Heliostaten auf jeder Seite des Getriebes vorgesehen sein.
Der Sensor kann vorteilhaft ein Feedback-System
bereitstellen, da er eine absolute Position des oder der Heliostaten erfassen und an eine Steuereinheit übermitteln kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine exakte Steuerung der Heliostaten erfolgen und die Effizienz der
erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage vorteilhaft weiter erhöht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage sind die Heliostaten mittels eines Langsamgangs zum Verfahren der Heliostaten in Abhängigkeit vom Sonnenstand oder mittels eines Schnellgangs verfahrbar.
Der Begriff Langsamgang, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Verfahrweise, welche während des funktionellen Betriebs der Heliostaten dazu dienen kann, die
Heliostaten in geeigneter Weise dem Sonnenstand nachzuführen. Die Nachführung der Heliostaten kann kontinuierlich oder in diskreten Stufen erfolgen. Eine kontinuierliche Nachführung der Heliostaten ist bevorzugt.
Der Langsamgang kann eine Geschwindigkeit von 0,01°/sec bis 0,05°/sec aufweisen. Beispielsweise kann der Langsamgang eine Geschwindigkeit von etwa 0,03°/sec, was 90°/12 h entspricht, aufweisen . Das Verfahren der Heliostaten im Langsamgang kann vorteilhaft durch eine hohe Untersetzung der Antriebsleistung des
elektrischen Antriebs bzw. des Motors auf die Welle der
Heliostaten erreicht werden. So kann beispielsweise
entsprechend eine große Antriebsleistung mit einer Drehzahl von z.B. etwa 200 Umdrehungen pro Minute (rpm) auf eine
Drehzahl des Schneckenrades bzw. der Welle der Heliostaten von etwa 0,005 Umdrehungen pro Minute untersetzt werden. Der Langsamgang des elektrischen Antriebs wird vorteilhaft dazu eingesetzt, die Heliostaten möglichst genau an den momentanen Sonnenstand anzupassen. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Heliostaten exakt so auszurichten, dass sie die eingehenden Sonnenstrahlen im Wesentlichen vollständig zur Absorbereinrichtung reflektieren können.
Der Begriff Schnellgang, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Verfahrweise, welche dazu eingesetzt werden kann, die Heliostaten in eine Position ihres nicht- funktionellen Betriebs, z.B. eine Position zur Reinigung der Heliostaten, eine Verstauposition der Heliostaten über Nacht oder dergleichen, zu verbringen. Die Heliostaten können kontinuierlich oder in diskreten Stufen in eine Position ihres nicht-funktionellen Betriebs verbracht werden, wobei auch hier eine kontinuierliche Verfahrweise bevorzugt ist.
Insbesondere kann eine Position zur Reinigung des Heliostaten eine Anordnung des Heliostaten „über Kopf", wobei die
reflektierende Oberfläche des Heliostaten einem Untergrund wie dem Erdboden zugewendet ist, entsprechen
Der Schnellgang kann eine Geschwindigkeit von über 0, 4°/sec, insbesondere z.B. 0,4°/sec bis 0,8°/sec aufweisen.
Insbesondere kann die Geschwindigkeit des Schnellgangs etwa 0,6°/sec, was 180°/5 min entspricht, aufweisen. Die
Heliostaten können beispielsweise in etwa 5 min in eine
Verstauposition gebracht werden.
Während des Schnellgangs kann die Antriebsleistung mit einer Drehzahl von z.B. etwa 4.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) auf eine Drehzahl des Schneckenrades bzw. der Welle der
Heliostaten von etwa 0,1 Umdrehungen pro Minute untersetzt werden .
Der Schnellgang der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage kann vorteilhaft ein schnelles Verfahren der Heliostaten zu nicht-funktionellen Zwecken derselben zulassen. Auf diese Weise kann es vorteilhaft möglich sein, die Heliostaten z.B. am Abend auf zeitsparende Weise in eine gewünschte Position zu verbringen. Für die funktionelle Nutzung der Heliostaten am nächsten Tag können diese beispielsweise vor Sonnenaufgang in die Ausgangsposition, zum Beispiel in eine Anordnung von 70° bezogen auf eine Ebene des Untergrunds, zum Erfassen der ersten Sonnenstrahlen aus dem Osten, angeordnet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist ein Drehwinkel ß der Heliostaten größer 90°, bevorzugt größer 180°, weiter bevorzugt größer 200°, insbesondere einschließlich 300°. Ein maximaler
Drehwinkel ß kann zum Beispiel genau 300° betragen.
Ein Drehwinkel ß der Heliostaten, wie er hierin verwendet wird, kann einen Winkel der Heliostaten bezogen auf eine Ebene eines Bezugssystems, wie beispielsweise der
Trägerkonstruktion, die parallel zum Untergrund ist, oder des Untergrunds selbst, bezeichnen. Das Vorsehen eines Drehwinkels von mehr als 180° und
insbesondere bis einschließlich 300° kann vorteilhaft dazu beitragen, eine größere Flexibilität der solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten. Zugleich kann vorteilhaft sichergestellt sein, dass Drehwinkel von z.B. als 180° nicht zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Anlage führen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
solarthermischen Anlage ist wenigstens eine
Sicherheitskupplung zum Schutz des Getriebes und/oder der Heliostaten vorhanden.
Der Begriff Sicherheitskupplung, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Einrichtung, welche das Getriebe vor Schäden, die z. B. durch Blockieren und/oder Überbelastung der Antriebselemente hervorgerufen werden können, schützt. Beispielsweise kann die Sicherheitskupplung zwei Antriebselemente voneinander trennen, z.B. eine Zahnradverbindung auskuppeln oder aushebeln, wenn das Drehmoment eine zulässige Grenze überschreitet. Die Sicherheitskupplung kann auch eingreifen, wenn beispielsweise ein Blitz einschlägt, wenn die Steuerung ein unsinniges Steuerungssignal liefert, der elektrische Antrieb durchdreht und dergleichen.
Die Sicherheitskupplung kann an verschiedenen Stellen bzw. Positionen des Antriebs bzw. des Getriebes vorgesehen sein. Mögliche Ausgestaltungen einer Sicherheitskupplung bei der vorstehend beschriebenen Ausführung des Getriebes schließen eine oder mehrere Sicherheitskupplungen zwischen dem
elektrischen Antrieb und dem Planetengetriebe, zwischen dem Planetengetriebe und der außen verzahnten Stirnradpaarung, zwischen der Stirnradpaarung und dem Schneckengetriebe und/oder zwischen dem Schneckenrad und der Welle der
Heliostaten ein.
Die Sicherheitskupplung stellt vorteilhaft eine Not-Aus- Funktion bereit. Dies kann wiederum vorteilhaft dazu dienen, den elektrischen Antrieb und das Getriebe vor einer
Übersteuerung zu schützen. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Beschädigung der Heliostaten vermieden werden. Mit der solarthermischen Anlage gemäß der vorliegenden
Erfindung kann vorteilhaft eine effiziente Ausnutzung der auf die Heliostaten auftreffenden Sonneneinstrahlung erreicht werden. Gleichzeitig kann es vorteilhaft möglich sein, einen guten Kompromiss zwischen einer ausreichend hohen
Gesamtübersetzung und einem hinreichend kleinen Schlupf oder Zahnspiel zu erreichen. Somit kann eine gute
Gesamtübersetzung der Antriebsleistung auf die Drehbewegung der Heliostaten erreicht und gleichzeitig eine hohe
Winkelgenauigkeit der Heliostaten gewährleistet werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder identische Elemente. Es gilt:
Fig. 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung der
Antriebselemente gemäß einer Ausführungsform der solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 zeigt eine perspektivische Frontansicht eines
geschlossenen Gehäuses in einer senkrechten
Anordnung; Fig. 3 zeigt eine perspektivische Frontansicht des
Gehäuses aus Fig. 2 in einem ersten geöffneten Zustand; Fig. 4 zeigt eine perspektivische Frontansicht des
Gehäuses aus Fig. 2 oder 3 in einem zweiten
geöffneten Zustand;
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines
Schneckengetriebes;
Fig. 6 zeigt einen Graphen, der die Abweichung eines
Heliostaten über den Abstand des Heliostaten zum Brennpunkt einer Absorbereinrichtung
veranschaulicht;
Fig. 7A-C zeigen jeweils Ausführungen der Positionierung des
Gehäuses in bzw. an einem Abschnitt einer Trägerkonstruktion;
Fig. 8 zeigt eine Frontansicht des in bzw. an der
Trägerkonstruktion positionierten Gehäuses;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Frontansicht des
Gehäuses mit Heliostaten;
Fig. 10 zeigt eine weitere perspektivische Frontansicht des
Gehäuses mit Heliostaten; Fig. 11 zeigt schematisch eine Ankopplung einer Kupplung an die Antriebselemente; Fig. 12 zeigt schematisch vereinfacht eine Ansteuerung der Heliostaten;
Fig. 13 zeigt schematisch vereinfacht eine weitere
Ansteuerung der Heliostaten; zeigt eine perspektivische Frontansicht der
Antriebselemente in einer waagrechten Anordnung; und veranschaulicht die Drehbewegung eines Heliostaten
Fig. 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung der Antriebselemente 100 gemäß einer Ausführungsform der
solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung.
Die Antriebselemente 100 weisen einen elektrischen Antrieb 1 und ein Getriebe 3 auf. Der elektrische Antrieb 1 kann ein BLDC-Motor sein. Der elektrische Antrieb 3 kann mit einer Eingangsspannung von 12 V Gleichspannung betrieben werden. Der elektrische Antrieb 1 kann ein Torsionsdrehmoment Mt in einem Bereich von 0,01 bis 0,03 Nm aufweisen. Zum Verfahren der Heliostaten im
Langsamgang kann der elektrische Antrieb 1 mit einer Drehzahl nc in einem Bereich von 150 bis 200 U/min (rpm, rounds per minute) . Zum Verfahren der Heliostaten im Schnellgang kann der elektrische Antrieb 1 mit einer Drehzahl ns in einem Bereich von 3.500 bis 4000 U/min (rpm).
Ein Strom des nominalen Drehmoments des elektrischen Antriebs 1 In kann im Bereich von 0,5 - 1 A liegen. Ein Strom des maximalen Drehmoments Imax des elektrischen Antriebs 1 kann im Bereich von 1 bis 3 A liegen.
Über eine zentrale Steuereinheit, beispielsweise eine CPU (in Fig. 1 nicht gezeigt) einer Schaltzentrale wird ein
Steuersignal an eine Steuereinheit 5 zum Ansteuern des elektrischen Antriebs 1 geleitet.
Das Getriebe 3 ist über eine Ausgangswelle 7 des elektrischen Antriebs 1 mit dem elektrischen Antrieb 1 verbunden.
Das Getriebe 3 weist ein Planetengetriebe 9 auf. In Fig. 1 ist das Planetengetriebe 9 beispielhaft als dreistufiges Planetengetriebe ausgeführt.
Eine Eingangsdrehzahl des Planetengetriebes 9 entspricht einer Ausgangsdrehzahl des elektrischen Antriebs 1.
Beispielsweise kann eine Eingangsdrehzahl nc des
Planetengetriebes 9 im Langsamgang des elektrischen Antriebs 1 in einem Bereich von 100 bis 200 rpm liegen, eine
Eingangsdrehzahl ns im Schnellgang des elektrischen Antriebs 1 liegt in einem Bereich von 3000 bis 4000 rpm.
Eine Gesamtübersetzung iges des Planetengetriebes beträgt beispielsweise 128.
Am Ausgang des Planetengetriebes 9 ist ein Kugellager 11 vorgesehen . Das Planetengetriebe 9 ist über die Ausgangswelle 7 an eine schräg verzahnte, außen verzahnte Stirnradpaarung 13
gekoppelt . Eine Eingangsdrehzahl der schräg verzahnten, außen verzahnten Stirnradpaarung 13 entspricht einer Ausgangsdrehzahl des Planetengetriebes 9. Die schräg verzahnte, außen verzahnte Stirnradpaarung 13 übersetzt die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs 1 von der Ausgangswelle 7 des elektrischen Antriebs 1 auf eine zweite Welle 15, welche parallel, jedoch gegenläufig zu der Antriebswelle 7 angetrieben wird.
Die Welle 15 kann eine Edelstahl-Hohlwelle sein. Sie kann einen Durchmesser von 30 mm aufweisen.
Über die zweite Welle 15 wird ein Schneckengetriebe 17 angetrieben. Das Schneckengetriebe 17 ist mittels einer Feder 19, wie beispielsweise einer Tellerfeder, vorgespannt.
Eine Eingangsdrehzahl des Schneckengetriebes 17 entspricht einer Ausgangsdrehzahl der schräg verzahnten, außen
verzahnten Stirnradpaarung 13.
Das Schneckengetriebe 17 kann ein Torsionsdrehmoment t in einem Bereich von 5 bis 6 Nm aufweisen. Die
Gesamtuntersetzung des Schneckengetriebes 17 liegt in einem Bereich von 85 bis 95.
Das Schneckengetriebe 17 weist eine Schneckenwelle 21 sowie ein Schneckenrad 23 auf. Das Schneckenrad 23 ist im Betrieb der solarthermischen Anlage auf eine Welle eines Heliostaten (hier nicht gezeigt) aufgeflanscht . Zum Koppeln der Welle des (der) Heliostaten an die Getriebewelle, weist das
Schneckenrad 23 eine Öffnung 25 auf. Die Übertragung der Antriebsleistung des elektrischen
Antriebs 1 auf die zu drehenden Heliostaten kann bei einem Torsionsdrehmoment Mt in einem Bereich von 100 bis 140 Nm erfolgen. Die Drehzahl nc, mit welcher die Heliostaten im Langsamgang des elektrischen Antriebs 1 verfahren werden, beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,005 rpm. Die Drehzahl ns, mit welcher die Heliostaten im Schnellgang des elektrischen Antriebs 1 verfahren werden, beträgt
vorzugsweise 0,1 rpm.
An den Antriebselementen 100 kann ein Messwertgeber oder Absolutwertgeber 27 vorgesehen sein. Der Absolutwertgeber 27 kann an der Antriebswelle 7 des elektrischen Antriebs 1 vorgesehen sein.
Die Ansteuerung der Antriebselemente 100 kann mittels eines Feldbusses 29, wie eines CANopen-Netzwerks , erfolgen. Die Versorgungsspannung kann 380 V betragen. Es wird zum Beispiel davon ausgegangen, dass am Standort der solarthermischen Anlage der vorliegenden Erfindung eine Spannung von 230 V Wechselspannung, einphasig verfügbar ist.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Frontansicht eines
geschlossenen Gehäuses 31 in einer senkrechten Anordnung.
Das Gehäuse 31 ist beispielsweise mittels eines
Gießverfahrens aus Aluminium-Druckguss hergestellt.
Das Gehäuse 31 weist in seinem Inneren Platz zum Aufnehmen des elektrischen Antriebs (in Fig. 2 nicht gezeigt) und des Getriebes (in Fig. 2 ebenfalls nicht gezeigt) auf. In einem oberen Teil (bezogen auf die Darstellung in Fig. 2) weist das Gehäuse 31 eine Aussparung 33 auf. In dieser
Aussparung 33 ist die Welle 15 angeordnet, um mit einer Welle des (der) Heliostaten verbunden werden zu können.
Das Gehäuse 31 weist eine Belüftungseinrichtung 34 zum
Belüften der Antriebselemente auf.
Das Gehäuse 31 weist eine Terminal-Box 35 auf. Die Terminal- Box 35 ist zum Aufnehmen der Steuereinheit 5 geeignet. Die Terminal-Box 35 zum Aufnehmen der Steuereinheit 5
ausgestaltet sein.
Zum Befestigen des Gehäuses 31 an einer Trägerkonstruktion kann das Gehäuse 31 mehrere Bohrungen 37 aufweisen.
Beispielsweise kann das Gehäuse 31, wie in Fig. 2 gezeigt, vier Bohrungen 37 aufweisen. Die Bohrungen 37 können zur Befestigung des Gehäuses 31 an der Trägerkonstruktion mittels Schrauben, wie M8-Schrauben, geeignet und vorgesehen sein.
Zum Abdecken und Schützen der im Inneren des Gehäuses 31 befindlichen Antriebselemente (in Fig. 2 nicht gezeigt), weist das Gehäuse 31 eine erste Abdeckung 39 und eine zweite Abdeckung 41 auf.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Frontansicht des Gehäuses 31 in einem ersten geöffneten Zustand. In dem in Fig. 3 gezeigten Zustand ist die erste Abdeckung des Gehäuses 31 entfernt, so dass ein Teil der außen verzahnten schräg verzahnte Stirnradpaarung 13 und die Schneckenwelle 21 sowie das Schneckenrad 23 des Schneckengetriebes 17 zu sehen sind. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Schneckengetriebe 17 an einer Seitenfläche (in der Darstellung in Fig. 3 einer oberen Seitenfläche) gegen eine Kopfplatte 43 des Gehäuses 31 abgestützt .
Die zweite Abdeckung 41 ist geschlossen.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Frontansicht des Gehäuses aus Fig. 2 oder 3 in einem zweiten geöffneten Zustand.
Die erste Abdeckung 39 ist geschlossen. Die zweite Abdeckung ist entfernt, so dass das Planentengetriebe 9, der
elektrische Antrieb 1 und der Absolutwertgeber 27 zu sehen sind.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des
Schneckengetriebes 17.
Die Schneckenwelle 21 ist an einer Seite (in Fig. 5 der linken Seite) mit der Feder 19 vorgespannt.
Wie in der in Fig. 5 gezeigten Darstellung gut zu erkennen ist, wird die Antriebsleitung der Antriebselemente mittels des Schneckenrades 23 des Schneckengetriebes in einer
Richtung senkrecht zu Richtung der Antriebswelle umgelenkt. Die Richtung des Antriebs der Heliostaten kann daher einer Richtung auf den Betrachter der Fig. 5 zu entsprechen. Eine Rotation der an die Antriebselemente gekoppelten Heliostaten kann daher einer Rotation nach rechts oder links (bezogen auf die Darstellung der Fig. 5) entsprechen. Eine Welle der Heliostaten, an welcher die Heliostaten gelagert sind, kann in die Öffnung 25 des Schneckenrades 23 eingeführt werden. In Fig. 5 ist gut zu erkennen, dass sowohl die
Stirnradpaarung 13 als auch die Schneckenwelle 21 schräg verzahnt sowie außen verzahnt ausgestaltet sind. Auf diese Weise kann es vorteilhaft möglich sein, einen ruhigeren Lauf mit weniger Zahnspiel bereitzustellen. Der Schlupf des
Getriebes kann so vorteilhaft minimiert werden.
Ein hoher Schlupf könnte zu starken Abweichungen im
gewünschten Winkel der Heliostaten während ihres Verfahrens führen .
Fig. 6 zeigt einen Graphen, der die Abweichung der
Heliostaten über den Abstand der Heliostaten zum Brennpunkt einer Absorbereinrichtung veranschaulicht. Die x-Achse des Graphen gibt den Abstand des Heliostaten vom Brennpunkt der Absorbereinrichtung in [mm] an. Die y-Achse gibt die
Abweichungen des Heliostaten von ihrer gewünschten Position in [mm] an. Die Graphen wurden in Abhängigkeit von
verschiedenen Werten für ein auftretendes Zahnspiel
aufgezeichnet .
Wie in Fig. zu erkennen ist, würde eine Abweichung der
Heliostaten bei z.B. 12 Bogenminuten bei einem Abstand des Heliostaten vom Brennpunkt der Absorbereinrichtung von etwa 4250 mm zu einer Abweichung von 15 mm führen.
Das Zahnspiel des Getriebes beträgt vorteilhaft vorzugsweise nicht mehr als 5 Bogenminuten, weiter bevorzugt nicht mehr als 3 Bogenminuten, so dass eine Abweichung der Heliostaten bei einem Abstand des Heliostaten vom Brennpunkt der
Absorbereinrichtung von 4250 mm nicht mehr als etwa 3,5 mm beträgt . Fig. 7A-C zeigen jeweils eine Möglichkeit zur Positionierung des Gehäuses 31 in bzw. an einem Abschnitt einer
Trägerkonstruktion 45.
Fig. 7A zeigt eine Anordnung, in der das Gehäuse 31 auf dem Kopf stehend an der Trägerkonstruktion 45 befestigt ist. Die Terminal-Box 35 ist von unten (in der Darstellung in Fig. 7A) her zugänglich.
Fig. 7B zeigt eine Anordnung, in der das Gehäuse 31 flach an der Trägerkonstruktion 45 befestigt ist. Die Terminal-Box 35 ist leicht von oben (in der Darstellung in Fig.7B)
zugänglich .
Fig.7C zeigt eine Anordnung, in der Gehäuse 31 herabhängend an der Trägerkonstruktion 45 befestigt ist. Die Terminal-Box 35 ist leicht von einer Seite (in der Darstellung in Fig. 7C der linken Seite) her zugänglich.
Fig. 8 zeigt eine Frontansicht des in bzw. an der
Trägerkonstruktion 45 positionierten Gehäuses 31. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Gehäuse 31 asymmetrisch in einem dafür vorgesehenen Abschnitt der Trägerkonstruktion 45
untergebracht. Eine asymmetrische Anordnung des Gehäuses 31 kann beispielsweise dazu dienen, einen leichteren Zugang zum Gehäuse 31 und den darin befindlichen Antriebselementen und/oder dem Absolutwertgeber, bereitzustellen. Ausführungen, in denen das Gehäuse symmetrisch in dem
Abschnitt der Trägerkonstruktion 45 untergebracht sind, sind ebenfalls von der Erfindung umfasst. Das Gehäuse 31 ist mit einer Außenseite an einer Innenseite der Trägerkonstruktion 45 befestigt. Zwischen der Außenseite des Gehäuses 31 und der Innenseite der Trägerkonstruktion 45 ist eine Verstärkung 47 vorgesehen. Die Verstärkung 47 kann dazu dienen, der Befestigung des
Gehäuses 31 an der Trägerkonstruktion 45 weitere Stabilität zu verleihen. Gleichzeitig kann die Verstärkung 47 eine Art Puffer zum Aufnehmen und/oder Abfedern von Stößen oder
Schlägen darstellen.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Frontansicht des Gehäuses 31, an welchem Heliostaten 49 vorgesehen sind.
In der in Fig. 9 dargestellten Ausführung ist an jeder Seite des Getriebes (in der Darstellung in Fig. 9 nicht gezeigt) ein Heliostat 49 angeordnet.
Es ist ein - in der Darstellung in Fig. 9 - links
angeordneter Heliostat 49a und ein rechts angeordneter
Heliostat 49b gezeigt. Die Heliostaten 49 sind aus einer waagrechten oder horizontalen Position nach hinten, d.h. von einem Betrachter weg, geneigt, so dass ein Teil einer
Unterseite der Heliostaten 49 zu sehen ist. Die Heliostaten 49 sind mittels einer Kupplung 51 an der Antriebswelle bzw. der Welle 15 der Abtriebselemente
befestigt. Zu diesem Zweck können die Heliostaten 49 einen Wellenstummel aufweisen, welcher in eine Öffnung der Kupplung 51 einführbar ist.
An der Unterseite des Heliostaten 49b ist ein Sensor 53 angeordnet. Der Sensor kann dazu ausgelegt sein, einen aktuellen Winkel bzw. eine Neigung des Heliostaten 49b zu erfassen. Da die beiden Heliostaten 49a, b an die gleiche Welle 15 der Antriebselemente gekoppelt sind, werden die Heliostaten 49a, b in der Regel in gleichem Maße gedreht. Der Sensor 53 kann daher gleichermaßen dazu verwendet werden, einen aktuellen Winkel oder eine Neigung der beiden
Heliostaten 49a, b zu erfassen.
Fig. 10 zeigt eine weitere perspektivische Frontansicht des Gehäuses 31 mit Heliostaten 49.
Gegenüber der in Fig. 9 gezeigten Darstellung sind die
Heliostaten 49 gegen eine Waagrechte oder Horizontale nach vorne, d.h. auf einen Betrachter zu, geneigt. Es ist nunmehr eine Oberseite der Heliostaten 49 zu sehen.
An einer Außenseite des Gehäuses 31, welche nicht mit der Trägerkonstruktion 45 befestigt ist, ist ein Absolutwertgeber 27 zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs vorgesehen.
Fig.11 zeigt schematisch die Ankopplung der Kupplung 51 an die Antriebswelle bzw. Welle 15 des Getriebes.
Die Kupplung 51 weist an ihrer Frontseite einen Schlitz 55 auf. Der Schlitz 55 kann zur Aufnahme eines Heliostaten (in Fig. 11 nicht gezeigt) in einer Richtung der Breite des
Heliostaten vorgesehen und ausgelegt sein. Die Kupplung 51 wird in einer Welle-Nut-Verbindung auf die Welle 15 des Getriebes aufgeflanscht .
Die Welle 15 ragt dazu in geeigneter Weise aus der Öffnung 25 des Gehäuses 31 heraus.
Schrauben 57, beispielsweise vier M8-Schrauben, sind dazu vorgesehen, das Gehäuse 31 stabil zusammenzuhalten. Auf diese Weise können die im Inneren des Gehäuses befindlichen
Antriebselemente vorteilhaft gegen äußere Einflüsse geschützt werden .
Fig.12 zeigt schematisch vereinfacht eine Ansteuerung der Heliostaten 49 (49a, 49b, 49c, 49d) zweier in Reihe
geschalteter Antriebssysteme 200.
Die in Fig. 12 gezeigte Darstellung der Heliostaten 49 entspricht derjenigen aus Fig. 9, wobei an den Unterseiten der (in Fig. 12) jeweils rechts angeordneten Heliostaten 49b und 49d jeweils ein Sensor 53 vorgesehen ist.
Der Sensor 53 ist jeweils mittels einer Steuerleitung 59 mit einem Netzwerk, wie einem Feldbus 29, verbunden. Die
Ansteuerung der Antriebssysteme 200 erfolgt mittels einer Steuereinrichtung wie einer CPU 61.
Die CPU 61 kann in bestimmten Zeitintervallen, zum Beispiel alle 14,4 s, einen Befehl aussenden, um jedes Antriebssystem 200 solange einzustellen, bis der Sensor 53 eine nächste Position erreicht. Eine solche nächste Position kann einem größeren Winkel, d.h. einer stärkeren Neigung, der
Heliostaten 49 gegen eine Horizontale oder einem kleineren Winkel, d.h. einer schwächeren Neigung, der Heliostaten 49 gegen eine Horizontalen, bezogen auf ein Bezugssystem, wie der Trägerkonstruktion, entsprechen.
Die CPU 61 kann den Befehl oder das Steuersignal über eine Steuerleitung 59 an den elektrischen Antrieb bzw. eine
Steuereinheit desselben übermitteln. Das Steuersignal kann beinhalten, die Drehzahl des elektrischen Antriebs
entsprechend bzw. in Abhängigkeit vom aktuellen Winkel bzw. der Neigung der Heliostaten anzupassen bzw. zu verändern, z.B. zu verringern oder zu erhöhen.
Fig. 13 zeigt schematisch vereinfacht eine weitere
Ansteuerung der Heliostaten 49. Die in Fig. 13 gezeigte Darstellung der Heliostaten 49 entspricht derjenigen aus Fig. 10, wobei an der linken Seite (in Fig. 13) des Gehäuses 31 jeweils ein Absolutwertgeber 27 vorgesehen ist. Der Absolutwertgeber 27 kann dazu vorgesehen sein, die von der CPU 61 vorgegebene (neue) Drehzahl für den elektrischen Antrieb an den elektrischen Antrieb zu übermitteln.
Für ein Nachfahren der Heliostaten 49 im Verlauf des Tages kann der elektrische Antrieb mit einer langsamen
Geschwindigkeit oder Kriechgeschwindigkeit betrieben werden. Eine beispielhafte Drehzahl schließt 250 rpm ein. Bei einer solchen Geschwindigkeit können die Heliostaten 49 in
Schritten von 0,03° verfahren werden. Eine maximale
Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs zum Verstauen der Heliostaten 49 kann einer Drehzahl von 3.750 rpm entsprechen. Fig. 14 zeigt eine perspektivische Frontansicht der
Antriebselemente in einer waagrechten Anordnung.
Wie in der Darstellung der Fig. 14 gut zu erkennen ist, verlaufen Steuerleitungen 59 vom Absolutwertgeber (welcher sich in der Darstellung der Fig. 14 in der Terminal-Box 35 befindet) zur Steuereinheit 5 des elektrischen Antriebs 1.
Fig. 15 veranschaulicht die Drehbewegung eines Heliostaten 49 in einem Bezugsystem.
Wie in Fig.15 gezeigt, kann ein Winkel des Heliostaten 49 einen positiven Wert zwischen 0° und 180° annehmen, wenn ein Bezugspunkt 63, z.B. die linke obere Ecke des Heliostaten 49 in der in Fig. 15 vereinfachten Darstellung eines Heliostaten 49, oberhalb der Horizontalen von einer ebenen Position von links nach rechts rotiert wird, so dass der Bezugspunkt 63 bei einem Winkel von 180° gegen einen Untergrund zeigen würde. In einer solchen Position wäre der Heliostat 49 über Kopf angeordnet, d.h. seine reflektierende Oberfläche wäre beispielsweise dem Erdboden zugewandt, und könnte nicht funktionell dazu eingesetzt werden, Sonneneinstrahlung aufzunehmen . Ein Winkel des Heliostaten 49 kann ein negativer Winkel sein, wenn der Heliostat 49 aus einer waagrechten oder horizontalen Position heraus derart gedreht wird, dass der Bezugspunkt 63 eine teilkreis- oder (bei -180°) halbkreisförmige Bewegung unterhalb der waagrechten Achse durchlaufen hat.
Eine Stelle des Heliostaten 49 zu Tagesbeginn kann
beispielsweise einem Drehwinkel ß von 70° entsprechen. In einer solchen Position kann der Heliostat 49 angeordnet sein, um erste Sonnenstrahlen aus der im Osten aufgehenden Sonne aufzunehmen und in geeigneter Weise auf die
Absorbereinrichtung, welche allgemein oberhalb der Ebene der Heliostaten angeordnet ist, zu reflektieren. Im Verlauf des Tages kann der Drehwinkel ß von 70° über 0° auf -70°
variieren. In der Position mit einem Drehwinkel ß von -70° kann der Heliostat 49 angeordnet sein, um letzte
Sonnenstrahlen der im Westen untergehenden Sonne aufzunehmen und in geeigneter Weise zu der Absorbereinrichtung zu reflektieren .

Claims

Patentansprüche
1. Solarthermische Anlage mit einer Trägerkonstruktion
(45) , an der wenigstens ein Heliostat (49) über eine an einer Drehachse des Heliostaten (49) vorgesehenen Welle gelagert ist, und mit wenigstens einem elektrischen Antrieb (1) zum Drehen des Heliostaten (49) in
Abhängigkeit vom Sonnenstand, dadurch gekennzeichnet: , dass die Antriebsleistung des elektrischen Antriebs (1) über wenigstens ein Getriebe (3) in die Welle des Heliostaten (49) eingebracht wird.
2. Solarthermische Anlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) wenigstens ein Planetengetriebe (9) umfasst.
3. Solarthermische Anlage nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9) ein mehrstufiges Planetengetriebe ist.
4. Solarthermische Anlage nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) ein Schneckengetriebe (17) aufweist.
5. Solarthermische Anlage nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9) mit dem Schneckengetriebe (17) in Reihe geschaltet ist. Solarthermische Anlage nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Schneckenwelle (21) des
Schneckengetriebes (17) mit einer Feder (19) vorgespannt ist .
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneckenrad (23) des Schneckengetriebes (17) in direkter Wirkverbindung mit der der Welle des Heliostaten (49) steht und
insbesondere auf die Welle des Heliostaten (49)
aufgeflanscht ist.
Solarthermische Anlage nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) eine Gesamtübersetzung von i > 30.000 aufweist.
Solarthermische Anlage nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gesamtkonstruktion des Getriebes (3) einen Schlupf von nicht mehr als 5 Bogenminuten aufweist.
Solarthermische Anlage nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heliostat (49) mit einer Winkelgenauigkeit von wenigstens 0,03°, bevorzugt wenigstens 0,01°, verfahrbar ist.
Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (1) mittels eines Feldbusses (29) angesteuert wird. Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) mit zwei Heliostaten (49a, 49b) in Wirkverbindung steht. 13. Solarthermische Anlage nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Heliostaten (49a, 49b) an gegenüberliegenden Getriebeseiten angeordnet sind.
14. Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische
Antrieb (1) und das Getriebe (3) im Wesentlichen
vollständig in einem Gehäuse (31) angeordnet sind, welches mit der Trägerkonstruktion (45) verbunden ist.
Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (53) zum Erfassen eines Winkels des Heliostaten (49) an der solarthermischen Anlage vorgesehen ist. 16. Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heliostaten (49) mittels eines Langsamgangs zum Verfahren der
Heliostaten (49) abhängig vom Sonnenstand oder mittels eines Schnellgangs verfahrbar sind.
17. Solarthermische Anlage nach Anspruch 16, wobei der
Langsamgang eine Geschwindigkeit von 0,01°/sec bis
0,05°/sec, insbesondere etwa 0,03°/sec aufweist. 18. Solarthermische Anlage nach Anspruch 16, wobei der
Schnellgang eine Geschwindigkeit von über 0,4°/sec, insbesondere 0,4°/sec bis 0,8°/sec, insbesondere etwa 0,6°/sec aufweist.
19. Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel der Heliostaten (49) größer 90°, bevorzugt größer 180°, weiter bevorzugt größer 200°, insbesondere
einschließlich 300°, beträgt.
20. Solarthermische Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Sicherheitskupplung zum Schutz des Getriebes (3) / der Heliostaten (49) vorhanden ist.
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