WO2012062902A2 - Heliostat having an associated receiving element - Google Patents

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WO2012062902A2
WO2012062902A2 PCT/EP2011/069929 EP2011069929W WO2012062902A2 WO 2012062902 A2 WO2012062902 A2 WO 2012062902A2 EP 2011069929 W EP2011069929 W EP 2011069929W WO 2012062902 A2 WO2012062902 A2 WO 2012062902A2
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János PALI
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Ppp Sonnenkraft Gmbh
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    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47Mountings or tracking

Definitions

  • the invention relates to a heliostat and an associated receiving element for the use of solar energy, in particular for the support of industrial or private heating systems.
  • Heliostats are usually used to reflect the sun's rays to a specific destination, where they can use the light for lighting purposes or convert solar energy into heat with zero emissions.
  • heliostats The development of heliostats dates back to the 18th century. The idea is to steer the sun's rays, which are different over the course of the day, via a heliostat to a fixed target in order to use sunlight for lighting purposes or solar energy for heating purposes.
  • heliostat technology has been used in particular in solar power plants in Spain or the USA, where the incident sunbeams are concentrated on a solar tower via a large number of heliostats.
  • the heliostats direct the sun's rays onto a fixed absorber, which first converts the solar energy into heat energy, which can then be converted into electricity via turbines.
  • the heat energy is also used directly for emission-free melting of materials.
  • Such a sun-ray-concentrating solar optics system with heliostats is known from EP 045 921 Ai.
  • the solar optics system described therein has a stationary established receiver, in which one of a heliostat with Concave mirror concentrated light beam regardless of the position of the sun from a constant direction, mainly incident in the direction of the symmetry axis of the receiver.
  • the focal point of the concave mirror of the heliostat must lie on the so-called "sidereal axis", which runs parallel to the Earth's axis
  • the concave mirror must continue to rotate around this sidereal axis and only needs to compensate for seasonal fluctuations in the summer and winter turns
  • a disadvantage of this solar optics system is that the arrangement of the heliostat and the position of the receiver are determined by the kinematics. The sun's rays can not be directed in any direction
  • heliostats are known that can focus on any target, but this requires a variety of drives and thus energy to optimally positioning the helicopter ostaten.
  • the concentration mirror of the heliostat comprises a grid of individually controllable rotatably mounted mirrors which focus the sun's rays on a desired target.
  • the individual rotation axes of the individual mirrors are driven individually, electrically or hydraulically.
  • the concentration level changes its focus during the day.
  • the concentration level as a whole is rotated during the course of an hour about an axis which is directed to the target and pivoted about a co-rotating axis perpendicular thereto.
  • the present invention therefore has as its object to provide a heliostat and an associated receiving element for efficient energy conversion of solar energy into heat of a temperature range of 50 - 2000 ° C.
  • the influence of the external temperatures on the efficiency should be as low as possible.
  • the positioning of the heliostat should be independent of the direction of the compass and thus an arbitrarily arranged receiving element can be focused.
  • the most robust and cost-effective tracking of the heliostat should be provided.
  • a heliostat comprising a mirror unit, for reflecting and focusing sun rays on a target, wherein the mirror unit is rotatably mounted about a first main axis A-A ', which is always aligned in the direction of the target and wherein the mirror unit is rotatably mounted about a second main axis BB 'which is perpendicular to the first main axis AA' and perpendicular to the surface normal N of Mirror unit is arranged and rotates with the mirror unit about the first major axis AA ', wherein the rotational movement of the mirror unit about the second main axis BB' by means of a first mechanical transmission by the rotational movement of the mirror unit about the first main axis AA 'is effected.
  • the heliostat has two main axes A-A 'and B-B' for the movement of the mirror unit, wherein the first main axis A-A 'is aligned in the direction of the focal point, the heliostat of the sun orbit can be directed according to any target, at the distance of the focal point. This is not possible with heliostats that have their focus on the sidereal axis.
  • the direct mechanical coupling of the two main axes A-A 'and B-B' through a first mechanical transmission reduces the number of drives required to position the heliostat on a single drive, which preferably drives the first major axis A-A '.
  • the heliostat according to the invention is very robust and inexpensive and can therefore be used in many ways for the efficient use of solar energy.
  • the heliostat according to the invention can also be used for heating purposes in private or commercial buildings.
  • the first main axis AA ' is arranged so that upon rotation of the mirror unit about the first main axis A- A' sun rays, the unit on a line of symmetry of the mirror, which is perpendicular to the second major axis BB ', incident, and from there are always located in an area which is spanned by the symmetry line and by the surface normal of the mirror unit.
  • the first main axis AA ' is always aligned with the focal point of the mirror unit and the incident and reflected beams are always in the plane defined by the symmetry line and the surface normal of the mirror unit, a mirror unit whose focus is only used to concentrate the sun's rays with respect to an axis is variable, to optimally focusing reflection of the sun's rays guarantee. In some cases, due to this control of the mirror unit, the focusing error is even negligible.
  • the first mechanical transmission preferably has a control surface fixed relative to the first main axis A-A ', which taps off a pickup articulated on the mirror unit in order to mechanically effect rotation of the mirror unit about the second main axis B-B'.
  • a control surface fixed relative to the first main axis A-A ', which taps off a pickup articulated on the mirror unit in order to mechanically effect rotation of the mirror unit about the second main axis B-B'.
  • the movement sequence of the second main axis B-B ' is determined by the control surface and is clearly coupled to the movement of the axis A-A, the movement of the second main axis B-B' does not have to be individually driven and controlled. This minimizes the control engineering effort, reduces the number of motors to be used, the necessary controls and the costs incurred.
  • the control surface is adjustable in orientation to be aligned parallel to the plane of the sun orbit.
  • the mirror unit can be adapted to the solar path according to the location of use.
  • the cam track predetermines the assignment of the movement of the second main axis B-B 'to the first main axis A-A, depending on the location.
  • the control surface is preferably parallel displaceable in order to adapt its position to the seasonal height of the plane of the sun track. Due to this parallel displacement, the angular orientation of the control surface can be maintained throughout the year and the control surface only has to be adjusted from time to time to the sun altitude of the respective day.
  • the mirror unit of the heliostat on mirror rows each consisting of several plan individual mirrors or a curved mirror strip
  • the mirror rows are individually mounted about a mirror row axis CC, which is arranged parallel to the second main axis BB 'rotatably mounted on the mirror unit. Due to the fact that the mirror rows are rotatably mounted about the mirror row axis CC, a focusing error of the mirror unit due to the tracking can be compensated during the course of the day and thus the maximum of solar rays can always be reflected onto the target.
  • the individual mirrors or the mirror strips forming the concentrating mirror unit can and their individual orientation on the mirror unit may be variable during the course of the day, in order to set a fixed axis parallel to the symmetry line of the mirror unit.
  • a fixed axis parallel to the symmetry line of the mirror unit To compensate for sierangs Corporations only one rotation of the individual mirror or mirror strip to the mirror row axis CC is necessary. Accordingly, only one drive or one control is needed to control the pivoting angle of the individual mirrors and mirror strips, so that control input and drive effort can also be saved here, and optimum focusing is nevertheless achieved in every position of the mirror unit.
  • the heliostat comprises a second mechanical gear, wherein the rotational movement of the rows of mirrors about the mirror row axis CC by means of a second mechanical transmission by the rotational movement of the mirror unit about the second major axis BB 'is defined.
  • the two movements are mechanically coupled to each other and a separate control for the movement of each row of mirrors deleted.
  • the second mechanical transmission on individual cam tracks for driving the individual rows of mirrors, which are fixed with respect to the second main axis BB 'and which rotate with the mirror unit about the first main axis AA'.
  • the curved tracks allow the individual rows of mirrors to be mechanically controlled independently of each other in order to ensure optimum focus on the desired destination during the day.
  • no individual drives per mirror row axis CC are required, so that this setting of the mirror rows is cost-effective, robust and yet very accurate.
  • the heliostat on a tracking which takes place during the day exclusively by a drive of the rotation of the mirror unit about the first major axis AA '. Due to the mechanical coupling, in particular of the main axes AA 'and BB' but also C-, the tracking of the heliostat can take place via a single drive motor, which acts on the first main axis AA ', which is spatially fixed in the operating state.
  • a backbone of the heliostat is rotatably and / or pivotally mounted to illuminate differently located targets with a single heliostat, while maintaining alignment of the control surface of the first mechanical gear to the sun track for all different targets.
  • the heliostat can irradiate from any location from multiple targets located at a distance from the focal point.
  • the conversion of the solar energy into heat energy can be done directly at the place of the consumer and thus no energy loss due to an energy transport is incurred.
  • the heat is generated directly where it is needed, for example in a building or in a specific apartment in a building. This makes it possible to use only one common heliostat for solar energy production for several buildings or several apartments in a building.
  • the heliostat further comprises a power control mechanism in which rows of mirrors are individually pivotable about their mirror row axis C-C in order to no longer focus the sun's rays on the original target.
  • a power control mechanism in which rows of mirrors are individually pivotable about their mirror row axis C-C in order to no longer focus the sun's rays on the original target.
  • a receiving element for receiving and absorbing focused sunbeams comprising an absorber, a radiation channel and annular reflection surfaces which are arranged on the wall of the radiation channel so as to be separated from the absorber Reflect reflected radiation back to the absorber out.
  • the receiving element preferably has a deflecting mirror in the irradiation channel, which guides the sun's rays toward the absorber in a solar chimney which is angled upward toward the injection channel.
  • An angled Einstrahlkanal with a deflecting mirror and a solar fireplace extending upward reduces the heat loss of the absorber, since in the upwardly extending part of the Einstrahlkanals almost no convection takes place. Furthermore, it is possible by this arrangement to set up different absorbers on the Einstrahlkanal, such as liquid heat exchangers,
  • Heat storage elements ovens, tiled stoves, furnaces, etc.
  • the above-mentioned object is also achieved by a system for converting solar energy into thermal energy having at least one heliostat described above and at least one receiving element described above. Due to the fact that the focused sunrays can always be incident on the heliostat from the same direction, the receiving element can be optimized for this direction of incidence. This makes it possible to provide receiving elements whose absorber is located deep within the receiving element, whereby heat losses are greatly minimized. In particular, the radiation reflected back from the absorber can be minimized.
  • the system of heliostat and adapted receiving element therefore has a much higher efficiency than conventional heliostat systems in which several heliostats have a common goal. 4. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 shows: a section in side view of a third embodiment of a heliostat according to the invention when focusing sun rays on an embodiment of a receiving element according to the invention; 2 shows a three-dimensional overall view of a first embodiment of a heliostat according to the invention, with axes DD 'fixed relative to the mirror unit and tracking axes CC for positioning individual mirrors of a mirror unit; Fig. 3: a three-dimensional representation of the sun paths in Central Europe at the summer solstice, winter solstice and equinoxes relative to the inclination of the earth's axis;
  • Fig. 4 a side view of the heliostat of FIG. 2, with representation of
  • Gearbox in relation to the sun track a three-dimensional overall view of the heliostat of Figure 2 from the back of the mirror unit.
  • 10 shows three-dimensional representations of the control surface and of a corresponding pickup of the first mechanical transmission; 11 shows a three-dimensional representation of the heliostat with a second mechanical transmission for controlling individual rows of mirrors;
  • FIG. 16 shows a schematic side view of the focusing mechanism of the second mechanical transmission to illustrate the beam path
  • 17 is a side view of a second preferred embodiment of the
  • Fig. 18 a plan view of differently positioned heliostats of the second
  • FIG. 19 shows a three-dimensional detail representation of the second embodiment of the heliostat
  • FIG. 20 shows a side view of a third embodiment of the heliostat, with a rotation axis and a pivot axis perpendicular thereto, for positioning the heliostat on different targets;
  • Figures 21A-C are side views of the heliostat of the third embodiment for various pivot angles of the axis J-J '; 22 shows a side view of the first mechanical transmission of the third embodiment of the heliostat, in particular the device for parallel displacement of the curved path; Fig. 23: a three-dimensional detail representation of the device for
  • FIG. 24 shows a side view of the first mechanical transmission of the first and second embodiment of the heliostat, in particular the device for parallel displacement of the curved path;
  • Fig. 25 a three-dimensional representation of the mirror rows of the mirror unit
  • Fig. 26 is a side view of the mirror rows of the mirror unit, with one
  • Figs. 27-29 are three-dimensional representations of a power control mechanism for mirror rows
  • Fig. 30 is a sectional view from the side of a first embodiment of a receiving element according to the invention.
  • Fig. 31A-C are sectional views of a solar fireplace and an absorber for
  • Fig. 32 a sectional view from the side of a second embodiment of a receiving element according to the invention. 5, Preferred Embodiments
  • FIG. 1 shows a solar thermal system 100 for using solar energy with a heliostat 1 and an associated receiving element 3.
  • the heliostat 1 reflects and focuses sun rays S, 2 onto a focal point which is located in the receiving element 3 via a reflecting and simultaneously focusing mirror unit 60 .
  • the receiving element 3 is arranged in such a way that the reflected and focused solar beams 2 are directed onto an absorber 22 via a deflecting mirror 21.
  • the absorber 22 is preferably a conversion of solar energy into heat instead.
  • FIG. 1 A first embodiment of a focusing heliostat 1 for using solar energy is shown in FIG.
  • the heliostat 1 comprises a mirror unit 60 composed of a grid of small plane mirrors 7.
  • the plane mirrors 7 concentrate the incident parallel sunlight onto the focal point in the receiving element 3.
  • the heliostat 1 further comprises a rocker frame 5, which is fixed to the skeleton 4 so as to be pivotable about an axis A-A on a fixed bearing.
  • the axis A-A ' is aligned with the receiving element 3.
  • the mirror unit 60 is fixed and therefore rotates with a rotation about the axis A-A 'with the rocker frame 5 with.
  • the mirror unit 60 is further pivotally mounted on the rocker frame 5 about an axis B-B '(see Figures 4 and 5) which is oriented perpendicular to the axis A-A' and preferably intersects the axis A-A '.
  • the mirror unit 60 can pivot as a whole with respect to the rocker frame 5 about the axis B-B '.
  • the movements about the axis A-A 'and B-B' make it possible to align the mirror unit 60 as a whole in the course of the day on the different position of the sun.
  • the individual plane mirrors 7 are mounted on the mirror unit 60 so as to be pivotable about the mirror row axis CC so as to occupy varying angles during the course of the day and in comparison to the other plane mirrors 7.
  • the angles may differ from the angles of the same time of the previous day.
  • the focusing heliostat 1 used to track the position of the sun during the day only a single drive for rotating the rocker frame 5 about the axis AA 'and for simultaneous tilting of the frame 6 of the mirror unit 60 about the axis BB' and for pivoting the shown in Fig. 2 Mirror row axes CC
  • the receiving element 3 serves to receive the concentrated light with a high efficiency. It therefore has a special inner geometry.
  • the receiving element 3 has an adaptive or replaceable upper part 27, which can be adapted by means of different absorbers 22 to various applications and heat transfer (water, steam, gas), or heat storage medium (solid materials, stone, furnace material).
  • the temperature of the absorber surface can, depending on the particular application, be between 50 and 2000 ° C.
  • the receiving element 3 can be carried out correspondingly optimally adapted, which results in a very high thermal efficiency.
  • advantageous light projection parameters result, so that beams coming from the focusing heliostat 1 include only a cone angle below 8-12 0 to the basic projection direction of a central reference mirror 111.
  • This advantageous projection property of the heliostat 1 results in that it behaves like a downsized solar power plant. It projects and focuses in one step, the light incident on the mirror unit 60 sunlight S and projects the beams 2 with a convergence of 8-12 0 to the receiver 3.
  • the receiving element 3 can be further lowered near the ground or even in the ground.
  • a receiving element at the top of an exposed tower, as in conventional systems is therefore not necessary.
  • the design of a receiving element 3 arranged at a fixed point can be spatially deeper and more complex and there is virtually no restriction with regard to inlet opening, size, degree of isolation, etc.
  • a significant advantage of the developed solar thermal system 100 is that it is located far to the north Places that have low solar states, even at low outdoor temperature overall high efficiency can be achieved.
  • the mirror unit 60 of the heliostat 1 follows during the course of the day and over the seasons of the solar movement with the aid of a first mechanical transmission 120, which will be described below with reference to FIGS. 6 to 10.
  • the first mechanical gear 120 transmits the pivoting movement of the rocker frame 5 about the axis AA 'to the pivotal movement of the mirror unit 60 about the axis BB' with respect to the rocker frame 5.
  • the rocker frame 5 consists, as shown in Fig. 5, of an assembly of tubes welded together ,
  • the rocker frame 5 is provided on its underside with two pivot bearings, by which it can pivot on the skeleton 4 about the axis AA 'by substantially +/- 90 0 .
  • the first mechanical gear 120 is located at the left end of the rocker frame 5 in FIG. 5.
  • the core element of the gear 120 is a control surface 14, which is aligned parallel to the sun track and is accordingly fastened to the main frame 4 so as to be adjustable in inclination and height.
  • the control surface 14 is formed as a control ring that must be aligned parallel to the sun track.
  • the control ring with threaded rods 62 or other variable in length components is attached to a support member 16. By adjusting the threaded rods 62, the control surface 14 is aligned parallel to the Sonnbahn depending on the site and direction of the target. This parallel orientation to the sun orbit must be set only once.
  • control surface 14 In order to adjust the control surface 14 to the maximum sun height of the respective day, its carrier element 16 is mounted parallel displaceably via a parallelogram bearing 15, 16 with four rods 15 of equal length on the basic frame 4. Every day once or every 2 - 3 days, the control surface 14 is to be set to a new height, which corresponds to the seasonal height of the plane of the solar orbit. This can be done manually or by means of a drive with the aid of a solar sensor or programmatically. By parallelogram storage 15, 16, the parallel alignment of the control surface 14 is maintained to the sun's path.
  • the control surface 14 serves as a raceway for a rolling wheel 13 which is rotatably mounted on a bracket 12, which in turn is pivotally mounted on a control arm 11.
  • This storage mode shown in detail in FIG. 10, ensures that the rolling wheel 13 always rolls in vertically on the ring of the control surface 14, irrespective of the angular position of the control arm 11 relative to the control surface 14.
  • the Wälzrad 13 the control surface 14 depart exactly and the reading error is very low.
  • the bracket 12 to the control arm 11 on the summer or winter solstice occupy an angle of 23.5 °.
  • the control arm 11 consists of a substantially triangular construction of steel tubes at both ends sliding bearing 10 are rotatably mounted.
  • a rotatable sliding bearing 10 is exemplarily shown in Fig. 6 individually three-dimensional.
  • the control arm 11 is pivotably mounted on the mirror unit 60 via an axis E-E '(compare FIGS. 4 and 6) and rotates together with the mirror unit 60 about the axis A-A'. In this case, the rolling wheel 13 rolls on the fixed control surface 14 and thereby moves the control arm eleventh
  • the control arm 14 transmits its movement to two lever rods 9 which are guided longitudinally displaceably in the two sliding bearings 10.
  • the lever rods 9 are in turn pivotally mounted on the rocker element 5 on an axis F-F '(see FIGS. 4 and 6) and connected to the support frame 6 of the mirror unit 60 via connecting rods 8.
  • the Wälzrad 13 (not shown) by means of spring pressure of two tension springs on both sides, between the lever rods 9 and the rocker frame. 5
  • the mirror unit 60 only needs to have a variable focus parallel to the CC axis, and the focus about an axis parallel to the DD 'axis may remain constant during tracking throughout the day.
  • the surface normal N of the mirror unit preferably forms the angle bisector between the incident sun rays S and the reflected rays R of the reference mirror 111.
  • a drive motor (not shown) rotates the rocker frame 5 at sunrise from the center position shown in Fig. 2 in the direction of the sun with a rotation of ⁇ 90 ° about the axis A-A '.
  • the angle of rotation of the rocker frame 5 about the AA "axis is set so that the sunrays always invade the surface a (see FIG always perpendicular to the CC axis, the pivot axis of the individual plane mirror 7.
  • a drive motor pivots that Rocker frame 5 continuously synchronized with the sun throughout the day.
  • the position of the heliostat 1 is shown at noon, in which the sun is at the highest point and the rocker frame 5 is in the center position.
  • the mirror unit 60 is pivoted by the mechanical gear 120 about the co-rotating axis BB' in the course of the day and in the view of Fig. 4 from the illustrated mid-position (noon) for the morning in the clockwise direction and then back counterclockwise during the day.
  • the consequences of the movement of the sun is thus achieved by keeping the sun's rays S in the plane a of the mirror unit 60.
  • the current amount of solar radiation with respect to the plane a is accommodated by a variable focus of the mirror unit 60.
  • the plane mirror 7 are pivoted about the mirror row axis C-C in the course of the day.
  • the parallel shift of the control surface 14 for adaptation to the sun paths in the course of the year is outlined in Fig. 3 at summer or winter solstice and for the equinox.
  • the angular adjustment of the control surface 14 is dependent on the latitude of the site and thus the angle of the earth's axis at the site.
  • the parallel displacement of the control surface 14 is such that, due to a midpoint mirroring by the first mechanical transmission 120, the control surface 14 at the summer solstice at its bottom dead center, at equinox in the center position and in the
  • FIGS. 11-16 An embodiment of a mechanical transmission 130 is shown in FIGS. 11-16.
  • the mirror rows 70 are pivotably mounted on the mirror unit 60 about an axis C-C.
  • the rows of mirrors 70 are pivotable independently of each other, to a variable focus of the mirror unit 60th
  • Cams 31 therefore do not rotate with mirror unit 60 about axis B-B '.
  • lever arms 64 are guided, which are each connected to a row of mirrors 14.
  • the lever arms 64 slide continuously on the corresponding relative to the axis B-B' fixed cam 31 and transmit this movement on the pivotal movement of the mirror row 14 about the axis C-C.
  • the free ends of the lever arms 64 are held by tension springs (not shown) on the corresponding cams of the cams 31.
  • the shape of the cams of the cam 31 is determined by the length of the corresponding lever arm 64 and the desired pivot angle of the mirror row 14 about the axis C-C at a given pivoting of the mirror unit about the axis B-B '.
  • a row of mirrors arranged centrally does not need at all or only little around the day
  • Focusing the rows of mirrors 14, thanks to the second mechanical transmission 130, does not require a separate energy requirement.
  • the focus is also fully automatic and seasonally independent after installation and adjustment.
  • perfect focusing is achieved without the flat mirrors 7 having to be tracked about a further mirror axis (axis D-D '). This significantly reduces the control effort of the overall system.
  • the focus, or the direction of the target was on the axis A-A ', which was aligned substantially horizontally and to the south. Then, with continuous focusing, the axis H-H 'of the control arm 11 always points exactly in the direction of the sun (see Fig. 9).
  • the direction of the focus or the target can be changed. No further adjustments need to be made to the heliostat 1, in particular to the first mechanical gear 120. In this embodiment, this is
  • the skeleton 36 and the mirror unit 60 attached thereto can be rotated about a vertical bearing on an axle 38 so that the axis A-A 'points in the desired direction.
  • the position of the control surface 14 is maintained with respect to the installation site. This is done by the fact that the
  • Control surface on the parallelogram assembly 15, 16 and a bearing arm 37 is mounted on the axle 38, which is fixed to the ground and not with the
  • the basic frame 36 rotates around the axis ⁇ - ⁇ .
  • the angular ratios described above with respect to the area a of the mirror unit are also complied with.
  • Projection direction of the heliostat 1 are rotated about the axis ⁇ - ⁇ .
  • the control surface 14 remains at a fixed distance and fixed direction with respect to the common intersection of the axes A-A ', E-E', H-H ', and ⁇ - ⁇ . Accordingly, optimum tracking of the mirror unit 60 about the axes A-A ', B-B' and C-C is obtained.
  • the axis A-A ' is driven in a controlled manner by means of a solar sensor (not shown) on the mirror unit 60, so that the axis H-H' of the control arm 11 is constantly pointing in the direction of the sun.
  • the axis H-H 'of the control arm 11 is rotated slightly with respect to the remaining in position and position control surface 14.
  • the rocker frame 5 is slightly readjusted with respect to the axis A-A'.
  • the post-correction about the axis A-A ' can take place automatically, because this post-correction corresponds to the usual sun tracking of the mirror unit 60. That The solar sensors that control the movement of the system can also perform this correction with respect to the rotation about the axis A-A 'also automatically. Accordingly, no additional equipment is required for the post-correction.
  • FIG. 18 illustrates that with the second embodiment of the heliostat 1 differently arranged targets can be illuminated.
  • the rocker frame 5 rotates about the axis ⁇ - ⁇ in the desired direction (axis A-A '), the control surface 14 is fixed and remains aligned with respect to the sun.
  • 1 different targets can be illuminated with a single heliostat 1, which are arranged in a plane.
  • Figs. 20-24 and in Fig. 1 a third embodiment of a
  • Heliostat 1 shown in which the projection direction is adjustable by two axes. This makes it possible to illuminate with a heliostat 1 differently arranged targets that do not need to be arranged in a plane. For example, with a heliostat 1 receiving elements 3 of individual apartments of a multi-storey building can be irradiated.
  • Fig. 20 is a sectional side view of the pivotable about two axes heliostat 1 is shown.
  • the skeleton 36 can be rotated in this embodiment about a substantially vertical axis ⁇ - ⁇ and pivoted about a perpendicular thereto arranged horizontal axis J-J '.
  • the bearing 39 of the axis ⁇ - ⁇ is pivotally mounted on a bearing 39.
  • control surface (14) must be aligned with respect to position and direction of the sun track here, too. Furthermore, the control surface 14 is again held in the common crossing point of the axes ⁇ - ⁇ ', ⁇ - ⁇ ', H-H 'and ⁇ - ⁇ .
  • the control surface 14 is moved along. In this case, a parallelogram of pivotally interconnected holding rod pairs 41, 44 and 45 ensures that the
  • Orientation of the control surface 14 is maintained on the sun track.
  • control surface 14 is again over one
  • Parallelogram 15, 16 mounted displaceably parallel.
  • Parallelogram 15, 16 is a tie on a 42 with a
  • Bearing arm 37 is connected, which is mounted on the axle 39, which can pivot with the skeleton 36 about the axis J-J ', but does not rotate with the skeleton 36 about the axis ⁇ - ⁇ .
  • the tie sheet 42 it is possible that the control surface 14 maintains its orientation to the sun, although the
  • Backbone 36 of the heliostat 1 pivots with respect to the axis JJ '.
  • the left-side mounting 43 of the parallelogram arrangement 15, 16 in FIG. 20 is displaceably mounted in the retaining bow 42 and can be displaced by an upper retaining rod pair 45 with respect to the retaining bow 42 in curved bearing grooves 66 (see FIG.
  • the lever 45 is pivotally connected to the bearing 43 about an axis MM '.
  • the upper holding rod pair 45 is pivotally connected at its lower ends respectively to a middle holding rod pair 44, which is pivotally connected at its center via a bearing about the axis K-K 'with the axis 39.
  • the middle holding rod pair 44 is connected to a lower holding rod pair 41, which is mounted parallel to the axis 39 pivotally mounted on a stationary bearing 40.
  • the constant distance between the axes L-L 'and M-M' of the first lever 45 corresponds to the constant distance between the axes K-K 'and E-E'.
  • the constant distance between the axes K-K 'and E-E' is ensured in the horizontal middle position of the rocker frame 5 by a connection with correspondingly dimensioned rigid parts of the skeleton 36 and the rocker frame 5.
  • the axes J-J ', K-K' and E-E ' are parallel to each other and each of them is perpendicular to the axis ⁇ - ⁇ .
  • the distance between the axes K-K 'and L-L' corresponds to the distance between the axes E-E 'and M-M'.
  • the axes J-J ', K-K', E-E ', L-L' and M - M ' are parallel to each other in any position.
  • the distance between the axes K-K 'and L-L' corresponds to the distance between the axes L-L 'and M-M'.
  • Circular arc corresponds to the distance between the shaft journal 68 and the axis E-E '.
  • the shaft journals 68 of the bearing 43 are thus in the arcuate grooves 66 of the retaining bow 42 by the movement of the holder rod pair 45 so
  • Control thus creates no angle error.
  • the direction of projection always coincides with the rotation of the heliostat 1 about the axis J-J 'with the direction of the axis A-A'.
  • Embodiment are not necessary.
  • the remaining components of the heliostat 1 correspond to those of the embodiments described above.
  • the flat mirrors 7 of the mirror rows 70 shown in FIG. 2 are replaced by special ones for each
  • Mirror row 70 provided bent reflective metal sheet strips 72 replaced. Their curvature corresponds to the average focal distance.
  • the use of the metal sheet bands 72 improves the efficiency of focusing.
  • the metal sheet strips 72 have a different depending on the mirror row 70
  • Curvature and, like the flat mirrors 7, are mounted on mirror row axes C-C 'by means of an axis 17 on the mirror unit 60.
  • the heliostat 1 can control the power by switching the power on and off
  • the heliostat 1 can be quickly adjusted to the currently required amount of heat or light without the
  • the power of the heliostat 1 can be gradually reduced from 100% to even 0%, resulting in a
  • the power control mechanism comprises Wipparme 52 for each mirror row 60.
  • the Wipparme 52 are rotatably mounted on the axes 17 of the mounted on the mirror unit 60 mirror rows 70.
  • a connecting rod 51 is rotatably connected to the Wipparmen 52 and connects the Wipparme 52 and at the same time
  • the lever arm 64 is rotatably mounted on the axis 17 of the mirror row 70 in contrast to the previously described embodiments.
  • the power control mechanism may be driven by a main movement arm 57 so as to engage mirror rows 70 about the axis C-C
  • a T-shaped holder 54 is rotatably attached to each axis 17, via which the pivoting movement is introduced to the mirror row 70.
  • two screws 56 are screwed, with which the tilting of the mirror row 70 can be finely adjusted.
  • Fig. 29 the normal operating state is shown.
  • the holder 54 is moved via a button 55 of the lever arm 64, which abuts against the right-hand set screw 56.
  • the mirror row 70 is tensioned for this purpose by means of a spring (not shown) in Figures 28 and 29 in a clockwise direction.
  • the set screw 56 of the holder 54 abuts on the button 55 and the mirror row 70 can be focused on the target according to the position of the lever arm 64 as described above in detail about the axis C-C '.
  • FIG. 29 shows the state in which the mirror row 70 has been turned out of focus.
  • the connecting rod 51 is moved downward and the Wipparme 52 pivoted downward.
  • the button 53 of the Wipparms now touches the left adjusting screw 56 of the holder 56 and rotates the axis 17 in the counterclockwise direction about the axis C-C
  • the mirror row 70 is also rotated counterclockwise out of focus.
  • This condition is shown for the top three rows of mirrors 70 in FIG.
  • the solar rays incident on these rows of mirrors 70 are not reflected to the target and thus the performance of the heliostat 1 decreases.
  • a major advantage of the power control mechanism is that the
  • Partial load can be adjusted.
  • FIGS. 30-32 The components of the receiver element 3 are shown in detail in FIGS. 30-32.
  • a funnel-shaped Einstrahlkanal 25 allows the incident light into Reception element 3 occur.
  • a flat deflecting mirror 21 is located in the irradiation channel 25 which highly reflects the preconcentrated light in front of the focal distance in an upward-facing solar chimney 24. The incident light is in the upper part of the solar fireplace 24, denser and more concentrated and reached in the area of a shoulder portion 28 its focus.
  • the absorber 22 is arranged at the top of the solar chimney 24 at the top of the solar chimney 24.
  • the absorber 22 is a hollow body tubular absorber for heating liquids.
  • the pipe absorber has the shape of a hive.
  • the absorber 22 may also consist of a brick oven 29, 30 or other heat storage means.
  • the inner surfaces of the solar fireplace 24 are mirrored. The absorber surface
  • the concentrated light passes through the shoulder portion 28 and is absorbed in the absorber 22 to 93-95%. Only 5-7% of the light is reflected.
  • a small portion of the sun's rays (5-7%) is reflected by the surface of the absorber 22, in part again on the surface of the absorber 22 and partly on the specially designed inner mirror surfaces of the solar fireplace 24, from where the majority of the sun's rays return to the Absorber surface 22 is reflected. Only a small part of the light is reflected by the shoulder portion 28 of the solar fireplace 24, which is the only emission direction.
  • Fig. 31A shows the possible light and radiation directions for the
  • the heat loss is also minimized by the chimney-shaped, closed structure of the solar fireplace 24, since this structure reduces the internal air circulation.
  • the stratification of the air temperature in the interior of the solar fireplace 24 coincides with the thermal stratification of the heat source located at the highest point (the absorber 22). In the immediate vicinity of the highest point absorber 22, the air temperature is highest, so that the heat loss of the absorber 22 is minimized.
  • the convective temperature loss is also minimized in the direction of the radiation channel 25 of the receiving element 3.
  • the thickness of the insulation around the absorber 22 and around the solar chimney 24 is not limited.
  • the receiving element 3 has a very well insulated housing 26, 27.
  • the heat loss through the insulation is therefore completely reduced by appropriate insulation or by a weather-resistant housing.
  • the receiving element 3 is adaptive in that the absorber 22 is changeable. It is therefore easy to produce, modify, deliver and assemble.
  • the geometry of the receiving element 3 aims to form a quasi-perfect light and temperature trap. With the special geometric design and mirror surfaces 23 of appropriate quality, the concentrated light can heat the absorber or oven up to 2000 ° C with minimal temperature loss, depending on the concentration of light.
  • the receiving element 3 can therefore also be used as a specially designed oven, melting furnace, kiln or the like.
  • FIG. 32 shows a version of an inner one
  • Heating wherein the solar radiation impinges directly on the inner wall 29 of the furnace. This means that the oven can be heated the fastest, with the least loss, directly.
  • the furnace By heating the material 29, 30, which forms the wall of the furnace, the furnace can be kept constantly at a rather low temperature without constant irradiation. Furnaces, on the other hand, which require a temperature close to 100 ° C, require constant light radiation.
  • the receiving element 3 can work with any heat transfer mediums that receive the efficiency of the receiving element 3.
  • the receiving element 3 can be arranged directly at ground level (inside or outside) or even underground. An inner or subterranean placement of the
  • Receiving elements 3 extends its life, since the typical

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Abstract

The present invention relates to a heliostat 1 having a mirror unit 60 for reflecting and focussing sun rays S onto a target 3, wherein the mirror unit 60 is mounted such that it can rotate about a first main axis A-A' which is always oriented in the direction of the target 3; and wherein the mirror unit 60 is mounted such that it can rotate about a second main axis B-B' which is arranged perpendicular to the first main axis A-A' and perpendicular to the surface normal N of the mirror unit 60 and rotates together with the mirror unit 60 about the first main axis A-A', wherein the rotary movement of the mirror unit 60 about the second main axis B-B' is effected by means of a first mechanical gear mechanism 120 as a result of the rotary movement of the mirror unit 60 about the first main axis A-A'. The invention also relates to a receiving element 3 which is suitable for the heliostat 1, and to a system for converting solar energy into thermal energy.

Description

Heliostat mit zugeordnetem Empfangselement  Heliostat with associated receiving element
1. Gebiet der Erfindung 1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft einen Heliostaten und ein zugeordnetes Empfangselement zur Nutzung von Solarenergie, insbesondere zur Unterstützung von industriellen oder privaten Heizungsanlagen. Heliostaten werden meist dazu verwendet, Sonnenstrahlen auf ein bestimmtes Ziel zu reflektieren, um dort das Licht für Beleuchtungszwecke zu nutzen oder daraus emissionsfrei Solarenergie in Wärme umzuwandeln. The invention relates to a heliostat and an associated receiving element for the use of solar energy, in particular for the support of industrial or private heating systems. Heliostats are usually used to reflect the sun's rays to a specific destination, where they can use the light for lighting purposes or convert solar energy into heat with zero emissions.
2. Stand der Technik 2. State of the art
Die Entwicklung von Heliostaten geht bis in das 18. Jahrhundert zurück. Die Idee ist die über den Tagverlauf unterschiedlich einfallenden Sonnenstrahlen über einen Heliostaten zu einem feststehenden Ziel zu lenken, um das Sonnenlicht für Beleuchtungszwecke oder die Solarenergie zu Heizzwecken zu nutzen. In den letzten Jahren wurde die Heliostat-Technologie insbesondere in Solarkraftwerken in Spanien oder den USA eingesetzt, in denen die einfallenden Sonnenstrahlen über eine große Anzahl an Heliostaten auf einen Solarturm gebündelt werden. Die Heliostaten lenken die Sonnenstrahlen auf einen feststehenden Absorber, der die Solarenergie zunächst in Wärmeenergie wandelt, die danach über Turbinen in Strom umgewandelt werden kann. Daneben wird die Wärmeenergie auch direkt zum emissionsfreien Schmelzen von Materialien verwendet. Ein effizientes und gleichzeitig bezüglich des Empfängerorts variables System, um Solarenergie in Wärmeenergie zu wandeln, stellt ein bis jetzt noch nicht optimal gelöstes Problem dar. So existieren zwar Heliostaten mit Konzentrationsspiegeln, die durch eine hohe Energieausbeute gekennzeichnet sind, die jedoch einmal montiert keine unterschiedlich angeordneten Empfänger anstrahlen können oder nur mit einer geringeren Fokussierung, d.h. einer geringen Energieausbeute.  The development of heliostats dates back to the 18th century. The idea is to steer the sun's rays, which are different over the course of the day, via a heliostat to a fixed target in order to use sunlight for lighting purposes or solar energy for heating purposes. In recent years, heliostat technology has been used in particular in solar power plants in Spain or the USA, where the incident sunbeams are concentrated on a solar tower via a large number of heliostats. The heliostats direct the sun's rays onto a fixed absorber, which first converts the solar energy into heat energy, which can then be converted into electricity via turbines. In addition, the heat energy is also used directly for emission-free melting of materials. An efficient and at the same time variable system with respect to the receiver to convert solar energy into thermal energy represents a problem that has not yet been optimally solved. Thus heliostats with concentration levels characterized by a high energy yield exist, but once mounted do not have different arrangements Receiver can illuminate or only with a lower focus, ie a low energy yield.
Ein solches Sonnenstrahlen-konzentrierendes Solaroptiksystem mit Heliostaten ist aus der EP o 045 921 Ai bekannt. Das dort beschriebene Solaroptiksystem besitzt einen ortsfesten aufgestellten Empfänger, in den ein von einem Heliostaten mit Hohlspiegel konzentriertes Lichtbündel unabhängig vom Sonnenstand aus konstanter Richtung, vornehmlich in Richtung der Symmetrieachse des Empfängers einfällt. Dabei muss der Brennpunkt des Hohlspiegels des Heliostaten auf der sog.„siderischen Achse" liegen, die parallel zur Erdachse verläuft. Für den Tagesbetrieb muss weiterhin der Hohlspiegel um diese siderische Achse drehen und braucht lediglich zum Ausgleich saisonaler Schwankungen in der Sommer- und Winterwende um eine zweite zur siderischen Achse senkrechte Achse geschwenkt werden. Ein Nachteil dieses Solaroptiksystems liegt darin, dass die Anordnung des Heliostaten und die Position des Empfängers aufgrund der Kinematik festgelegt sind. Die Sonnenstrahlen können nicht in beliebige Richtungen gelenkt werden. Dementsprechend muss die erzeugte Wärmeenergie zum eigentlichen Verbraucher transportiert werden, was verlustbehaftet ist und somit den Wirkungsgrad der Anlage erheblich mindert. Weiterhin sind Heliostaten bekannt, die zwar ein beliebiges Ziel fokussieren können, hierzu allerdings eine Vielzahl an Antrieben und somit Energie benötigen, um die optimale Positionierung des Heliostaten vorzunehmen. Such a sun-ray-concentrating solar optics system with heliostats is known from EP 045 921 Ai. The solar optics system described therein has a stationary established receiver, in which one of a heliostat with Concave mirror concentrated light beam regardless of the position of the sun from a constant direction, mainly incident in the direction of the symmetry axis of the receiver. The focal point of the concave mirror of the heliostat must lie on the so-called "sidereal axis", which runs parallel to the Earth's axis For daily operation, the concave mirror must continue to rotate around this sidereal axis and only needs to compensate for seasonal fluctuations in the summer and winter turns A disadvantage of this solar optics system is that the arrangement of the heliostat and the position of the receiver are determined by the kinematics.The sun's rays can not be directed in any direction Furthermore, heliostats are known that can focus on any target, but this requires a variety of drives and thus energy to optimally positioning the helicopter ostaten.
Ein solcher, die Sonnenstrahlen-konzentrierender Heliostat ist aus der GB 2 329 976 A bekannt. Hier umfasst der Konzentrationsspiegel des Heliostaten ein Raster aus einzeln ansteuerbaren drehbar gelagerten Spiegeln, die die Sonnenstrahlen auf ein gewünschtes Ziel fokussieren. Zur Fokussierung werden die einzelnen Rotationsachsen der einzelnen Spiegel individuell, elektrisch oder hydraulisch angetrieben. Somit verändert der Konzentrationsspiegel seinen Fokus im Tagesverlauf. Der Konzentrationsspiegel als Ganzes wird im Tagesverlauf um eine Achse gedreht, die auf das Ziel gerichtet ist und um eine mitdrehende Achse senkrecht dazu verschwenkt. Damit wird sichergestellt, dass die einfallenden Sonnenstrahlen, die zum Ziel reflektieren Sonnenstrahlen, die Flächennormale des Konzentrationsspiegels und eine Mittelachse durch den Konzentrationsspiegel in einer Ebene liegen. Dadurch verringert sich der Freiheitsgrad zur Einstellung der einzeln drehbar gelagerten Spiegel auf nur eine Drehachse pro einzelnem Spiegel. Nachteilig an diesem Heliostaten ist jedoch, dass für die beiden Hauptachsen und für jede der Drehachsen der einzelnen Spiegel je ein Antriebsmotor samt Steuerung vorgesehen sein muss. Damit ergeben sich eine Vielzahl von Antrieben und Steuerungen und der der Heliostat wird technisch aufwendig und teuer. One such sun-ray concentrating heliostat is known from GB 2 329 976 A. Here, the concentration mirror of the heliostat comprises a grid of individually controllable rotatably mounted mirrors which focus the sun's rays on a desired target. For focusing, the individual rotation axes of the individual mirrors are driven individually, electrically or hydraulically. Thus, the concentration level changes its focus during the day. The concentration level as a whole is rotated during the course of an hour about an axis which is directed to the target and pivoted about a co-rotating axis perpendicular thereto. This ensures that the incident solar rays, which reflect the target sun's rays, the surface normal of the concentration level and a central axis through the concentration levels in a plane. This reduces the degree of freedom for adjusting the individually rotatably mounted mirror on only one axis of rotation per single mirror. A disadvantage of this heliostat, however, that for the two main axes and for each of the axes of rotation of the individual mirrors each drive motor velvet Control must be provided. This results in a variety of drives and controls and the heliostat is technically complex and expensive.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Heliostaten und ein zugeordnetes Empfangselement zur effizienten Energiewandlung von Solarenergie in Wärme eines Temperaturbereichs von 50 - 2000 °C bereitzustellen. Der Einfluss der äußeren Temperaturen auf den Wirkungsgrad soll dabei möglichst gering sein. Zusätzlich soll die Positionierung des Heliostaten unabhängig von der Himmelsrichtung erfolgen können und somit ein beliebig angeordnetes Empfangselement fokussiert werden können. Zusätzlich soll eine möglichst robuste und kostengünstige Nachführung des Heliostaten bereitgestellt werden. The present invention therefore has as its object to provide a heliostat and an associated receiving element for efficient energy conversion of solar energy into heat of a temperature range of 50 - 2000 ° C. The influence of the external temperatures on the efficiency should be as low as possible. In addition, the positioning of the heliostat should be independent of the direction of the compass and thus an arbitrarily arranged receiving element can be focused. In addition, the most robust and cost-effective tracking of the heliostat should be provided.
Weiterhin kommen bei herkömmlichen Solarkraftwerken die gebündelten Sonnenstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf die Empfangselemente zu. Auch wenn die Empfangselemente solcher Kraftwerke aufgrund der hohen Flächetemperatur einen hohen Absorptionswirkungsgrad haben, zeigen sie bedeutende Reflexionswärmeverluste und konvektive Wärmeverluste aufgrund ihrer notwendigen offenen Gestaltung. Der typische thermische Wirkungsgrad dieser Empfänger liegt daher lediglich bei 60-65%. Es ist daher weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Empfangselement sowie ein System aus Heliostaten und Empfangselement bereitzustellen, das einen höheren thermischen Wirkungsgrad aufweist. Furthermore come in conventional solar power plants bundled sun rays from different directions to the receiving elements. Although the receiving elements of such power plants have a high absorption efficiency due to the high surface temperature, they show significant reflection heat losses and convective heat losses due to their necessary open design. The typical thermal efficiency of these receivers is therefore only 60-65%. It is therefore an object of the present invention to provide a receiving element and a system of heliostats and receiving element, which has a higher thermal efficiency.
3. Zusammenfassung der Erfindung 3. Summary of the invention
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch einen Heliostaten gemäß Patentanspruch 1, ein Empfangselement gemäß Patentanspruch 13 und ein System zur Wandlung von Solarenergie in Wärmeenergie gemäß Patentanspruch 15. The above object is achieved by a heliostat according to claim 1, a receiving element according to claim 13 and a system for the conversion of solar energy into heat energy according to claim 15.
Insbesondere wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch einen Heliostaten, aufweisend eine Spiegeleinheit, zur Reflektion und Fokussierung von Sonnenstrahlen auf ein Ziel, wobei die Spiegeleinheit um eine erste Hauptachse A- A' drehbar gelagert ist, die stets in Richtung des Ziels ausgerichtet ist und wobei die Spiegeleinheit um eine zweite Hauptachse B-B' drehbar gelagert ist, die senkrecht zur ersten Hauptachse A-A' und senkrecht zur Flächennormalen N der Spiegeleinheit angeordnet ist und mit der Spiegeleinheit um die erste Hauptachse A-A' mitdreht, wobei die Drehbewegung der Spiegeleinheit um die zweite Hauptachse B-B' mittels eines ersten mechanischen Getriebes durch die Drehbewegung der Spiegeleinheit um die erste Hauptachse A-A' bewirkt wird. In particular, the above-mentioned object is achieved by a heliostat, comprising a mirror unit, for reflecting and focusing sun rays on a target, wherein the mirror unit is rotatably mounted about a first main axis A-A ', which is always aligned in the direction of the target and wherein the mirror unit is rotatably mounted about a second main axis BB 'which is perpendicular to the first main axis AA' and perpendicular to the surface normal N of Mirror unit is arranged and rotates with the mirror unit about the first major axis AA ', wherein the rotational movement of the mirror unit about the second main axis BB' by means of a first mechanical transmission by the rotational movement of the mirror unit about the first main axis AA 'is effected.
Dadurch, dass der Heliostat zwei Hauptachsen A-A' und B-B' für die Bewegung der Spiegeleinheit aufweist, wobei die erste Hauptachse A-A' in Richtung des Brennpunktes ausgerichtet ist, kann der Heliostat der Sonnenbahn entsprechend auf einen beliebiges Ziel, im Abstand des Brennpunktes gerichtet werden. Dies ist mit Heliostaten, deren Brennpunkt auf der siderischen Achse liegen muss, nicht möglich. Die direkte mechanische Kopplung der zwei Hauptachsen A-A' und B-B' durch ein erstes mechanisches Getriebe reduziert die Anzahl der erforderlichen Antriebe zur Positionierung des Heliostaten auf einen einzigen Antrieb, der vorzugsweise die erste Hauptachse A-A' antreibt. Weitere Antriebe sowie aufwendige und teure Steuerungen für die zweite Hauptachse B-B' sind durch das mechanische Getriebe nicht notwendig. Der erfindungsgemäße Heliostat ist sehr robust und kostengünstig und kann daher vielfältig zur effizienten Nutzung der Solarenergie eingesetzt werden. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Heliostat auch zu Heizzwecken in privaten oder gewerblichen Gebäuden verwendet werden. The fact that the heliostat has two main axes A-A 'and B-B' for the movement of the mirror unit, wherein the first main axis A-A 'is aligned in the direction of the focal point, the heliostat of the sun orbit can be directed according to any target, at the distance of the focal point. This is not possible with heliostats that have their focus on the sidereal axis. The direct mechanical coupling of the two main axes A-A 'and B-B' through a first mechanical transmission reduces the number of drives required to position the heliostat on a single drive, which preferably drives the first major axis A-A '. Other drives and complex and expensive controls for the second main axis B-B 'are not necessary by the mechanical transmission. The heliostat according to the invention is very robust and inexpensive and can therefore be used in many ways for the efficient use of solar energy. In particular, the heliostat according to the invention can also be used for heating purposes in private or commercial buildings.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Hauptachse A-A' so angeordnet, dass bei einer Drehung der Spiegeleinheit um die erste Hauptachse A- A' Sonnenstrahlen, die auf eine Symmetrielinie der Spiegel einheit, die senkrecht zur zweiten Hauptachse B-B' verläuft, einfallen und von dort reflektiert werden, stets in einer Fläche liegen, die von der Symmetrielinie und von der Flächennormalen der Spiegeleinheit aufgespannt wird. In a preferred embodiment, the first main axis AA 'is arranged so that upon rotation of the mirror unit about the first main axis A- A' sun rays, the unit on a line of symmetry of the mirror, which is perpendicular to the second major axis BB ', incident, and from there are always located in an area which is spanned by the symmetry line and by the surface normal of the mirror unit.
Dadurch, dass die erste Hauptachse A-A' stets auf den Brennpunkt der Spiegeleinheit ausgerichtet ist und die einfallenden und reflektierten Strahlen stets in der durch die Symmetrielinie und der Flächennormalen der Spiegeleinheit aufgespannten Fläche liegen, kann zur Konzentration der Sonnenstrahlen eine Spiegeleinheit verwendet werden, deren Fokus nur bezüglich einer Achse veränderbar ist, um eine optimal fokussierende Reflektion der Sonnenstrahlen zu gewährleisten. In manchen Fällen ist aufgrund dieser Steuerung der Spiegeleinheit der Fokussierungsfehler sogar vernachlässigbar. Because the first main axis AA 'is always aligned with the focal point of the mirror unit and the incident and reflected beams are always in the plane defined by the symmetry line and the surface normal of the mirror unit, a mirror unit whose focus is only used to concentrate the sun's rays with respect to an axis is variable, to optimally focusing reflection of the sun's rays guarantee. In some cases, due to this control of the mirror unit, the focusing error is even negligible.
Bevorzugt weist das erste mechanische Getriebe eine bezüglich der ersten Hauptachse A-A' festgelegte Steuerfläche auf, die ein an der Spiegeleinheit angelenkter Abnehmer abgreift, um mechanisch die Drehung der Spiegeleinheit um die zweite Hauptachse B-B' zu bewirken. Dadurch, dass der Bewegungsablauf der zweiten Hauptachse B-B' durch die Steuerfläche festgelegt ist und eindeutig mit dem Bewegungsablauf der Achse A-A gekoppelt ist, muss die Bewegung der zweiten Hauptachse B-B' nicht individuell angetrieben und gesteuert werden. Dies minimiert den steuerungstechnischen Aufwand, verringert die Anzahl der einzusetzenden Motoren, die dazu notwendigen Steuerungen und die entstehenden Kosten. Bevorzugt ist die Steuerfläche in ihrer Ausrichtung einstellbar, um parallel zur Ebene der Sonnenbahn ausgerichtet zu werden. Durch diese Ausrichtung kann die Spiegeleinheit entsprechend dem Einsatzort an die Sonnenbahn angepasst werden. Dabei gibt die Kurvenbahn die Zuordnung der Bewegung der zweiten Hauptachse B-B' zur ersten Hauptachse A-A je nach Ort einstellbar vor. The first mechanical transmission preferably has a control surface fixed relative to the first main axis A-A ', which taps off a pickup articulated on the mirror unit in order to mechanically effect rotation of the mirror unit about the second main axis B-B'. Characterized in that the movement sequence of the second main axis B-B 'is determined by the control surface and is clearly coupled to the movement of the axis A-A, the movement of the second main axis B-B' does not have to be individually driven and controlled. This minimizes the control engineering effort, reduces the number of motors to be used, the necessary controls and the costs incurred. Preferably, the control surface is adjustable in orientation to be aligned parallel to the plane of the sun orbit. Due to this orientation, the mirror unit can be adapted to the solar path according to the location of use. In this case, the cam track predetermines the assignment of the movement of the second main axis B-B 'to the first main axis A-A, depending on the location.
Bevorzugt ist die Steuerfläche parallelverschiebbar, um ihre Lage der jahreszeitlichen Höhe der Ebene der Sonnenbahn anzupassen. Durch diese Parallelverschiebbarkeit kann die winklige Ausrichtung der Steuerfläche das ganze Jahr beibehalten werden und die Steuerfläche muss nur von Zeit zu Zeit auf die Sonnenhöhe des jeweiligen Tages eingestellt werden. The control surface is preferably parallel displaceable in order to adapt its position to the seasonal height of the plane of the sun track. Due to this parallel displacement, the angular orientation of the control surface can be maintained throughout the year and the control surface only has to be adjusted from time to time to the sun altitude of the respective day.
Bevorzugt weist die Spiegel einheit des Heliostaten Spiegelreihen auf, die jeweils aus mehreren planen Einzelspiegeln oder einem gebogenen Spiegelstreifen bestehen, wobei die Spiegelreihen individuell um eine Spiegelreihenachse C-C, die parallel zur zweiten Hauptachse B-B' angeordnet ist, drehbar an der Spiegeleinheit gelagert sind. Dadurch, dass die Spiegelreihen um die Spiegelreihenachse C-C drehbar gelagert sind, kann ein Fokussierungsfehler der Spiegeleinheit aufgrund der Nachführung im Tagesverlauf ausgeglichen werden und somit kann immer das Maximum an Sonnenstrahlen auf das Ziel reflektiert werden. Dadurch, dass die erste Hauptachse A-A' stets auf den Brennpunkt der Spiegeleinheit ausgerichtet ist und die einfallenden und reflektierten Strahlen stets in der durch die Symmetrielinie und der Flächennormalen der Spiegeleinheit aufgespannten Fläche liegen, können die Einzelspiegel oder die Spiegelstreifen, die die konzentrierende Spiegeleinheit bilden, und deren individuelle Ausrichtung an der Spiegeleinheit im Tagesverlauf variabel sein kann, um eine parallel zur Symmetrielinie der Spiegeleinheit liegenden Achse fest eingestellt werden. Zum Ausgleich des Fokussierangsfehlers ist nur noch eine Drehung der Einzelspiegel oder Spiegelstreifen um die Spiegelreihenachse C-C notwendig. Dementsprechend benötigt man zur Steuerung des Schwenkwinkels der Einzelspiegel und Spiegelstreifen nur jeweils einen Antrieb bzw. eine Steuerung, so dass auch hier Steuerangs- und Antriebsaufwand eingespart werden kann und dennoch in jeder Stellung der Spiegeleinheit eine optimale Fokussierung erzielt wird. Preferably, the mirror unit of the heliostat on mirror rows, each consisting of several plan individual mirrors or a curved mirror strip, the mirror rows are individually mounted about a mirror row axis CC, which is arranged parallel to the second main axis BB 'rotatably mounted on the mirror unit. Due to the fact that the mirror rows are rotatably mounted about the mirror row axis CC, a focusing error of the mirror unit due to the tracking can be compensated during the course of the day and thus the maximum of solar rays can always be reflected onto the target. Because the first main axis AA 'is always aligned with the focal point of the mirror unit and the incident and reflected beams always lie in the area spanned by the symmetry line and the surface normal of the mirror unit, the individual mirrors or the mirror strips forming the concentrating mirror unit can and their individual orientation on the mirror unit may be variable during the course of the day, in order to set a fixed axis parallel to the symmetry line of the mirror unit. To compensate for Fokussierangsfehlers only one rotation of the individual mirror or mirror strip to the mirror row axis CC is necessary. Accordingly, only one drive or one control is needed to control the pivoting angle of the individual mirrors and mirror strips, so that control input and drive effort can also be saved here, and optimum focusing is nevertheless achieved in every position of the mirror unit.
Bevorzugt umfasst der Heliostat ein zweites mechanisches Getriebe, wobei die Drehbewegung der Spiegelreihen um die Spiegelreihenachse C-C mittels eines zweiten mechanischen Getriebes durch die Drehbewegung der Spiegeleinheit um die zweite Hauptachse B-B' definiert wird. Durch die Umsetzung der Bewegung der zweiten Hauptachse B-B' in die einzelnen Drehbewegungen der Spiegelreihen um deren Spiegelreihenachsen C-C werden die beiden Bewegungen miteinander mechanisch gekoppelt und eine separate Steuerung für die Bewegung jeder einzelnen Spiegelreihe entfällt. Bevorzugt weist das zweite mechanische Getriebe individuelle Kurvenbahnen zur Ansteuerung der einzelnen Spiegelreihen auf, die bezüglich der zweiten Hauptachse B-B' festgelegt sind und die sich mit der Spiegeleinheit um die erste Hauptachse A-A' mitdrehen. Durch die Kurvenbahnen können die einzelnen Spiegelreihen unabhängig voneinander mechanisch gesteuert drehen, um so im Tagesverlauf eine optimale Fokussierung auf das gewünschte Ziel zu gewährleisten. Durch diese Anordnung sind keine einzelnen Antriebe je Spiegelreihenachse C-C erforderlich, sodass auch diese Einstellung der Spiegelreihen kostengünstig, robust und dennoch sehr genau ist. Bevorzugt weist das Heliostat eine Nachführung auf, die im Tagesverlauf ausschließlich durch einen Antrieb der Drehung der Spiegeleinheit um die erste Hauptachse A-A' erfolgt. Durch die mechanische Kopplung insbesondere der Hauptachsen A-A' und B-B' aber auch C- kann die Nachführung des Heliostaten über einen einzigen Antriebsmotor erfolgen, der auf die erste Hauptachse A-A' wirkt, die im Betriebszustand räumlich festgelegt ist. Preferably, the heliostat comprises a second mechanical gear, wherein the rotational movement of the rows of mirrors about the mirror row axis CC by means of a second mechanical transmission by the rotational movement of the mirror unit about the second major axis BB 'is defined. By implementing the movement of the second main axis BB 'in the individual rotational movements of the rows of mirrors about their mirror row axes CC, the two movements are mechanically coupled to each other and a separate control for the movement of each row of mirrors deleted. Preferably, the second mechanical transmission on individual cam tracks for driving the individual rows of mirrors, which are fixed with respect to the second main axis BB 'and which rotate with the mirror unit about the first main axis AA'. The curved tracks allow the individual rows of mirrors to be mechanically controlled independently of each other in order to ensure optimum focus on the desired destination during the day. By this arrangement, no individual drives per mirror row axis CC are required, so that this setting of the mirror rows is cost-effective, robust and yet very accurate. Preferably, the heliostat on a tracking, which takes place during the day exclusively by a drive of the rotation of the mirror unit about the first major axis AA '. Due to the mechanical coupling, in particular of the main axes AA 'and BB' but also C-, the tracking of the heliostat can take place via a single drive motor, which acts on the first main axis AA ', which is spatially fixed in the operating state.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Grundgerüst des Heliostaten drehbar und/oder schwenkbar gelagert, um unterschiedlich angeordnete Ziele mit einem einzigen Heliostaten anzustrahlen, wobei die Ausrichtung der Steuerfläche des ersten mechanischen Getriebes zur Sonnenbahn für alle unterschiedlichen Ziele beibehalten wird. Damit kann der Heliostat von einem beliebigen Ort aus mehrere im Abstand des Brennpunkts gelegene Ziele bestrahlen. Durch die beliebige Wahl des vom Heliostaten bestrahlten Ziels kann die Umwandlung der Solarenergie in Wärmeenergie direkt am Ort Verbrauchers geschehen und somit fällt kein Energieverlust durch einen Energietransport an. Die Wärme entsteht unmittelbar dort, wo sie benötigt wird, beispielsweise in einem Gebäude oder in einer bestimmten Wohnung eines Gebäudes. Damit ist es möglich für mehrere Gebäude oder mehrere Wohnungen eines Gebäudes nur einen gemeinsamen Heliostaten zu Solarenergiegewinnung zu verwenden. In a preferred embodiment, a backbone of the heliostat is rotatably and / or pivotally mounted to illuminate differently located targets with a single heliostat, while maintaining alignment of the control surface of the first mechanical gear to the sun track for all different targets. Thus, the heliostat can irradiate from any location from multiple targets located at a distance from the focal point. By the arbitrary choice of the target irradiated by the heliostat, the conversion of the solar energy into heat energy can be done directly at the place of the consumer and thus no energy loss due to an energy transport is incurred. The heat is generated directly where it is needed, for example in a building or in a specific apartment in a building. This makes it possible to use only one common heliostat for solar energy production for several buildings or several apartments in a building.
Bevorzugt weist der Heliostat weiterhin einen Leistungsregelmechanismus auf, bei dem Spiegelreihen einzeln um ihre Spiegelreihenachse C-C verschwenkbar sind, um die Sonnenstrahlen nicht mehr auf das ursprünglichen Ziel zu fokussieren. Durch diesen Leistungsregelmechanismus ist es möglich die vom Heliostaten reflektierte Sonnenstrahlung schnell zu regeln, ohne dass die Ausrichtung des Heliostaten auf das Ziel verändert werden muss. Dementsprechend kann die Leistung ohne signifikante Verzögerung geregelt werden und es muss keine Neupositionierung des gesamten Heliostaten erfolgen. Preferably, the heliostat further comprises a power control mechanism in which rows of mirrors are individually pivotable about their mirror row axis C-C in order to no longer focus the sun's rays on the original target. Through this power control mechanism, it is possible to quickly control the solar radiation reflected by the heliostat without having to change the orientation of the heliostat to the target. Accordingly, the power can be regulated without significant delay and there is no need to reposition the entire heliostat.
Insbesondere wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Empfangselement zum Empfang und zur Absorption von fokussierten Sonnenstrahlen, aufweisend einen Absorber, einen Einstrahlkanal und ringförmige Reflektionsflächen, die an der Wandung des Einstrahlkanals so angeordnet sind, dass sie vom Absorber zurückreflektierte Strahlung wieder zum Absorber hin reflektieren. Durch die an der Wandung des Einstrahlkanals angeordneten Reflektionsflächen wird der Anteil der bevorzugt in Wärme umgewandelten Solarenergie optimiert und damit der Wirkungsgrad des Gesamtsystems. In particular, the above-mentioned object is achieved by a receiving element for receiving and absorbing focused sunbeams, comprising an absorber, a radiation channel and annular reflection surfaces which are arranged on the wall of the radiation channel so as to be separated from the absorber Reflect reflected radiation back to the absorber out. By arranged on the wall of the Einstrahlkanals reflecting surfaces of the proportion of preferably converted into heat solar energy is optimized and thus the efficiency of the overall system.
Bevorzugt weist das Empfangselement einen Umlenkspiegel im Einstrahlkanal auf, welcher die Sonnenstrahlen in einem zum Einstrahlkanal nach oben abgewinkelten Solarkamin zum Absorber hin leitet. Ein abgewinkelter Einstrahlkanal mit einem Umlenkspiegel und einem nach oben verlaufenden Solarkamin verringert die Wärmeverluste des Absorbers, da im nach oben verlaufenden Teil des Einstrahlkanals nahezu keine Konvektion stattfindet. Weiterhin ist es durch diese Anordnung möglich, unterschiedliche Absorber auf den Einstrahlkanal aufzusetzen, wie beispielsweise Flüssigkeitswärmetauscher,The receiving element preferably has a deflecting mirror in the irradiation channel, which guides the sun's rays toward the absorber in a solar chimney which is angled upward toward the injection channel. An angled Einstrahlkanal with a deflecting mirror and a solar fireplace extending upward reduces the heat loss of the absorber, since in the upwardly extending part of the Einstrahlkanals almost no convection takes place. Furthermore, it is possible by this arrangement to set up different absorbers on the Einstrahlkanal, such as liquid heat exchangers,
Wärmespeicherelemente, Backöfen, Kachelöfen, Schmelzöfen, etc. Heat storage elements, ovens, tiled stoves, furnaces, etc.
Insbesondere wird die oben genannte Aufgabe auch gelöst durch ein System zur Wandlung von Solarenergie in Wärmeenergie aufweisend mindestens einen oben beschriebenen Heliostaten und mindestens ein oben beschriebenes Empfangselement. Dadurch, dass von dem Heliostaten die fokussierten Sonnenstrahlen stets aus der gleichen Richtung einfallen kann das Empfangselement auf diese Einstrahlrichtung optimiert werden. Dadurch ist es möglich, Empfangselemente bereitzustellen deren Absorber tief innerhalb des Empfangselements angeordnet ist, wodurch Wärmeverluste stark minimiert werden. Insbesondere kann die vom Absorber zurückreflektierte Strahlung minimiert werden. Das System aus Heliostat und daran angepasstem Empfangselement hat daher einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als konventionelle Heliostatsysteme bei denen mehrere Heliostaten ein gemeinsames Ziel anstrahlen. 4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen In particular, the above-mentioned object is also achieved by a system for converting solar energy into thermal energy having at least one heliostat described above and at least one receiving element described above. Due to the fact that the focused sunrays can always be incident on the heliostat from the same direction, the receiving element can be optimized for this direction of incidence. This makes it possible to provide receiving elements whose absorber is located deep within the receiving element, whereby heat losses are greatly minimized. In particular, the radiation reflected back from the absorber can be minimized. The system of heliostat and adapted receiving element therefore has a much higher efficiency than conventional heliostat systems in which several heliostats have a common goal. 4. Brief description of the drawings
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In denen zeigt: einen Schnitt in Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heliostaten beim Fokussieren von Sonnenstrahlen auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfangselements; Fig. 2: eine dreidimensionale Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heliostaten, mit bezüglich der Spiegeleinheit fixierten Achsen D-D' und nachgeführten Achsen C-C zum Positionieren von Einzelspiegeln einer Spiegeleinheit; Fig. 3: eine dreidimensionale Darstellung der Sonnenbahnen in Mitteleuropa bei der Sommersonnenwende, Wintersonnenwende und Tagundnachtgleiche relativ zur Neigung der Erdachse; Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In which shows: a section in side view of a third embodiment of a heliostat according to the invention when focusing sun rays on an embodiment of a receiving element according to the invention; 2 shows a three-dimensional overall view of a first embodiment of a heliostat according to the invention, with axes DD 'fixed relative to the mirror unit and tracking axes CC for positioning individual mirrors of a mirror unit; Fig. 3: a three-dimensional representation of the sun paths in Central Europe at the summer solstice, winter solstice and equinoxes relative to the inclination of the earth's axis;
Fig. 4: eine Seitenansicht des Heliostaten nach Fig. 2, mit Darstellung des Fig. 4: a side view of the heliostat of FIG. 2, with representation of
Neigungswinkels einer Steuerfläche eines ersten mechanischen Tilt angle of a control surface of a first mechanical
Getriebes in Bezug zur Sonnenbahn; eine dreidimensionale Gesamtansicht des Heliostaten nach Fig. 2 von der Rückseite der Spiegeleinheit; eine Seitenansicht des ersten mechanischen Getriebes zur Übertragung der Bewegungen einer ersten Hauptachse A-A' auf eine zweite Hauptachse B-B' des Heliostaten nach Fig. 2; Fig. 7 und 8: dreidimensionale Detailansichten des ersten mechanischen Gearbox in relation to the sun track; a three-dimensional overall view of the heliostat of Figure 2 from the back of the mirror unit. a side view of the first mechanical transmission for transmitting the movements of a first main axis A-A 'to a second main axis B-B' of the heliostat of Fig. 2; 7 and 8: three-dimensional detail views of the first mechanical
Getriebes nach Fig. 6;  Transmission of Fig. 6;
Fig. 9: eine dreidimensionale Darstellung eines Steuerarms, ausgerichtet anhand der Sonnenbahn; 9 shows a three-dimensional representation of a control arm, oriented on the basis of the sun track;
Fig. 10: dreidimensionale Darstellungen der Steuerfläche und eines entsprechenden Abnehmers des ersten mechanischen Getriebes; Fig. 11: eine dreidimensionale Darstellung des Heliostaten mit einem zweiten mechanischen Getriebe zur Ansteuerung von einzelnen Spiegelreihen; 10 shows three-dimensional representations of the control surface and of a corresponding pickup of the first mechanical transmission; 11 shows a three-dimensional representation of the heliostat with a second mechanical transmission for controlling individual rows of mirrors;
Fig. 12A-B: eine dreidimensionale Darstellung und eine Seitenansicht einer 12A-B: a three-dimensional representation and a side view of a
Kurvenbahn des zweiten mechanischen Getriebes aus Fig. 11;  Curved track of the second mechanical transmission of Fig. 11;
Fig. 13: eine dreidimensionale Darstellung des zweiten mechanischen Getriebes und der damit angesteuerten Spiegelreihen von der Rückseite der Spiegeleinheit; 13 shows a three-dimensional representation of the second mechanical transmission and the rows of mirrors triggered thereby from the rear side of the mirror unit;
Fig. 14 und 15: schematische Seitenansichten der Winkel Verhältnisse des 14 and 15 are schematic side views of the angle ratios of
Fokussiermechanismus des zweiten mechanischen Getriebes;  Focusing mechanism of the second mechanical transmission;
Fig. 16: eine schematische Seitenansicht des Fokussiermechanismus des zweiten mechanischen Getriebes zur Verdeutlichung des Strahlenganges; 16 shows a schematic side view of the focusing mechanism of the second mechanical transmission to illustrate the beam path;
Fig. 17: eine Seitenansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des 17 is a side view of a second preferred embodiment of the
Heliostaten mit einer Rotationsachse zur Fokussierung auf unterschiedliche Ziele;  Heliostats with a rotation axis for focusing on different targets;
Fig. 18: eine Aufsicht auf unterschiedlich positionierte Heliostate der zweiten Fig. 18: a plan view of differently positioned heliostats of the second
Ausführungsform mit gemeinsamen Zielpunkt, zur Darstellung der Ausrichtung des ersten mechanischen Getriebes; Fig. 19: eine dreidimensionale Detaildarstellung der zweiten Ausführungsform des Heliostaten;  Common target embodiment, showing the orientation of the first mechanical transmission; FIG. 19 shows a three-dimensional detail representation of the second embodiment of the heliostat; FIG.
Fig. 20: eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Heliostaten, mit einer Rotationsachse und einer dazu senkrechten Schwenkachse, zur Positionierung des Heliostaten auf unterschiedliche Ziele; FIG. 20 shows a side view of a third embodiment of the heliostat, with a rotation axis and a pivot axis perpendicular thereto, for positioning the heliostat on different targets; FIG.
Fig. 21A-C: Seitenansichten des Heliostaten der dritten Ausführungsform für verschiedene Schwenkwinkel der Achse J-J'; Fig. 22: eine Seitenansicht des ersten mechanischen Getriebes der dritten Ausführungsform des Heliostaten, insbesondere die Einrichtung zur Parallelverschiebung der Kurvenbahn; Fig. 23: eine dreidimensionale Detail darstellung der Einrichtung zur Figures 21A-C are side views of the heliostat of the third embodiment for various pivot angles of the axis J-J '; 22 shows a side view of the first mechanical transmission of the third embodiment of the heliostat, in particular the device for parallel displacement of the curved path; Fig. 23: a three-dimensional detail representation of the device for
Parallelverschiebung der Kurvenbahn der dritten Ausführungsform des Heliostaten;  Parallel displacement of the curved path of the third embodiment of the heliostat;
Fig. 24: eine Seitenansicht des ersten mechanischen Getriebes der ersten und zweiten Ausführungsform des Heliostaten, insbesondere die Einrichtung zur Parallelverschiebung der Kurvenbahn; FIG. 24 shows a side view of the first mechanical transmission of the first and second embodiment of the heliostat, in particular the device for parallel displacement of the curved path; FIG.
Fig. 25: eine dreidimensionale Darstellung der Spiegelreihen der Spiegeleinheit; Fig. 26: eine Seitenansicht der Spiegelreihen der Spiegeleinheit, mit eineinen Fig. 25: a three-dimensional representation of the mirror rows of the mirror unit; Fig. 26 is a side view of the mirror rows of the mirror unit, with one
Spiegelreihen im zu- und abgeschalteten Zustand;  Mirror rows in the on and off state;
Fig. 27 - 29: dreidimensionale Darstellungen eines Leistungsregelmechanismus für Spiegelreihen; Figs. 27-29 are three-dimensional representations of a power control mechanism for mirror rows;
Fig. 30: eine Schnittansicht von der Seite einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfangselementes; Fig. 30 is a sectional view from the side of a first embodiment of a receiving element according to the invention;
Fig. 31A-C: Schnittansichten eines Solarkamins und eines Absorbers für Fig. 31A-C are sectional views of a solar fireplace and an absorber for
Flüssigkeiten eines Empfangselementes; und  Liquids of a receiving element; and
Fig. 32: eine Schnittansicht von der Seite einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfangselementes. 5, Bevorzugte Ausführungsformen Fig. 32: a sectional view from the side of a second embodiment of a receiving element according to the invention. 5, Preferred Embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Merkmale einzelner Ausführungsformen lassen sich mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinieren, auch wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt ist. Die Figur l zeigt ein thermisches Solarsystem 100 zur Nutzung von Solarenergie mit einem Heliostaten 1 und einem zugeordneten Empfangselement 3. Hierbei reflektiert und fokussiert der Heliostat 1 über eine reflektierende und gleichzeitig fokussierende Spiegeleinheit 60 Sonnenstrahlen S, 2 auf einen Brennpunkt der sich im Empfangselement 3 befindet. Das Empfangselement 3 ist hierbei derart angeordnet, dass die reflektierten und fokussierten Sonnenstrahlen 2 über einen Umlenkspiegel 21 auf einen Absorber 22 gelenkt werden. Im Absorber 22 findet bevorzugt eine Umwandlung der Solarenergie in Wärme statt. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Features of individual embodiments can be combined with features of other embodiments, even if this is not expressly illustrated. FIG. 1 shows a solar thermal system 100 for using solar energy with a heliostat 1 and an associated receiving element 3. In this case, the heliostat 1 reflects and focuses sun rays S, 2 onto a focal point which is located in the receiving element 3 via a reflecting and simultaneously focusing mirror unit 60 , In this case, the receiving element 3 is arranged in such a way that the reflected and focused solar beams 2 are directed onto an absorber 22 via a deflecting mirror 21. In the absorber 22 is preferably a conversion of solar energy into heat instead.
Eine erste Ausführungsform eines fokussierenden Heliostaten 1 zur Nutzung von Solarenergie ist in Fig. 2 dargestellt. Der Heliostat 1 umfasst eine Spiegeleinheit 60 aus einem Raster von kleinen Planspiegeln 7. Die Planspiegel 7 konzentrieren das einfallende parallele Sonnenlicht auf den Brennpunkt im Empfangselement 3. A first embodiment of a focusing heliostat 1 for using solar energy is shown in FIG. The heliostat 1 comprises a mirror unit 60 composed of a grid of small plane mirrors 7. The plane mirrors 7 concentrate the incident parallel sunlight onto the focal point in the receiving element 3.
Der Heliostat 1 umfasst weiterhin ein Wippengerüst 5, das um eine Achse A-A schwenkbar an einem festen Lager dem Grundgerüst 4 befestigt ist. Die Achse A-A' ist auf das Empfangselement 3 ausgerichtet. An dem Wippengerüst 5 ist die Spiegeleinheit 60 befestigt und dreht daher bei einer Drehung um die Achse A-A' mit dem Wippengerüst 5 mit. The heliostat 1 further comprises a rocker frame 5, which is fixed to the skeleton 4 so as to be pivotable about an axis A-A on a fixed bearing. The axis A-A 'is aligned with the receiving element 3. On the rocker frame 5, the mirror unit 60 is fixed and therefore rotates with a rotation about the axis A-A 'with the rocker frame 5 with.
Die Spiegeleinheit 60 ist weiterhin um eine Achse B-B' (vgl. Fig. 4 und 5), die senkrecht zur Achse A-A' ausgerichtet ist und bevorzugt die Achse A-A' schneidet, an dem Wippengerüst 5 schwenkbar befestigt. Damit kann die Spiegeleinheit 60 als Ganzes bezüglich des Wippengerüsts 5 um die Achse B-B' verschwenken. Die Bewegungen um die Achse A-A' und B-B' ermöglichen es, die Spiegeleinheit 60 als Ganzes im Tagesverlauf auf den unterschiedlichen Sonnenstand auszurichten. The mirror unit 60 is further pivotally mounted on the rocker frame 5 about an axis B-B '(see Figures 4 and 5) which is oriented perpendicular to the axis A-A' and preferably intersects the axis A-A '. Thus, the mirror unit 60 can pivot as a whole with respect to the rocker frame 5 about the axis B-B '. The movements about the axis A-A 'and B-B' make it possible to align the mirror unit 60 as a whole in the course of the day on the different position of the sun.
Die einzelnen Planspiegel 7 sind an der Spiegeleinheit 60 schwenkbar um die Spiegelreihenachse C-C gelagert, um so im Tagesverlauf und im Vergleich zu den anderen Planspiegeln 7 variierende Winkel einzunehmen. Dabei können sich die Winkel zu den Winkeln der gleichen Zeit des Vortags unterscheiden. Mit dieser Einstellmöglichkeit der einzelnen Planspiegel 7 um die Spiegelreihenachse C-C ist es möglich, eine perfekte Fokussierung der Spiegeleinheit 60 auf den gewünschten Brennpunkt bei unterschiedlichen Stellungen der Spiegeleinheit 60 als Ganzes zu gewährleisten. The individual plane mirrors 7 are mounted on the mirror unit 60 so as to be pivotable about the mirror row axis CC so as to occupy varying angles during the course of the day and in comparison to the other plane mirrors 7. The angles may differ from the angles of the same time of the previous day. With this adjustment possibility of the individual plane mirror 7 about the mirror row axis CC, it is possible to perfectly focus the mirror unit 60 on the desired To ensure focal point at different positions of the mirror unit 60 as a whole.
Der fokussierende Heliostat 1 benutzt zur Nachführung auf den Sonnenstand im Tagesverlauf nur einen einzigen Antrieb zum Drehen des Wippengerüstes 5 um die Achse A-A' und zum gleichzeitigen Kippen des Rahmens 6 der Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' und zum Verschwenken der in Fig. 2 dargestellten Spiegelreihenachsen C-C Das Empfangselement 3 dient zum Empfang des konzentrierten Lichts mit einem hohen Wirkungsgrad. Es hat daher eine spezielle innere Geometrie. Das Empfangselement 3 hat einen adaptiven, bzw. wechselbaren oberen Teil 27, das mittels unterschiedlicher Absorber 22 auf verschiedene Anwendungsfälle und Wärmeträger (Wasser, Dampf, Gas), oder Wärmespeichermittel (massive Materialien, Stein, Ofenmaterial) angepasst werden kann. Die Temperatur der Absorberfläche kann, entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall, zwischen 50- 2000 °C liegen. Aufgrund der speziellen gerichteten Einstrahlung durch einen erfindungsgemäßen Heliostaten 1 kann das Empfangselement 3 entsprechend optimal angepasst ausgeführt werden, was einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad ergibt. Insbesondere ergeben sich vorteilhafte Lichtprojektionsparameter, so dass vom fokussierenden Heliostaten 1 kommende Strahlen nur einen Konuswinkel unter 8-120 zur Grundprojektionsrichtung eines zentralen Referenzspiegels 111 einschließen. Diese vorteilhafte Projektionseigenschaft des Heliostaten 1 resultiert darin, dass er sich wie verkleinertes Sonnenkraftwerk verhält. Er projiziert und fokussiert in einem Schritt das auf die Spiegeleinheit 60 fallende Sonnenlicht S und projiziert die Strahlen 2 mit einer Konvergenz von 8-120 auf das Empfangselement 3. Das Empfangselement 3 kann weiterhin in Bodennähe oder sogar in den Boden versenkt sein. Ein Empfangselement an der Spitze eines exponierten Turms, wie bei konventionellen Anlagen ist daher nicht notwendig. Die Gestaltung eines an einem fixen Punkt angeordneten Empfangselement 3 kann erfindungsgemäß räumlich tiefer und komplexer sein und es gibt quasi keine Beschränkung bzgl. Einlassöffnung, Größe, Isoliergrad, etc.. Ein wesentlicher Vorteil des entwickelten thermischen Solarsystems 100 ist es, dass bei weit nördlich liegenden Orten, die niedrige Sonnenstände aufweisen, auch bei niedriger Außentemperatur insgesamt ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. The focusing heliostat 1 used to track the position of the sun during the day only a single drive for rotating the rocker frame 5 about the axis AA 'and for simultaneous tilting of the frame 6 of the mirror unit 60 about the axis BB' and for pivoting the shown in Fig. 2 Mirror row axes CC The receiving element 3 serves to receive the concentrated light with a high efficiency. It therefore has a special inner geometry. The receiving element 3 has an adaptive or replaceable upper part 27, which can be adapted by means of different absorbers 22 to various applications and heat transfer (water, steam, gas), or heat storage medium (solid materials, stone, furnace material). The temperature of the absorber surface can, depending on the particular application, be between 50 and 2000 ° C. Due to the special directed irradiation by a heliostat 1 according to the invention, the receiving element 3 can be carried out correspondingly optimally adapted, which results in a very high thermal efficiency. In particular, advantageous light projection parameters result, so that beams coming from the focusing heliostat 1 include only a cone angle below 8-12 0 to the basic projection direction of a central reference mirror 111. This advantageous projection property of the heliostat 1 results in that it behaves like a downsized solar power plant. It projects and focuses in one step, the light incident on the mirror unit 60 sunlight S and projects the beams 2 with a convergence of 8-12 0 to the receiver 3. The receiving element 3 can be further lowered near the ground or even in the ground. A receiving element at the top of an exposed tower, as in conventional systems is therefore not necessary. According to the invention, the design of a receiving element 3 arranged at a fixed point can be spatially deeper and more complex and there is virtually no restriction with regard to inlet opening, size, degree of isolation, etc. A significant advantage of the developed solar thermal system 100 is that it is located far to the north Places that have low solar states, even at low outdoor temperature overall high efficiency can be achieved.
Die Spiegeleinheit 60 des Heliostaten 1 folgt im Tagesverlauf und über die Jahreszeiten der Sonnenbewegung mit Hilfe eines ersten mechanischen Getriebes 120, das im Folgenden anhand der Figuren 6 - 10 beschrieben wird. Das erste mechanische Getriebe 120 überträgt die Schwenkbewegung des Wippengerüsts 5 um die Achse A-A' auf die Schwenkbewegung der Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' bezüglich des Wippengerüsts 5. Das Wippengerüst 5 besteht, wie in Fig. 5 dargestellt aus einer Anordnung von miteinander verschweißten Rohren. Das Wippengerüst 5 ist an seiner Unterseite mit zwei Drehlagern versehen, durch dies es an dem Grundgerüst 4 um die Achse A-A' um im Wesentlichen +/- 900 verschwenken kann. Am in Fig. 5 linken Ende des Wippengerüsts 5 befindet sich das erste mechanische Getriebe 120. Kernelement des Getriebes 120 ist eine Steuerfläche 14, welche parallel zur Sonnenbahn ausgerichtet wird und dementsprechend in Neigung und Höhe einstellbar an dem Grundgerüst 4 befestigt ist. Wie in den Figuren 7 - 10 dargestellt, ist die Steuerfläche 14 als ein Steuerring ausgebildet, der parallel zur Sonnenbahn ausgerichtet werden muss. Dazu ist der Steuerring mit Gewindestäben 62 oder anderen in der Länge veränderbaren Bauteilen an einem Trägerelement 16 befestigt. Durch eine Einstellung der Gewindestäbe 62 wird die Steuerfläche 14 je nach Aufstellungsort und Richtung des Ziels parallel zur Sonnbahn ausgerichtet. Diese parallele Orientierung zur Sonnenbahn muss nur einmal eingestellt werden. The mirror unit 60 of the heliostat 1 follows during the course of the day and over the seasons of the solar movement with the aid of a first mechanical transmission 120, which will be described below with reference to FIGS. 6 to 10. The first mechanical gear 120 transmits the pivoting movement of the rocker frame 5 about the axis AA 'to the pivotal movement of the mirror unit 60 about the axis BB' with respect to the rocker frame 5. The rocker frame 5 consists, as shown in Fig. 5, of an assembly of tubes welded together , The rocker frame 5 is provided on its underside with two pivot bearings, by which it can pivot on the skeleton 4 about the axis AA 'by substantially +/- 90 0 . The first mechanical gear 120 is located at the left end of the rocker frame 5 in FIG. 5. The core element of the gear 120 is a control surface 14, which is aligned parallel to the sun track and is accordingly fastened to the main frame 4 so as to be adjustable in inclination and height. As shown in FIGS. 7-10, the control surface 14 is formed as a control ring that must be aligned parallel to the sun track. For this purpose, the control ring with threaded rods 62 or other variable in length components is attached to a support member 16. By adjusting the threaded rods 62, the control surface 14 is aligned parallel to the Sonnbahn depending on the site and direction of the target. This parallel orientation to the sun orbit must be set only once.
Um die Steuerfläche 14 auf die maximale Sonnenhöhe des jeweiligen Tages einzustellen, ist ihr Trägerelement 16 über eine Parallelogrammlagerung 15, 16 mit vier gleich langen Stangen 15 am Grundgerüst 4 parallelverschieblich gelagert. Jeden Tag einmal oder alle 2 - 3 Tage soll die Steuerfläche 14 auf eine neue Höhe eingestellt werden, die der jahreszeitlichen Höhe der Ebene der Sonnenbahn entspricht. Dies kann manuell oder auch mittels eines Antriebs mit Hilfe eines Solarsensors oder programmgesteuert erfolgen. Durch die Parallelogrammlagerung 15, 16 wird die parallele Ausrichtung der Steuerfläche 14 zur Sonnenbahn beibehalten. In order to adjust the control surface 14 to the maximum sun height of the respective day, its carrier element 16 is mounted parallel displaceably via a parallelogram bearing 15, 16 with four rods 15 of equal length on the basic frame 4. Every day once or every 2 - 3 days, the control surface 14 is to be set to a new height, which corresponds to the seasonal height of the plane of the solar orbit. This can be done manually or by means of a drive with the aid of a solar sensor or programmatically. By parallelogram storage 15, 16, the parallel alignment of the control surface 14 is maintained to the sun's path.
Die Steuerfläche 14 dient als Laufbahn für ein Wälzrad 13, welches drehbar an einem Bügel 12 gelagert ist, welcher wiederum an einem Steuerarm 11 schwenkbar gelagert ist. Diese in Fig. 10 im Detail dargestellte Lagerungsart stellt sicher, dass das Wälzrad 13 immer im senkrecht auf dem Ring der Steuerfläche 14 abrollt, unabhängig davon in welcher Winkelstellung sich der Steuerarm 11 zur Steuerfläche 14 befindet. Damit kann das Wälzrad 13 die Steuerfläche 14 genau abfahren und der Ablesefehler ist sehr gering. Wie in Fig. 10 dargestellt, kann der Bügel 12 zum Steuerarm 11 an der Sommer- bzw. Wintersonnenwende einen Winkel von 23,5° einnehmen. The control surface 14 serves as a raceway for a rolling wheel 13 which is rotatably mounted on a bracket 12, which in turn is pivotally mounted on a control arm 11. This storage mode, shown in detail in FIG. 10, ensures that the rolling wheel 13 always rolls in vertically on the ring of the control surface 14, irrespective of the angular position of the control arm 11 relative to the control surface 14. Thus, the Wälzrad 13, the control surface 14 depart exactly and the reading error is very low. As shown in Fig. 10, the bracket 12 to the control arm 11 on the summer or winter solstice occupy an angle of 23.5 °.
Der Steuerarm 11 besteht aus einer im Wesentlichen dreieckigen Konstruktion aus Stahlrohren an deren beiden Enden Schiebelager 10 drehbar gelagert sind. Ein drehbares Schiebelager 10 ist exemplarisch in Fig. 6 zusätzlich einzeln dreidimensional dargestellt. Der Steuerarm 11 ist über eine Achse E-E' (vgl. Fig. 4 und 6) schwenkbar an der Spiegeleinheit 60 gelagert und dreht zusammen mit der Spiegeleinheit 60 um die Achse A-A' mit. Dabei rollt das Wälzrad 13 auf der feststehenden Steuerfläche 14 ab und bewegt dadurch den Steuerarm 11. The control arm 11 consists of a substantially triangular construction of steel tubes at both ends sliding bearing 10 are rotatably mounted. A rotatable sliding bearing 10 is exemplarily shown in Fig. 6 individually three-dimensional. The control arm 11 is pivotably mounted on the mirror unit 60 via an axis E-E '(compare FIGS. 4 and 6) and rotates together with the mirror unit 60 about the axis A-A'. In this case, the rolling wheel 13 rolls on the fixed control surface 14 and thereby moves the control arm eleventh
Der Steuerarm 14 überträgt seine Bewegung auf zwei Hebelstangen 9 die längsverschieblich in den beiden Schiebelagern 10 geführt sind. Die Hebelstangen 9 sind wiederum an einer Achse F-F' (vgl. Fig. 4 und 6) verschwenkbar an dem Wippenelement 5 gelagert und über Kurbelstangen 8 mit dem Traggerüst 6 der Spiegeleinheit 60 verbunden. The control arm 14 transmits its movement to two lever rods 9 which are guided longitudinally displaceably in the two sliding bearings 10. The lever rods 9 are in turn pivotally mounted on the rocker element 5 on an axis F-F '(see FIGS. 4 and 6) and connected to the support frame 6 of the mirror unit 60 via connecting rods 8.
Das Wälzrad 13 wird mittels Federdruck von zwei beidseitigen Zugfedern (nicht dargestellt), die zwischen den Hebelstangen 9 und dem Wippengerüst 5 The Wälzrad 13 (not shown) by means of spring pressure of two tension springs on both sides, between the lever rods 9 and the rocker frame. 5
angeordnet sind, an die Steuerfläche 14 gezogen. Mit diesem mechanischen Getriebe 120 wird eine Schwenkbewegung des Wippgerüsts 5 um die Achse A-A' in eine Schwenkbewegung der Spiegeleinheit 60 um die mit dem Wippgerüst 5 mitschwenkende Achse B-B' umgesetzt. Durch die Ausrichtung und Höheneinstellung der Steuerkurve 14 wird dabei erreicht, dass die einfallenden Sonnenstrahlen S, die Flächennormale N der Spiegeleinheit 60 und die reflektierten Strahlen R der auf der Symmetrieachse liegenden Spiegel - beispielsweise des Referenzspiegels 111 - stets in einer Fläche a verlaufen, wie in Fig. 2 dargestellt. Dies hat den steuerungstechnischen Vorteil, dass die einzelnen Planspiegel 7 bei der Nachführung im Tagesverlauf zur optimalen Konzentration der Sonnenstrahlen nur um eine einzige Achse C-C bezüglich der Spiegeleinheit 60 variiert werden müssen und die voreingestellte Verschwenkung der Planspiegel 7 um die Achse D-D' (vgl. Fig. 2) kann über den Tagesverlauf konstant gehalten werden. In anderen Worten muss die Spiegeleinheit 60 nur einen variablen Fokus parallel zur C-C Achse aufweisen und der Fokus um eine Achse parallel zur D-D' Achse kann bei der Nachführung im Tagesverlauf konstant bleiben. are arranged, pulled to the control surface 14. With this mechanical transmission 120, a pivoting movement of the rocker arm 5 about the axis AA 'is converted into a pivoting movement of the mirror unit 60 about the pivoting axis BB with the rocker arm 5'. By the alignment and height adjustment of the control curve 14 is achieved that the incident sun rays S, the surface normal N of the mirror unit 60 and the reflected rays R of lying on the axis of symmetry mirror - for example, the reference mirror 111 - always run in an area a, as in Fig. 2 shown. This has the control technical advantage that the individual plane mirrors 7 during the tracking during the day to the optimum concentration of the sun's rays only about a single axis CC with respect to the mirror unit 60 must be varied and the preset pivoting of the plane mirror 7 about the axis DD '(see FIG 2) can be kept constant over the course of the day. In other words, the mirror unit 60 only needs to have a variable focus parallel to the CC axis, and the focus about an axis parallel to the DD 'axis may remain constant during tracking throughout the day.
Wie in Fig. 4 dargestellt, bildet die Flächennormale N der Spiegeleinheit bevorzugt die Winkelhalbierende zwischen den einfallenden Sonnenstrahlen S und der reflektierten Strahlen R des Referenzspiegels 111. Um die präzise Winkelhalbierung zu verwirklichen sind bevorzugt die in Fig. 24 ersichtlichen geometrischen As illustrated in FIG. 4, the surface normal N of the mirror unit preferably forms the angle bisector between the incident sun rays S and the reflected rays R of the reference mirror 111. In order to realize the precise bisection in the angle, it is preferable to have the geometric as shown in FIG
Verhältnisse erforderlich. Aus Fig. 24 ist ersichtlich, dass die Distanz x der parallel stehenden Achsen E-E' und G-G' sowie der Achsen E-E' und F-F' zueinander gleich ist. Die Position und Distanz der Achsen G-G' und E-E' zueinander ist auch aus Fig. 9 ersichtlich. Conditions required. From Fig. 24 it can be seen that the distance x of the parallel axes E-E 'and G-G' and the axes E-E 'and F-F' is equal to each other. The position and distance of the axes G-G 'and E-E' to each other is also apparent from Fig. 9.
Im Falle eines klaren, sonnigen Himmels dreht ein Antriebmotor (nicht dargestellt) das Wippengerüst 5 bei Sonnenaufgang von der in Fig. 2 dargestellten Mittelstellung in die Richtung der Sonne mit einer Drehung um maximal ±90° um die Achse A-A'. Anhand von Signalen von auf der Spiegeleinheit 60 angeordneten Solarsensoren (nicht dargestellt) wird der Drehwinkel des Wippengerüstes 5 um die A-A" Achse so eingestellt, dass die Sonnenstrahlen stets in der Fläche a (vgl. Fig. 2) einfallen. Die Fläche a steht somit stets senkrecht zur C-C Achse, der Schwenkachse der einzelnen Planspiegel 7. Ein Antriebsmotor schwenkt das Wippengerüst 5 während des Tagesverlaufs kontinuierlich synchron zur Sonne. In Fig. 2 ist die Stellung des Heliostaten 1 zur Mittagszeit dargestellt, in der die Sonne am höchsten Punkt steht und das Wippengerüst 5 sich in der Mittelstellung befindet. In the case of a clear, sunny sky, a drive motor (not shown) rotates the rocker frame 5 at sunrise from the center position shown in Fig. 2 in the direction of the sun with a rotation of ± 90 ° about the axis A-A '. On the basis of signals from solar sensors (not shown) arranged on the mirror unit 60, the angle of rotation of the rocker frame 5 about the AA "axis is set so that the sunrays always invade the surface a (see FIG always perpendicular to the CC axis, the pivot axis of the individual plane mirror 7. A drive motor pivots that Rocker frame 5 continuously synchronized with the sun throughout the day. In Fig. 2, the position of the heliostat 1 is shown at noon, in which the sun is at the highest point and the rocker frame 5 is in the center position.
Synchron zur Bewegung des Wippengerüsts 5 um die Achse A-A' wird die Spiegeleinheit 60 im Tagesverlauf von dem mechanischen Getriebe 120 um die mitdrehenden Achse B-B' verschwenkt und zwar in der Ansicht der Fig. 4 von der dargestellten Mittelstellung (Mittag) für den Vormittag im Uhrzeigersinn und dann im Tagesverlauf im Gegenuhrzeigersinn zurück. Das Folgen der Sonnenbewegung wird somit dadurch erreicht, dass die Sonnenstrahlen S in der Ebene a der Spiegeleinheit 60 gehalten werden. Der aktuellen Höhe der Sonneneinstrahlung gegenüber der Ebene a wird durch einen variablen Fokus der Spiegeleinheit 60 Rechnung getragen. Hierzu werden im Tagesverlauf die Planspiegel 7 um die Spiegelreihenachse C-C verschwenkt. Synchronously with the movement of the rocker frame 5 about the axis AA ', the mirror unit 60 is pivoted by the mechanical gear 120 about the co-rotating axis BB' in the course of the day and in the view of Fig. 4 from the illustrated mid-position (noon) for the morning in the clockwise direction and then back counterclockwise during the day. The consequences of the movement of the sun is thus achieved by keeping the sun's rays S in the plane a of the mirror unit 60. The current amount of solar radiation with respect to the plane a is accommodated by a variable focus of the mirror unit 60. For this purpose, the plane mirror 7 are pivoted about the mirror row axis C-C in the course of the day.
Die Parallelverschiebung der Steuerfläche 14 zur Anpassung an die Sonnenbahnen im Jahresverlauf ist in Fig. 3 bei Sommer- bzw. Wintersonnenwende und für die Tagundnachtgleiche skizziert. Die Winkeleinstellung der Steuerfläche 14 ist vom Breitengrad des Aufstellungsortes und damit dem Winkel der Erdachse an dem Aufstellungsort abhängig. Die Parallelverschiebung der Steuerfläche 14 erfolgt so, dass sich aufgrund einer Mittelpunktsspiegelung durch das erste mechanische Getriebe 120 die Steuerfläche 14 bei der Sommersonnenwende an ihrem unteren Totpunkt, bei Tagundnachtgleiche in der Mittelstellung und bei der The parallel shift of the control surface 14 for adaptation to the sun paths in the course of the year is outlined in Fig. 3 at summer or winter solstice and for the equinox. The angular adjustment of the control surface 14 is dependent on the latitude of the site and thus the angle of the earth's axis at the site. The parallel displacement of the control surface 14 is such that, due to a midpoint mirroring by the first mechanical transmission 120, the control surface 14 at the summer solstice at its bottom dead center, at equinox in the center position and in the
Wintersonnenwende am oberen Totpunkt befindet. In der Mittelstellung bei der Tagundnachtgleiche fällt die Steuerfläche 14 bei waagerechten Stand des Winter solstice is located at top dead center. In the middle position at the equinox the control surface 14 falls at horizontal level of the
Wippengerüsts 5 zur Mittagszeit mit der E-E' Achse zusammen. Rocking frame 5 at lunchtime with the E-E 'axis together.
Die Einstellung des veränderlichen Fokus der Spiegeleinheit 60 im Tagesverlauf erfolgt über ein Verschwenken der einzelnen Spiegelreihen 70 aus Planspiegeln 7 oder je einem gewölbten Spiegelstreifen 72 um jeweils die Achse C-C. Dieses Verschwenken der Spiegelreihen 70 um die Achse C-C erfolgt mittels eines zweiten mechanischen Getriebes 130 in Abhängigkeit der Schwenkbewegung der The setting of the variable focus of the mirror unit 60 in the course of the day via a pivoting of the individual rows of mirrors 70 from plane mirrors 7 or a respective curved mirror strip 72 about each axis C-C. This pivoting of the mirror rows 70 about the axis C-C takes place by means of a second mechanical transmission 130 as a function of the pivoting movement of
Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B'. Durch das zweite mechanische Getriebe 130 werden beispielsweise einzeln elektrisch angetrieben C-C Achsen der Mirror unit 60 about the axis B-B '. By the second mechanical transmission 130 For example, individually powered CC axles of the
Spiegelreihen 70 und deren Steuerung überflüssig. Mirror rows 70 and their control superfluous.
Eine Ausführungsform eines mechanischen Getriebes 130 ist in den Figuren 11 - 16 dargestellt. Die Spiegelreihen 70 sind an der Spiegeleinheit 60 um je eine Achse C- C schwenkbar gelagert. Die Spiegelreihen 70 sind unabhängig voneinander verschwenkbar, um einen veränderlichen Fokus der Spiegeleinheit 60 An embodiment of a mechanical transmission 130 is shown in FIGS. 11-16. The mirror rows 70 are pivotably mounted on the mirror unit 60 about an axis C-C. The rows of mirrors 70 are pivotable independently of each other, to a variable focus of the mirror unit 60th
bereitzustellen, der den Abbildungsfehler über den Tagesverlauf minimiert. Wie in Fig. 11 in einer Seitenansicht dargestellt, sind auf der Achse B-B' bezüglich des Wippengerüsts 5 feststehende Kurvenscheiben 31 angebracht. Die to provide that minimizes the aberration over the course of the day. As shown in Fig. 11 in a side view, 5 fixed cam plates 31 are mounted on the axis B-B 'with respect to the rocker frame. The
Kurvenscheiben 31 drehen daher nicht mit der Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' mit. Auf dem Umfang dieser Kurvenscheiben 31 werden Hebelarme 64 geführt, die jeweils mit einer Spiegelreihe 14 verbunden sind. Durch eine Drehung der Cams 31 therefore do not rotate with mirror unit 60 about axis B-B '. On the circumference of these cams 31 lever arms 64 are guided, which are each connected to a row of mirrors 14. By turning the
Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' gleiten die Hebelarme 64 kontinuierlich auf der entsprechenden bezüglich der Achse B-B' feststehenden Kurvenscheibe 31 und übertragen diese Bewegung auf die Schwenkbewegung der Spiegelreihe 14 um die Achse C-C. Die freien Enden der Hebelarme 64 werden durch Zugfedern (nicht dargestellt) auf den entsprechenden Steuerkurven der Kurvenscheiben 31 gehalten. Mirror unit 60 about the axis B-B ', the lever arms 64 slide continuously on the corresponding relative to the axis B-B' fixed cam 31 and transmit this movement on the pivotal movement of the mirror row 14 about the axis C-C. The free ends of the lever arms 64 are held by tension springs (not shown) on the corresponding cams of the cams 31.
Die Form der Steuerkurven der Kurvenscheiben 31 bestimmt sich aus der Länge des entsprechenden Hebelarms 64 und des gewünschten Verschwenkwinkels der Spiegelreihe 14 um die Achse C-C bei einer vorgegebenen Verschwenkung der Spiegeleinheit um die Achse B-B'. Grundsätzlich gilt, dass die am weitesten von der Schwenkachse B-B' entfernten Spiegelreihen 14 eine größere Verschwenkung erfahren, als die weiter innen gelegenen Spiegelreihen 14. Eine zentral gelegene Spiegelreihe braucht im Tagesverlauf gar nicht oder nur wenig um die The shape of the cams of the cam 31 is determined by the length of the corresponding lever arm 64 and the desired pivot angle of the mirror row 14 about the axis C-C at a given pivoting of the mirror unit about the axis B-B '. In principle, the rows of mirrors 14 furthest away from the pivot axis B-B 'experience a greater pivoting than the rows of mirrors 14 located further in the interior. A row of mirrors arranged centrally does not need at all or only little around the day
Spiegelreihenachse C-C verschwenkt zu werden. Die sich ergebenen Winkelverhältnisse bei einer Verschwenkung der Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' sind in den Figuren 14 und 15 skizziert. Man erkennt, dass durch die Verschwenkung der Spiegelreihen 14 um die Achse C-C (Winkel Yi und Y2) trotz unterschiedlicher Neigung der Spiegeleinheit 60 um die Achse B-B' (Differenzwinkel β die reflektierten Strahlen R sich im gleichen Fokus Mirror row axis CC to be pivoted. The resulting angular relationships at a pivoting of the mirror unit 60 about the axis BB 'are outlined in Figures 14 and 15. It can be seen that by the pivoting of the mirror rows 14 about the axis CC (angle Yi and Y 2 ) despite different inclination of the mirror unit 60 about the axis BB ' (Difference angle β, the reflected rays R in the same focus
konzentrieren. focus.
Das Fokussieren der Spiegelreihen 14 benötigt dank des zweiten mechanischen Getriebes 130 keinen gesonderten Energiebedarf. Die Fokussierung erfolgt nach Installation und Einstellung zudem vollautomatisch und jahreszeitlich unabhängig. Zusätzlich wird eine perfekte Fokussierung erzielt, ohne dass die Flachspiegel 7 um eine weitere Spiegelachse (Achse D-D') nachgeführt werden müssen. Dies verringert den Steuer- bzw. Regelungsaufwand des Gesamtsystems in erheblichem Maße. Focusing the rows of mirrors 14, thanks to the second mechanical transmission 130, does not require a separate energy requirement. The focus is also fully automatic and seasonally independent after installation and adjustment. In addition, perfect focusing is achieved without the flat mirrors 7 having to be tracked about a further mirror axis (axis D-D '). This significantly reduces the control effort of the overall system.
Bei der Ausführungsform des Heliostaten 1 der Figuren 4 - 11 lag der Fokus, bzw. die Richtung des Ziels auf der Achse A-A' die im Wesentlichen waagerecht und nach Süden ausgerichtet war. Dann zeigt bei kontinuierlicher Fokussierung die Achse H-H' des Steuerarms 11 immer genau in Richtung Sonne (vgl. Fig. 9). In the embodiment of the heliostat 1 of FIGS. 4-11, the focus, or the direction of the target, was on the axis A-A ', which was aligned substantially horizontally and to the south. Then, with continuous focusing, the axis H-H 'of the control arm 11 always points exactly in the direction of the sun (see Fig. 9).
In einer zweiten Ausführungsform des Heliostaten 1 nach den Figuren 17 - 19 kann die Richtung des Fokus bzw. des Ziels verändert werden. Dabei brauchen keine weiteren Einstellungen am Heliostaten 1, insbesondere am ersten mechanischen Getriebe 120 vorgenommen werden. In dieser Ausführungsform ist das In a second embodiment of the heliostat 1 according to FIGS. 17-19, the direction of the focus or the target can be changed. No further adjustments need to be made to the heliostat 1, in particular to the first mechanical gear 120. In this embodiment, this is
Grundgerüst 36, und damit die Achse A-A' in Richtung des Ziels, um die Achse Ι-Γ verschwenkbar. Dabei bleibt die Fokussierungsfunktion vollständig erhalten.  Backbone 36, and thus the axis A-A 'in the direction of the target, pivotable about the axis Ι-Γ. The focus function is completely retained.
Das Grundgerüst 36 und die daran befestigte Spiegeleinheit 60 kann über ein vertikales Lager an einer Achse 38 so gedreht werden, dass die Achse A-A' in die gewünschte Richtung zeigt. Dabei wird jedoch die Position der Steuerfläche 14 bezüglich des Aufstellorts beibehalten. Dies erfolgt dadurch dass, die die The skeleton 36 and the mirror unit 60 attached thereto can be rotated about a vertical bearing on an axle 38 so that the axis A-A 'points in the desired direction. However, the position of the control surface 14 is maintained with respect to the installation site. This is done by the fact that the
Steuerfläche über die Parallelogrammanordnung 15, 16 und einem Lagerarm 37 an der Achse 38 gelagert ist, die mit der Erde feststeht und sich nicht mit dem Control surface on the parallelogram assembly 15, 16 and a bearing arm 37 is mounted on the axle 38, which is fixed to the ground and not with the
Grundgerüst 36 um die Achse Ι-Γ mitdreht. Damit werden die oben beschriebenen Winkelverhältnisse bezüglich der Fläche a der Spiegeleinheit ebenfalls eingehalten. The basic frame 36 rotates around the axis Ι-Γ. Thus, the angular ratios described above with respect to the area a of the mirror unit are also complied with.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Achse Ι-Γ so gewählt wird, dass sie den gemeinsamen Kreuzungspunkt der Achsen Α-Α', E-E', H-H' schneidet. Weitere Anpassungen des ersten mechanischen Getriebes 120 sind nicht notwendig. Die übrigen Komponenten des Heliostaten 1 entsprechen jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. This is achieved by choosing the axis Ι-Γ to intersect the common intersection point of the axes Α-Α ', E-E', HH '. Further adjustments of the first mechanical transmission 120 are not necessary. The remaining components of the heliostat 1 correspond to those of the first embodiment described above.
Im Laufe einer ununterbrochenen Sonnennachführung kann die In the course of a uninterrupted solar tracking, the
Projektionsrichtung des Heliostaten 1 um die Achse Ι-Γ gedreht werden. Wie in den Figuren 18 und 19 dargestellt, verbleibt die Steuerfläche 14 jedoch in festem Abstand und fester Richtung bezüglich des gemeinsamen Kreuzungspunkts der Achsen A-A', E-E', H-H' und Ι-Γ. Dementsprechend ist eine optimale Nachführung der Spiegeleinheit 60 um die Achsen A-A', B-B' und C-C erhalten. Projection direction of the heliostat 1 are rotated about the axis Ι-Γ. However, as shown in Figs. 18 and 19, the control surface 14 remains at a fixed distance and fixed direction with respect to the common intersection of the axes A-A ', E-E', H-H ', and Ι-Γ. Accordingly, optimum tracking of the mirror unit 60 about the axes A-A ', B-B' and C-C is obtained.
Wie in der ersten Ausführungsform wird mittels eines Solarfühlers (nicht dargestellt) auf der Spiegeleinheit 60 die Achse A-A' gesteuert angetrieben, so dass die Achse H-H' des Steuerarmes 11 ständig in Richtung Sonne zeigt. Bei einer Drehung der Anlage um die Achse Ι-Γ, wird die Achse H-H' des Steuerarms 11 in geringem Maß bezüglich der in Lage und Position verbleibenden Steuerfläche 14 verdreht. Weil aber die Abbildung nur dann erfolgt, wenn die Achse H-H' in auf die Sonne ausgerichtet ist, wird das Wippengerüst 5 bezüglich der Achse A-A' etwas nachjustiert. Die Nachkorrektur um die Achse A-A' kann automatisch erfolgen, weil diese Nachkorrektur der üblichen Sonnenverfolgung der Spiegeleinheit 60 entspricht. D.h. die Solarfühler, die die Bewegung der Anlage steuern, können diese Korrektion bezüglich der Umdrehung um die Achse A-A' ebenfalls automatisch durchführen. Dementsprechend sind für die Nachkorrektur keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich. As in the first embodiment, the axis A-A 'is driven in a controlled manner by means of a solar sensor (not shown) on the mirror unit 60, so that the axis H-H' of the control arm 11 is constantly pointing in the direction of the sun. Upon rotation of the system about the axis Ι-Γ, the axis H-H 'of the control arm 11 is rotated slightly with respect to the remaining in position and position control surface 14. However, because the image is taken only when the axis H-H 'is aligned with the sun, the rocker frame 5 is slightly readjusted with respect to the axis A-A'. The post-correction about the axis A-A 'can take place automatically, because this post-correction corresponds to the usual sun tracking of the mirror unit 60. That The solar sensors that control the movement of the system can also perform this correction with respect to the rotation about the axis A-A 'also automatically. Accordingly, no additional equipment is required for the post-correction.
Fig. 18 verdeutlicht, dass mit der zweiten Ausführungsform des Heliostaten 1 unterschiedlich angeordnete Ziele beleuchtet werden können. Dabei dreht das Wippengerüst 5 um die Achse Ι-Γ in die gewünschte Richtung (Achse A-A'), wobei die Steuerfläche 14 feststeht und bezüglich der Sonne ausgerichtet bleibt. Damit können mit einem einzigen Heliostaten 1 voneinander verschiedene Ziele angestrahlt werden, die in einer Ebene angeordnet sind. Daneben ist es auch möglich, wie dargestellt, mit mehreren baugleichen Heliostaten 1 ein gemeinsames Ziel anzustrahlen. In den Figuren 20 - 24 und in Fig. 1 ist eine dritte Ausführungsform eines FIG. 18 illustrates that with the second embodiment of the heliostat 1 differently arranged targets can be illuminated. The rocker frame 5 rotates about the axis Ι-Γ in the desired direction (axis A-A '), the control surface 14 is fixed and remains aligned with respect to the sun. Thus, 1 different targets can be illuminated with a single heliostat 1, which are arranged in a plane. In addition, it is also possible, as shown, to illuminate a common target with several identical heliostat 1. In Figs. 20-24 and in Fig. 1, a third embodiment of a
Heliostaten 1 dargestellt, bei dem die Projektionsrichtung um zwei Achsen einstellbar ist. Damit ist es möglich, mit einem Heliostaten 1 unterschiedlich angeordnete Ziele zu beleuchten, die nicht in einer Ebene angeordnet sein müssen. Beispielsweise können mit einem Heliostaten 1 Empfangselemente 3 einzelner Wohnungen eines mehrstöckigen Gebäudes bestrahlt werden. Heliostat 1 shown, in which the projection direction is adjustable by two axes. This makes it possible to illuminate with a heliostat 1 differently arranged targets that do not need to be arranged in a plane. For example, with a heliostat 1 receiving elements 3 of individual apartments of a multi-storey building can be irradiated.
In Fig. 20 ist eine geschnittene Seitenansicht des um zwei Achsen schwenkbaren Heliostaten 1 dargestellt. Das Grundgerüst 36 kann in dieser Ausführungsform um eine im Wesentlichen vertikale Achse Ι-Γ gedreht werden und um eine dazu senkrecht angeordnete horizontale Achse J-J' verschwenkt werden. Hierbei wird die Lagerung 39 der Achse Ι-Γ an einem Lager 39 schwenkbar gelagert. Somit ist es möglich, die Achse A-A' des Wippengerüst 5 auf beliebige unterschiedliche Ziele auszurichten, auch übereinander angeordnete Ziele. In Fig. 20 is a sectional side view of the pivotable about two axes heliostat 1 is shown. The skeleton 36 can be rotated in this embodiment about a substantially vertical axis Ι-Γ and pivoted about a perpendicular thereto arranged horizontal axis J-J '. Here, the bearing 39 of the axis Ι-Γ is pivotally mounted on a bearing 39. Thus, it is possible to align the axis A-A 'of the rocker frame 5 to any different targets, including superimposed targets.
Wie bei der zweiten Ausführungsform muss auch hier die Steuerfläche (14) bezüglich Position und Richtung an die Sonnenbahn ausgerichtet sein. Weiterhin wird die Steuerfläche 14 wiederum im gemeinsamen Kreuzungspunkt der Achsen Α-Α', Ε-Ε', H-H' und Ι-Γ gehalten. Wenn das Grundgerüst 36 um die Achse J-J' verschwenkt wird, wie in den Figuren 21A - 21C dargestellt, wird die Steuerfläche 14 mitbewegt. Dabei stellt eine Parallelogrammmechanik aus schwenkbar miteinander verbunden Haltestabpaaren 41, 44 und 45 sicher, dass die As with the second embodiment, the control surface (14) must be aligned with respect to position and direction of the sun track here, too. Furthermore, the control surface 14 is again held in the common crossing point of the axes Α-Α ', Ε-Ε', H-H 'and Ι-Γ. When the skeleton 36 is pivoted about the axis J-J ', as shown in Figures 21A-21C, the control surface 14 is moved along. In this case, a parallelogram of pivotally interconnected holding rod pairs 41, 44 and 45 ensures that the
Ausrichtung der Steuerfläche 14 auf die Sonnenbahn beibehalten wird. Orientation of the control surface 14 is maintained on the sun track.
Wie in Fig. 22 dargestellt, ist die Steuerfläche 14 wiederum über eine As shown in FIG. 22, the control surface 14 is again over one
Parallelogrammanordnung 15, 16 parallel verschieblich gelagert. Die Parallelogram 15, 16 mounted displaceably parallel. The
Parallelogrammanordnung 15, 16 ist über einen Haltebogen 42 mit einem Parallelogram 15, 16 is a tie on a 42 with a
Lagerarm 37 verbunden, der an der Achse 39 gelagert ist, die mit dem Grundgerüst 36 um die Achse J-J' verschwenken kann, sich jedoch nicht mit dem Grundgerüst 36 um die Achse Ι-Γ mitdreht. Durch den Haltebogen 42 ist es möglich, dass die Steuerfläche 14 ihre Ausrichtung zur Sonnenbahn beibehält, obwohl das Bearing arm 37 is connected, which is mounted on the axle 39, which can pivot with the skeleton 36 about the axis J-J ', but does not rotate with the skeleton 36 about the axis Ι-Γ. By the tie sheet 42, it is possible that the control surface 14 maintains its orientation to the sun, although the
Grundgerüst 36 des Heliostaten 1 sich bezüglich der Achse J-J' verschwenkt. Dabei ist, die in Fig. 20 linksseitige Lagerung 43 der Parallelogrammanordnung 15, 16 in dem Haltebogen 42 verschieblich gelagert und kann von einem oberen Haltestabpaar 45 bezüglich des Haltebogens 42 in gebogenen Lagernuten 66 (vgl. Fig. 23) verschoben werden. Hierzu ist der Hebel 45 mit der Lagerung 43 um eine Achse M-M' verschwenkbar verbunden. Backbone 36 of the heliostat 1 pivots with respect to the axis JJ '. In this case, the left-side mounting 43 of the parallelogram arrangement 15, 16 in FIG. 20 is displaceably mounted in the retaining bow 42 and can be displaced by an upper retaining rod pair 45 with respect to the retaining bow 42 in curved bearing grooves 66 (see FIG. For this purpose, the lever 45 is pivotally connected to the bearing 43 about an axis MM '.
Das obere Haltestabpaar 45 ist an seinen unteren Enden schwenkbar jeweils mit einem mittleren Haltestabpaar 44 verbunden, das in seiner Mitte über ein Lager um die Achse K-K' schwenkbar mit der Achse 39 verbunden ist. An seinen zweiten Enden ist das mittlere Haltestabpaar 44 mit einem unteren Haltestabpaar 41 verbunden, das parallel zur Achse 39 schwenkbar an einer ortsfesten Lagerung 40 gelagert ist. The upper holding rod pair 45 is pivotally connected at its lower ends respectively to a middle holding rod pair 44, which is pivotally connected at its center via a bearing about the axis K-K 'with the axis 39. At its second ends, the middle holding rod pair 44 is connected to a lower holding rod pair 41, which is mounted parallel to the axis 39 pivotally mounted on a stationary bearing 40.
Der konstante Abstand zwischen den Achsen L-L' und M-M' des ersten Hebels 45 entspricht dem konstanten Abstand zwischen den Achsen K-K' und E-E'. Der konstante Abstand zwischen den Achsen K-K' und E-E' wird in der waagerechten Mittelstellung des Wippengerüsts 5 durch eine Verbindung mit entsprechend dimensionierten steifen Teilen des Grundgerüsts 36 und des Wippengerüsts 5 sichergestellt. The constant distance between the axes L-L 'and M-M' of the first lever 45 corresponds to the constant distance between the axes K-K 'and E-E'. The constant distance between the axes K-K 'and E-E' is ensured in the horizontal middle position of the rocker frame 5 by a connection with correspondingly dimensioned rigid parts of the skeleton 36 and the rocker frame 5.
Die Achsen J-J', K-K' und E-E' sind zueinander parallel und jede von ihnen steht senkrecht auf der Achse Ι-Γ. Der Abstand zwischen den Achsen K-K' und L-L' entspricht dem Abstand zwischen den Achsen E-E' und M-M'. Die Achsen J-J', K-K', E-E', L-L' und M - M' sind in jeder Stellung parallel zueinander. Der Abstand zwischen den Achsen K-K' und L-L' entspricht dem Abstand zwischen den Achsen L-L' und M-M'. The axes J-J ', K-K' and E-E 'are parallel to each other and each of them is perpendicular to the axis Ι-Γ. The distance between the axes K-K 'and L-L' corresponds to the distance between the axes E-E 'and M-M'. The axes J-J ', K-K', E-E ', L-L' and M - M 'are parallel to each other in any position. The distance between the axes K-K 'and L-L' corresponds to the distance between the axes L-L 'and M-M'.
Bei einer Verschwenkung des Heliostaten 1 um die Achse J-J', nehmen die Längsachsen des unteren Haltestabpaares 41 und des oberen Haltestabpaares 45 eine stets parallele Stellung zur Achse I - Γ ein. Die Längsachse des mittleren Haltestabpaares 44 bleibt immer in einer waagerechten Lage. Im Laufe der Drehung um die Achse J-J', bleiben die Achsen K-K' und L-L' immer in der selben Höhe zueinander, genau wie die Achsen M-M' und E-E'. Bei einer Drehung um die Achse J-J' werden vier Wellenzapfen 68 der Lagerung 43 in den bogenförmigen Nuten 66 des Haltebogens 42 verschoben. Wie in Fig. 23 dargestellt, entspricht die Lage und der Kreisbogen der bogenförmigen Nuten 66 des Haltebogens 42 einem Kreisbogen um die Achse E-E'. Der Radius des When the heliostat 1 is pivoted about the axis J-J ', the longitudinal axes of the lower holding rod pair 41 and of the upper holding rod pair 45 always assume a position parallel to the axis I - Γ. The longitudinal axis of the middle holding rod pair 44 always remains in a horizontal position. In the course of the rotation about the axis J-J ', the axes KK' and LL 'always remain at the same height as the axes MM' and E-E '. Upon rotation about the axis JJ ', four shaft journals 68 of the bearing 43 are displaced in the arcuate grooves 66 of the retaining bow 42. As shown in Fig. 23, corresponds to the position and the arc of the arcuate grooves 66 of the tether 42 a circular arc about the axis E-E '. The radius of the
Kreisbogens entspricht dem Abstand zwischen den Wellenzapfen 68 und der Achse E-E'. Circular arc corresponds to the distance between the shaft journal 68 and the axis E-E '.
Die Wellenzapfen 68 der Lagerung 43 werden somit in den bogenförmigen Nuten 66 des Haltebogens 42 durch die Bewegung des Halterstabpaares 45 so The shaft journals 68 of the bearing 43 are thus in the arcuate grooves 66 of the retaining bow 42 by the movement of the holder rod pair 45 so
verschoben, als wenn sie auf der Achse E - E' drehbar befestigt wären. In dershifted as if they were rotatably mounted on the axis E - E '. In the
Steuerung entsteht somit kein Winkelfehler. Die Projektionsrichtung stimmt bei einer Drehung des Heliostaten 1 um die Achse J-J' stets mit der Richtung der Achse A-A' überein. Control thus creates no angle error. The direction of projection always coincides with the rotation of the heliostat 1 about the axis J-J 'with the direction of the axis A-A'.
Wird nun der Heliostat 1, wie in Fig. 21A dargestellt, aus seiner senkrechten Stellung der Fig. 21B im Gegenuhrzeigersinn um die Achse J-J' verschwenkt (z.B. Winkel 980), dann schiebt der Hebel 45 die Lagerung 43 bezüglich des Now, if the heliostat 1, as shown in Fig. 21A, from its vertical position of Fig. 21B in the counterclockwise direction about the axis JJ 'pivoted (eg angle 98 0 ), then pushes the lever 45, the bearing 43 with respect to
Haltebogens 42 in den gebogenen Nuten 66 nach oben, so dass die Ausrichtung der Steuerfläche 14 zur Sonnenbahn beibehalten wird. Tie bow 42 in the curved grooves 66 upwards, so that the orientation of the control surface 14 is maintained to the sun's path.
Wird der Heliostat 1 wie in Fig. 21C dargestellt aus seiner senkrechten Stellung der Fig. 21B im Uhrzeigersinn um die Achse J-J' verschwenkt (z.B. Winkel 820), dann zieht der Hebel 45 die Lagerung 43 bezüglich des Haltebogens 42 in den gebogenen Nuten 66 nach unten, so dass die Ausrichtung der Steuerfläche 14 zur Sonnenbahn wiederum beibehalten wird. If the heliostat 1 as shown in Fig. 21C from its vertical position of Fig. 21B clockwise about the axis JJ 'pivoted (eg angle 82 0 ), then the lever 45 pulls the bearing 43 with respect to the retaining bow 42 in the curved grooves 66th down, so that the orientation of the control surface 14 is again maintained to the sun.
Es ist aus Fig. 22 gut ersichtlich, dass die Winkelstellung der Steuerfläche 14 unverändert bleibt, und von der Richtung der Achse Ι-Γ der Anlage unabhängig ist. Es ist außerdem ersichtlich, dass folglich auch die Richtung der Achse H-H' ständig zur Sonne ausgerichtet bleibt. Bei dieser Drehung der Anlage um die Achse J-J' braucht daher keine Nachstellung der Spiegeleinheit 60 durchgeführt werden, weil das erste mechanische Getriebe 120 diese Bewegung kompensiert und die Steuerfläche 14 in der richtigen Position hält. Weitere Anpassungen des ersten mechanischen Getriebes 120 der dritten It can be clearly seen from Fig. 22 that the angular position of the control surface 14 remains unchanged and is independent of the direction of the axis Ι-Γ of the system. It can also be seen that consequently the direction of the axis HH 'remains constantly aligned with the sun. In this rotation of the system about the axis JJ 'therefore no adjustment of the mirror unit 60 needs to be performed because the first mechanical gear 120 compensates for this movement and keeps the control surface 14 in the correct position. Further adjustments of the first mechanical transmission 120 of the third
Ausführungsform sind nicht notwendig. Die übrigen Komponenten des Heliostaten 1 entsprechen jenen der oben beschriebenen Ausführungsformen. In einer weiteren, in Fig. 25 dargestellten Ausführungsform werden die in Fig. 2 dargestellten Flachspiegel 7 der Spiegelreihen 70 durch spezielle für jede Embodiment are not necessary. The remaining components of the heliostat 1 correspond to those of the embodiments described above. In a further embodiment shown in FIG. 25, the flat mirrors 7 of the mirror rows 70 shown in FIG. 2 are replaced by special ones for each
Spiegelreihe 70 vorgesehene gebogene reflektierende Metallblechbänder 72 ersetzt. Ihre Krümmung entspricht der durchschnittlichen Fokaldistanz. Die Verwendung der Metallblechbänder 72 verbessert den Wirkungsgrad der Fokussierung. Die Metallblechbänder 72 haben je nach Spiegelreihe 70 eine unterschiedliche Mirror row 70 provided bent reflective metal sheet strips 72 replaced. Their curvature corresponds to the average focal distance. The use of the metal sheet bands 72 improves the efficiency of focusing. The metal sheet strips 72 have a different depending on the mirror row 70
Krümmung und werden wie die Flachspiegel 7 auf Spiegelreihenachsen C-C' mittels einer Achse 17 an der Spiegeleinheit 60 gelagert. Curvature and, like the flat mirrors 7, are mounted on mirror row axes C-C 'by means of an axis 17 on the mirror unit 60.
In einer weiteren Ausführungsform, die in den Figuren 26 - 29 dargestellt ist, kann das Heliostat 1 eine Leistungsregelung durch ein- und ausschalten der In a further embodiment, which is illustrated in FIGS. 26-29, the heliostat 1 can control the power by switching the power on and off
Spiegelreihen 70 durchführen. Dementsprechend kann das Heliostat 1 schnell auf die aktuell benötigte Wärme- oder Lichtmenge eingestellt werden ohne die  Perform mirror rows 70. Accordingly, the heliostat 1 can be quickly adjusted to the currently required amount of heat or light without the
Fokussierungsrichtung der Spiegeleinheit 60 zu verändern. Durch Verstellen eines Hebelsystems kann die Leistung des Heliostaten 1 stufenweise von 100% bis sogar 0% reduziert werden, was durch einen Focusing direction of the mirror unit 60 to change. By adjusting a lever system, the power of the heliostat 1 can be gradually reduced from 100% to even 0%, resulting in a
Leistungsregelmechanismus ermöglicht wird. Power control mechanism is enabled.
Der Leistungsregelmechanismus umfasst Wipparme 52 für jede Spiegelreihe 60. Die Wipparme 52 sind auf den Achsen 17 der auf der Spiegeleinheit 60 befestigten Spiegelreihen 70 drehbar gelagert. Ein Verbindungsstab 51 ist mit den Wipparmen 52 drehbar verbunden und verbindet die Wipparme 52 und zugleich die The power control mechanism comprises Wipparme 52 for each mirror row 60. The Wipparme 52 are rotatably mounted on the axes 17 of the mounted on the mirror unit 60 mirror rows 70. A connecting rod 51 is rotatably connected to the Wipparmen 52 and connects the Wipparme 52 and at the same time
Spiegelreihen 60 miteinander. Der Hebelarm 64 ist im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen drehbar auf die Achse 17 der Spiegelreihe 70 befestigt. Der Leistungsregelmechanismus kann mit einem Hauptbewegungsarm 57 angetrieben werden, um Spiegelreihen 70 um die Achse C-C so zu Mirror rows 60 together. The lever arm 64 is rotatably mounted on the axis 17 of the mirror row 70 in contrast to the previously described embodiments. The power control mechanism may be driven by a main movement arm 57 so as to engage mirror rows 70 about the axis C-C
verschwenken, dass sie das einfallende Sonnenlicht nicht mehr in Richtung Ziel fokussieren. Wie in den Figuren 28 und 29 zu sehen, ist an jeder Achse 17 ein T-förmiger Halter 54 drehfest befestigt, über den die Schwenkbewegung auf die Spiegelreihe 70 eingeleitet wird. In den Halter 54 sind zwei Stellschrauben 56 eingeschraubt, mit denen das Verkippen der Spiegelreihe 70 feinjustiert werden kann. panning that they no longer focus the incoming sunlight towards the target. As can be seen in Figures 28 and 29, a T-shaped holder 54 is rotatably attached to each axis 17, via which the pivoting movement is introduced to the mirror row 70. In the holder 54 two screws 56 are screwed, with which the tilting of the mirror row 70 can be finely adjusted.
In Fig. 29 ist der normale Betriebszustand dargestellt. Hier wird der Halter 54 über eine Schaltfläche 55 des Hebelarms 64 bewegt, die an der rechten Stellschraube 56 ansteht. Die Spiegelreihe 70 wird zu diesem Zweck mittels einer Feder (nicht dargestellt) in den Figuren 28 und 29 im Uhrzeigersinn gespannt. In Fig. 29, the normal operating state is shown. Here, the holder 54 is moved via a button 55 of the lever arm 64, which abuts against the right-hand set screw 56. The mirror row 70 is tensioned for this purpose by means of a spring (not shown) in Figures 28 and 29 in a clockwise direction.
Dementsprechend liegt die Stellschraube 56 des Halters 54 an der Schaltfläche 55 an und die Spiegelreihe 70 kann entsprechend der Stellung des Hebelarms 64 wie oben im Detail beschrieben um die Achse C-C' auf das Ziel fokussiert werden. Accordingly, the set screw 56 of the holder 54 abuts on the button 55 and the mirror row 70 can be focused on the target according to the position of the lever arm 64 as described above in detail about the axis C-C '.
In Fig. 29 ist der Zustand dargestellt, bei dem die Spiegelreihe 70 aus dem Fokus herausgedreht wurde. Durch eine Verschwenkung des Hauptbewegungsarms 57 nach unten (vgl. Fig. 26) wird der Verbindungsstab 51 nach unten bewegt und die Wipparme 52 nach unten verschwenkt. Dementsprechend berührt nun die Schaltfläche 53 des Wipparms die linke Einstellschraube 56 des Halters 56 und verdreht die Achse 17 im Gegenuhrzeigersinn um die Achse C-C Dadurch wird auch die Spiegelreihe 70 im Gegenuhrzeigersinn aus dem Fokus herausgedreht. Dieser Zustand ist für die obersten drei Spiegelreihen 70 in Fig. 26 dargestellt. Die auf diese Spiegelreihen 70 einfallenden Sonnenstrahlen werden nicht zum Ziel reflektiert und somit verringert sich die Leistung des Heliostaten 1. Ein wesentlicher Vorteil des Leistungsregelmechanismus ist es, dass das FIG. 29 shows the state in which the mirror row 70 has been turned out of focus. By pivoting the main movement arm 57 downwards (compare Fig. 26), the connecting rod 51 is moved downward and the Wipparme 52 pivoted downward. Accordingly, the button 53 of the Wipparms now touches the left adjusting screw 56 of the holder 56 and rotates the axis 17 in the counterclockwise direction about the axis C-C Thereby, the mirror row 70 is also rotated counterclockwise out of focus. This condition is shown for the top three rows of mirrors 70 in FIG. The solar rays incident on these rows of mirrors 70 are not reflected to the target and thus the performance of the heliostat 1 decreases. A major advantage of the power control mechanism is that the
Wippengerüst 5 und die Spiegeleinheit 60 in der eingestellten Sonnenfolgeposition verbleiben, auch während einzelne oder alle Spiegelreihen 70 ausgeschaltet werden. Dadurch kann die volle Leistung des Heliostaten 1 ohne Verzögerung wieder zugeschaltet werden. Der fokussierende Heliostat 1 kann durch diesen Mechanismus schnell und sicher ein- und ausgeschaltet, sowie für jede  Rocker frame 5 and the mirror unit 60 remain in the set sunshine position, even while single or all rows of mirrors 70 are turned off. As a result, the full power of the heliostat 1 can be switched on again without delay. The focusing heliostat 1 can be switched on and off quickly and safely by this mechanism, as well as for each
Teilbelastung eingestellt werden. Partial load can be adjusted.
Die Komponenten des Empfangelements 3 sind im Detail in den Figuren 30 - 32 dargestellt. Ein trichterförmiger Einstrahlkanal 25 lässt das einfallende Licht ins Empfangelement 3 einfallen. Ein flacher Umlenkspiegel 21 befindet sich in dem Einstrahlkanal 25, der das vorkonzentrierte Licht vor der Fokusdistanz in einen nach oben verlaufenden Solarkamin 24 hochreflektiert. Das einfallende Licht wird im oberen Teil des Solarkamins 24, immer dichter und konzentierter und erreicht im Bereich eines Schulterteils 28 seinen Fokus. The components of the receiver element 3 are shown in detail in FIGS. 30-32. A funnel-shaped Einstrahlkanal 25 allows the incident light into Reception element 3 occur. A flat deflecting mirror 21 is located in the irradiation channel 25 which highly reflects the preconcentrated light in front of the focal distance in an upward-facing solar chimney 24. The incident light is in the upper part of the solar fireplace 24, denser and more concentrated and reached in the area of a shoulder portion 28 its focus.
Oben am Solarkamin 24 befindet sich das eingeschnürte Schulterteil 28, das sich nach oben wieder tellerförmig erweitert. Im Bereich des Fokus selbst ist ein Absorber 22 angeordnet. In der in den Figuren 30 und 31A - 31C dargestellten Ausführungsform ist der Absorber 22 ein hohlkörperförmiger Rohrabsorber zur Erwärmung von Flüssigkeiten. Bevorzugt hat der Rohrabsorber die Form eines Bienenkorbs. Wie in Fig. 32 dargestellt, kann der Absorber 22 auch aus einem gemauerten Ofen 29, 30 oder sonstigen Wärmespeichermitteln bestehen. Die inneren Oberflächen des Solarkamins 24 sind verspiegelt. Die AbsorberflächeAt the top of the solar chimney 24 is the constricted shoulder part 28, which widens upwards in a plate shape again. In the area of the focus itself, an absorber 22 is arranged. In the embodiment illustrated in Figures 30 and 31A-31C, the absorber 22 is a hollow body tubular absorber for heating liquids. Preferably, the pipe absorber has the shape of a hive. As shown in Fig. 32, the absorber 22 may also consist of a brick oven 29, 30 or other heat storage means. The inner surfaces of the solar fireplace 24 are mirrored. The absorber surface
22 befindet sich am höchsten Punkt des Solarkamins 24, wodurch dieser nach oben hin geschlossen wird. Das konzentrierte Licht kommt durch das Schulterteil 28 hindurch und wird im Absorber 22 zu 93-95% absorbiert. Nur 5-7% des Lichts werden reflektiert. 22 is located at the highest point of the solar fireplace 24, whereby it is closed at the top. The concentrated light passes through the shoulder portion 28 and is absorbed in the absorber 22 to 93-95%. Only 5-7% of the light is reflected.
Ein kleiner Teil der Sonnenstrahlen (5-7%) wird von der Fläche des Absorbers 22 reflektiert und zwar teilweise wieder auf die Fläche des Absorbers 22 und teilweise auf die speziell gestalteten inneren Spiegelflächen des Solarkamins 24, von wo die Mehrheit der Sonnenstrahlen wieder auf die Absorberfläche 22 reflektiert wird. Nur ein kleiner Teil des Lichtes wird durch das Schulterteil 28 des Solarkamins 24 zurückgeworfen, welches die einzige Ausstrahlrichtung darstellt. A small portion of the sun's rays (5-7%) is reflected by the surface of the absorber 22, in part again on the surface of the absorber 22 and partly on the specially designed inner mirror surfaces of the solar fireplace 24, from where the majority of the sun's rays return to the Absorber surface 22 is reflected. Only a small part of the light is reflected by the shoulder portion 28 of the solar fireplace 24, which is the only emission direction.
Unter dem Schulterteil 28 befinden sich eine Anzahl ringförmigen SpiegelflächenBelow the shoulder portion 28 are a number of annular mirror surfaces
23 die einen Teil der vom Absorber 22 zurückreflektierten Sonnenstrahlen wieder hin zur Absorberfläche 22 reflektieren. 23 reflect a part of the reflected back from the absorber 22 sun rays back to the absorber surface 22.
Die Fig. 31A zeigt die möglichen Licht- bzw. Strahlungsrichtungen für die Fig. 31A shows the possible light and radiation directions for the
Zurückreflektion vom Mittelpunkt und Fig. 31B von einem allgemeinen Punkt des Absorbers 22 aus. Die Mehrheit des von einem beliebigen Punkt des Absorbers 22 zurückreflektierten Lichts wird entweder wieder unmittelbar auf die Fläche des Absorbers 22 gelenkt oder von den inneren Spiegelflächen 23 auf den Absorber 22 zurückgeworfen. Innerhalb des Kegelwinkels X und außerhalb des Kegelwinkels Y liegende, in ringförmiger Richtung zurückgeworfene Sonnenstrahlen werden von den Spiegelflächen 23 nach einer oder nach mehreren Spiegelungen wieder auf die Absorberfläche 22 zurückreflektiert. Innerhalb des Kegelwinkels Y liegende Strahlen treffen auf den Umlenkspiegel 21 und verlassen das Empfangselement 3. Reflection from the center and Fig. 31B from a general point of the absorber 22 from. The majority of from any point of the absorber 22 reflected back light is either again directed directly onto the surface of the absorber 22 or thrown back from the inner mirror surfaces 23 to the absorber 22. Within the cone angle X and outside the cone angle Y lying, sunbeams reflected back in the annular direction are reflected back to the absorber surface 22 of the mirror surfaces 23 after one or more reflections. Rays lying within the cone angle Y strike the deflection mirror 21 and leave the receiving element 3.
Durch das dargestellte Empfangselement 3 treten nur 3-5% des vom Absorber 22 zurückgeworfenen Lichts, das nur 5-7% der Gesamteinstrahlung ausmacht, aus dem Empfangselement 3 wieder aus. Dies bedeutet, dass nur ein sehr geringer Teil (beispielsweise max. 0,35%) der einfallenden Gesamtstrahlung verloren geht. Due to the illustrated receiving element 3, only 3-5% of the light reflected by the absorber 22, which constitutes only 5-7% of the total irradiation, emerges from the receiving element 3 again. This means that only a very small part (for example, a maximum of 0.35%) of the incident total radiation is lost.
Der Wärmeverlust wird zudem durch den kaminförmigen, geschlossenen Aufbau des Solarkamins 24 minimiert, da dieser Aufbau die innere Luftzirkulation reduziert. Dabei stimmt die Schichtung der Lufttemperatur im Innern des Solarkamins 24 mit der Wärmeschichtung der am höchsten Punkt befindlichen Wärmquelle (dem Absorber 22) überein. In der unmittelbaren Nähe des am höchsten Punkt gelegenen Absorbers 22 ist die Lufttemperatur am höchsten, so dass die Wärmeabgabe bzw. der Wärmeverlust des Absorbers 22 minimiert wird. The heat loss is also minimized by the chimney-shaped, closed structure of the solar fireplace 24, since this structure reduces the internal air circulation. In this case, the stratification of the air temperature in the interior of the solar fireplace 24 coincides with the thermal stratification of the heat source located at the highest point (the absorber 22). In the immediate vicinity of the highest point absorber 22, the air temperature is highest, so that the heat loss of the absorber 22 is minimized.
Im Solarkamin 24 abwärts wird die Lufttemperatur rasch kleiner. In the solar fireplace 24 down the air temperature is rapidly decreasing.
Dementsprechend wird der konvektive Temperaturverlust auch in Richtung des Einstrahlkanals 25 des Empfangselements 3 minimiert. Accordingly, the convective temperature loss is also minimized in the direction of the radiation channel 25 of the receiving element 3.
Da das Empfangselement sich an einem festen Ort befindet, ist die Dicke der Isolierung um den Absorber 22 und um den Solarkamin 24 nicht beschränkt. Bevorzugt hat das Empfangselement 3 hat ein sehr gut isoliertes Gehäuse 26, 27. Der Wärmeverlust durch die Isolierung ist daher durch eine entsprechende Isolierung oder durch ein wetterbeständiges Gehäuse vollkommen reduzierbar. Das Empfangselement 3 ist in der Hinsicht adaptiv, dass der Absorber 22 wechselbar ist. Es ist daher einfach zu produzieren, umzubauen, zu liefern und zu montieren. Die Geometrie des Empfangselements 3 zielt darauf ab eine quasi perfekte Licht- und Temperaturfalle zu bilden. Mit der speziellen geometrischen Gestaltung und mit Spiegelflächen 23 von entsprechender Qualität kann das konzentrierte Licht den Absorber oder einen Ofen abhängig von der Konzentration des Lichtes bei minimalem Temperaturverlust bis auf 2000°C hochheizen. Das Empfangselement 3 kann also auch als speziell ausgebauter Backofen, Schmelzofen, Brennofen oder ähnliches eingesetzt werden. Since the receiving element is at a fixed location, the thickness of the insulation around the absorber 22 and around the solar chimney 24 is not limited. Preferably, the receiving element 3 has a very well insulated housing 26, 27. The heat loss through the insulation is therefore completely reduced by appropriate insulation or by a weather-resistant housing. The receiving element 3 is adaptive in that the absorber 22 is changeable. It is therefore easy to produce, modify, deliver and assemble. The geometry of the receiving element 3 aims to form a quasi-perfect light and temperature trap. With the special geometric design and mirror surfaces 23 of appropriate quality, the concentrated light can heat the absorber or oven up to 2000 ° C with minimal temperature loss, depending on the concentration of light. The receiving element 3 can therefore also be used as a specially designed oven, melting furnace, kiln or the like.
Im Fall der Verwendung als Ofen kann sowohl eine innere als auch eine äußere Beheizung verwirklicht werden. Figur 32 zeigt eine Version einer inneren In the case of use as an oven, both internal and external heating can be realized. FIG. 32 shows a version of an inner one
Beheizung, wobei die Sonnenstrahlung unmittelbar auf die innere Wand 29 des Ofens auftrifft. So kann der Ofen am schnellsten, bei niedrigstem Verlust, direkt beheizt werden. Heating, wherein the solar radiation impinges directly on the inner wall 29 of the furnace. This means that the oven can be heated the fastest, with the least loss, directly.
Durch die Erwärmung des Materials 29, 30, das die Wand des Ofens bildet, kann der Ofen ohne ständige Einstrahlung ständig auf einer eher niedrigen Temperatur gehalten werden. Öfen hingegen, die eine Temperatur nahe iooo°C benötigen, brauchen eine ständige Licht einstrahlung. By heating the material 29, 30, which forms the wall of the furnace, the furnace can be kept constantly at a rather low temperature without constant irradiation. Furnaces, on the other hand, which require a temperature close to 100 ° C, require constant light radiation.
Das Empfangselement 3 kann mit beliebigen Wärmeträgern arbeiten, die den Wirkungsgrad des Empfangselements 3 erhalten. Das Empfangselement 3 kann unmittelbar auf Bodenniveau (innen oder außen) oder sogar unter der Erde angeordnet werden. Eine innere oder die unterirdische Platzierung des The receiving element 3 can work with any heat transfer mediums that receive the efficiency of the receiving element 3. The receiving element 3 can be arranged directly at ground level (inside or outside) or even underground. An inner or subterranean placement of the
Empfangselements 3 verlängert dessen Lebensdauer, da die typischen Receiving elements 3 extends its life, since the typical
Witterungseinflüsse der Umwelt wie UV Strahlung, Frost, Regen, Tau nicht so intensiv auf das Empfangselement 3 einwirken können. Zudem kann hierbei der Wärmeträger leicht frostsicher gehalten werden. Weather influences of the environment such as UV radiation, frost, rain, dew can not affect the receiving element 3 so intensely. In addition, the heat transfer medium can easily be kept frost-proof.

Claims

Patentansprüche  claims
Heliostat (1) aufweisend: a) eine Spiegeleinheit (60), zur Reflektion und Fokussierung von Sonnenstrahlen (S) auf ein Ziel (3); b) wobei die Spiegeleinheit (60) um eine erste Hauptachse (Α-Α') drehbar gelagert ist, die stets in Richtung des Ziels (3) ausgerichtet ist; und c) wobei die Spiegeleinheit (60) um eine zweite Hauptachse (Β-Β') drehbar gelagert ist, die senkrecht zur ersten Hauptachse (Α-Α') und senkrecht zur Flächennormalen (N) der Spiegeleinheit (60) angeordnet ist und mit der Spiegeleinheit (60) um die erste Hauptachse (Α-Α') mitdreht; wobei d) die Drehbewegung der Spiegeleinheit (60) um die zweite Hauptachse (Β-Β') mittels eines ersten mechanischen Getriebes (120) durch die Drehbewegung der Spiegeleinheit (60) um die erste Hauptachse (Α-Α') bewirkt wird. Heliostat (1) comprising: a) a mirror unit (60) for reflecting and focusing sun rays (S) on a target (3); b) wherein the mirror unit (60) is rotatably mounted about a first main axis (Α-Α '), which is always aligned in the direction of the target (3); and c) wherein the mirror unit (60) about a second major axis (Β-Β ') is rotatably mounted, which is perpendicular to the first main axis (Α-Α') and perpendicular to the surface normal (N) of the mirror unit (60) and arranged with the mirror unit (60) rotates about the first main axis (Α-Α '); wherein d) the rotational movement of the mirror unit (60) about the second main axis (Β-Β ') by means of a first mechanical transmission (120) by the rotational movement of the mirror unit (60) about the first major axis (Α-Α') is effected.
2. Heliostat gemäß Anspruch 1, wobei die erste Hauptachse (Α-Α') so angeordnet ist, dass bei einer Drehung der Spiegeleinheit (60) um die erste Hauptachse (Α-Α') Sonnenstrahlen (S), die auf eine Symmetrielinie (L) der Spiegeleinheit (60), die senkrecht zur zweiten Hauptachse (Β-Β') verläuft, einfallen und von dort reflektiert werden, stets in einer Fläche (a) liegen, die von der Symmetrielinie (L) und von der Flächennormalen (N) der Spiegeleinheit (60) aufgespannt wird. Heliostat gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste mechanische Getriebe (120) eine bezüglich der ersten Hauptachse (Α-Α') festgelegte Steuerfläche (14) aufweist, die ein an der Spiegeleinheit (60) angelenkter Abnehmer (11, 12 13) abgreift, um mechanisch die Drehung der Spiegeleinheit (60) um die zweite Hauptachse (Β-Β') zu bewirken. 2. Heliostat according to claim 1, wherein the first main axis (Α-Α ') is arranged so that upon rotation of the mirror unit (60) about the first main axis (Α-Α') sun rays (S) on a symmetry line ( L) of the mirror unit (60), which is perpendicular to the second major axis (Β-Β '), are incident and reflected therefrom, always lying in a surface (a) which is separated from the line of symmetry (L) and the surface normal (N ) of the mirror unit (60) is clamped. Heliostat according to one of claims 1 or 2, wherein the first mechanical transmission (120) has a with respect to the first main axis (Α-Α ') fixed control surface (14) having a on the mirror unit (60) hinged taker (11, 12 13th ) to mechanically cause the rotation of the mirror unit (60) about the second major axis (Β-Β ').
Heliostat gemäß Anspruch 3, wobei die Steuerfläche (14) in ihrer Ausrichtung einstellbar ist, um parallel zur Ebene der Sonnenbahn ausgerichtet zu werden. A heliostat according to claim 3, wherein the control surface (14) is adjustable in orientation so as to be aligned parallel to the plane of the sun orbit.
Heliostat gemäß einem der Ansprüche 3 - 4, wobei die Steuerfläche (14) parallelverschiebbar ist, um ihre Lage der jahreszeitlichen Höhe der Ebene der Sonnenbahn anzupassen. A heliostat according to any one of claims 3-4, wherein the control surface (14) is parallel displaceable in order to adjust its position to the seasonal height of the plane of the sun track.
Heliostat gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Spiegeleinheit (60) Spiegelreihen (70) aufweist, die jeweils aus mehreren planen Einzelspiegeln (7) oder einem gebogenen Spiegelstreifen (72) bestehen, wobei die Spiegelreihen (70) individuell um eine Spiegelreihenachse (C-C), die parallel zur zweiten Hauptachse (Β-Β') angeordnet ist, drehbar an der Spiegeleinheit (60) gelagert sind. A heliostat according to any one of claims 1-5, wherein the mirror unit (60) comprises rows of mirrors (70) each consisting of a plurality of plane individual mirrors (7) or a curved mirror strip (72), the mirror rows (70) being individually aligned around a mirror row axis (70). CC), which is arranged parallel to the second main axis (Β-Β '), are rotatably mounted on the mirror unit (60).
Heliostat gemäß Anspruch 6, wobei die Drehbewegung der Spiegelreihen (70) um die Spiegelreihenachse (C-C) mittels eines zweiten mechanischen Getriebes (130) durch die Drehbewegung der Spiegeleinheit (60) um die zweite Hauptachse (Β-Β') definiert wird. Heliostat according to claim 6, wherein the rotational movement of the mirror rows (70) about the mirror row axis (C-C) by means of a second mechanical transmission (130) by the rotational movement of the mirror unit (60) about the second major axis (Β-Β ') is defined.
Heliostat gemäß Anspruch 7, wobei das zweite mechanische Getriebe (130) individuelle Kurvenbahnen (31) zur Ansteuerung der einzelnen Spiegelreihen (70) aufweist, die bezüglich der zweiten Hauptachse (Β-Β') festgelegt sind und die sich mit der Spiegeleinheit (60) um die erste Hauptachse (Α-Α') mitdrehen. A heliostat according to claim 7, wherein the second mechanical gear (130) has individual cam tracks (31) for driving the individual rows of mirrors (70) with respect to the second main axis (Β-Β ') are fixed and which rotate with the mirror unit (60) about the first main axis (Α-Α').
9. Heliostat gemäß einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Nachführung des Heliostaten (1) im Tagesverlauf ausschließlich durch einen9. Heliostat according to one of claims 1-8, wherein the tracking of the heliostat (1) in the course of the day exclusively by a
Antrieb der Drehung der Spiegeleinheit (60) um die erste Hauptachse (Α-Α') erfolgt. Driving the rotation of the mirror unit (60) about the first major axis (Α-Α ') takes place.
10. Heliostat gemäß Anspruch 9, weiterhin aufweisend ein Wippgerüst (5) welches die Drehung der Spiegel einheit (60) um die erste10. Heliostat according to claim 9, further comprising a rocker arm (5) which the rotation of the mirror unit (60) to the first
Hauptachse (Α-Α') ausführt. Main axis (Α-Α ') executes.
11. Heliostat gemäß einem der Ansprüche 1 - 10, wobei ein Grundgerüst (36) des Heliostaten (1) drehbar und/oder schwenkbar gelagert ist, um unterschiedlich angeordnete Ziele mit einem einzigen11. Heliostat according to one of claims 1-10, wherein a skeleton (36) of the heliostat (1) is rotatably and / or pivotally mounted to differently arranged targets with a single
Heliostaten (1) anzustrahlen, wobei die Ausrichtung der Steuerfläche (14) des ersten mechanischen Getriebes (120) zur Sonnenbahn für alle unterschiedlichen Ziele beibehalten wird. 12. Heliostat gemäß einem der Ansprüche 6 - 11, weiterhin aufweisend einen Leistungsregelmechanismus, bei dem Spiegelreihen (70) einzeln um ihre Spiegelreihenachse (C-C) verschwenkbar sind, um die Sonnenstrahlen (S) nicht mehr auf das ursprüngliche Ziel (3) zu fokussieren. Heliostats (1), wherein the orientation of the control surface (14) of the first mechanical transmission (120) is maintained to the sun orbit for all different targets. A heliostat according to any one of claims 6 to 11, further comprising a power control mechanism in which rows of mirrors (70) are individually pivotable about their mirror row axis (C-C) to no longer focus the sun's rays (S) on the original target (3).
13. Empfangselement (3) zum Empfang und zur Absorption von fokussierten Sonnenstrahlen (2), aufweisend: a) einen Absorber (22, 29); b) einen Einstrahlkanal (25); und c) ringförmige Reflektionsflächen (23), die an der Wandung des Einstrahlkanals (25) so angeordnet sind, dass sie vom Absorber (22, 29) zurückreflektierte Strahlung wieder zum Absorber (22, 29) hin reflektieren. 13. receiving element (3) for receiving and for absorbing focused sunbeams (2), comprising: a) an absorber (22, 29); b) a radiation channel (25); and c) annular reflection surfaces (23) which are arranged on the wall of the Einstrahlkanals (25) so that they reflect back from the absorber (22, 29) reflected radiation back to the absorber (22, 29) out.
14. Empfangselement (3) gemäß Anspruch 13, weiterhin aufweisend einen Umlenkspiegel (21) im Einstrahlkanal (25), welcher die Sonnenstrahlen in einem zum Einstrahlkanal (25) nach oben abgewinkelten Solarkamin (24) zum Absorber (22, 29) hin leitet. 14. receiving element (3) according to claim 13, further comprising a deflecting mirror (21) in the Einstrahlkanal (25), which directs the sun's rays in a to the jet channel (25) upwardly angled solar fireplace (24) to the absorber (22, 29) out.
15. System (100) zur Wandlung von Solarenergie in Wärmeenergie aufweisend mindestens einen Heliostaten (1) gemäß einem der Ansprüche 1-12 und mindestens ein Empfangselement (3) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14. 15. System (100) for converting solar energy into thermal energy, comprising at least one heliostat (1) according to any one of claims 1-12 and at least one receiving element (3) according to one of claims 13 or 14.
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