DE102006036150A1

DE102006036150A1 - Nachführbare Anlage für Solarmodule

Info

Publication number: DE102006036150A1
Application number: DE102006036150A
Authority: DE
Inventors: Klemens Jakob; Erwin Hölle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nachführbare Anlage für Solarmodule mit einem Mast, einem Modulhalter und ein den Modulhalter mit dem Mast verbindendes Drehlager mit waagerechter Drehachse, über das der Neigungswinkel des Modulhalters veränderbar ist, wobei im Drehlager ein Drehkörper gelagert ist und der Drehkörper vom einen Ende eines biegeelastischen Elements umschlungen ist und das andere Ende des biegeelastischen Elements in den Mast geführt und mit einem Zugmittel gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine nachführbare Anlage für Solarmodule, mit einem Mast, einem Modulhalter und einem den Modulhalter mit dem Mast verbindenden Drehlager mit waagerechter Drehachse, über das der Neigungswinkel des Modulhalters veränderbar ist.
Eine derartige Anlage ist zum Beispiel aus der US 2002/0179138 A1 bekannt. Bei dieser Anlage sind mehrere Reflektoren in einem Halterahmen derart schwenkbar gelagert, dass sie dem Verlauf der Sonne nachgeführt werden können. Dies ist erforderlich, um den Wirkungsgrad, bzw. die Ausbeute der Anlage in einem optimalen Bereich zu halten. Dabei sind die Reflektoren mittels einer Spindel verstellbar, die an einer Zug- und Schubstange angreift, über welche der Neigungswinkel der Solarspiegel verstellt wird. Dieser Mechanismus ist zwar einfach im Aufbau, jedoch allen Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt, da er zwischen den einzelnen Modulen angeordnet ist und keine Abdeckung besitzt. Aus der US 6,239,353 B1 ist eine Nachführvorrichtung zum Beispiel für Solarmodule dargestellt, bei welcher über eine abgewinkelte Einstellvorrichtung die Neigung einer Scheibe verstellt werden kann. Auch diese Vorrichtung ist den Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt. Im Übrigen sind beide Vorrichtungen spielbehaftet, was den Nachteil besitzt, dass die Solarmodule nicht exakt ausgerichtet werden können, was aber bei die Sonnenstrahlen fokussierenden Spiegeln unbedingt erforderlich ist, da diese auf 1/100° genau positioniert sein müssen. Außerdem müssen diese Spiegel in ihrer augenblicklichen Lage sicher fixiert sein. Schließlich beanspruchen diese Verstellvorrichtungen relativ viel Platz.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine nachführbare Anlage für Solarmodule der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Vorrichtung zur Nachführung des Modulhalters relativ klein dimensioniert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Drehlager ein Drehkörper gelagert ist und der Drehkörper vom einen Ende eines biegeelastischen Elements umschlungen ist, und das andere Ende des biegeelastischen Elements in den Mast geführt und mit einem Zugmittel gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße nachführbare Anlage für Solarmodule, d.h. für Solarzellen, Reflektoren, Absorber oder dergleichen, besitzt den wesentlichen Vorteil, dass herkömmliche Zugmittel verwendet werden können, die aber nicht direkt am Modulhalter oder einem diesen verstellenden Hebelmechanismus angreifen, sondern mit einem biegeelastischen Element verbunden sind, so dass die Zugkräfte innerhalb des Mastes in das Drehlager geführt werden können und im Drehlager auf den Drehkörper übertragen werden können. Zur Aufnahme des Zugmittels dient also der Mast, in welchem außerdem das biegeelastische Element untergebracht ist. Es bedarf also keines zusätzlichen, die Anlage vergrößernden Bauraumes für diese Elemente. Außerdem sind das Zugmittel und das biegeelastische Element verdeckt angeordnet und deshalb vor Witterungs- und Umwelteinflüssen geschützt, wodurch deren Lebensdauer und die Wartungsintervalle wesentlich verlängert werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das biegeelastische Element eine Kette, ein Bandmaterial oder ein Seil. Dabei sind weder die Kette, das Bandmaterial noch das Seil in deren Länge elastisch. Sie gewährleisten lediglich, dass sie gebogen werden können, um sie um den Drehkörper zu führen beziehungsweise diesen zu umschlingen zu können.
Bevorzugt ist das Zugmittel eine Zugspindel, ein Zahnstangenantrieb oder ein in die Kette greifendes Ritzel. Im Falle einer Zugspindel weist diese eine mit dem biegeelastischen Element verbundene Gewindestange auf, wobei die Gewindestange von einer Mutter umgriffen ist, die von einem elektromotorischen Antrieb angetrieben wird. Diese Ausgestaltung besitzt den wesentlichen Vorteil, dass der Eingriff von Mutter und Gewindestange über eine relativ lange Wegstrecke verläuft und daher flächig ist. Die auftretenden Kräfte verteilen sich also über die gesamte Eingriffsfläche. Punkt- oder Linienpressungen, die zum Beispiel bei Zahnradeingriffen auftreten, bei denen lediglich zwei Zahlenflanken aneinander gepresst werden, werden hierdurch vermieden. Die erfindungsgemäße Anlage besitzt daher auch aus diesem Grunde eine höhere Lebenserwartung.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das biegeelastische Element und/oder das Zugmittel verdrehsicher gelagert ist bzw. sind. Hierbei wird zum Beispiel bei einer Zugspindel die Gewindestange zumindest an einem Ende verdrehsicher gelagert, indem das Ende zum Beispiel unrund ausgestaltet, insbesondere mit einem Vierkant versehen ist, und dieser Vierkant in einem diesen aufnehmenden Vierkantrohr längsverschieblich geführt ist. Das Vierkantrohr stützt somit die Verdrehkräfte ab.
Mit Vorzug ist der Modulhalter derart am Drehlager befestigt, dass das biegeelastische Element permanent auf Zug beansprucht wird. Hierfür ist zum Beispiel der Modulhalter außermittig am Drehlager befestigt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Modulhalter zum Beispiel mittels einer Feder permanent in eine Neigungsrichtung belastet wird. Hierdurch wird jegliches Spiel bezüglich der Neigungsrichtung ausgeschlossen und es bedarf lediglich eines einseitig wirkenden Zugmittels, da die Rückstellung des Modulhalters selbsttätig erfolgt.
Wie bereits erwähnt, ist das Zugmittel vollständig in den Mast integriert und daher geschützt untergebracht und bedarf keines zusätzlichen Bauraumes. Die Übertragung der den Modulhalter verstellenden Drehkräfte erfolgt mittels eines waagerechten Rohres, insbesondere eines Vierkantrohrs, welches den Drehkörper durchsetzt. Das Rohr ist durchgehend und durchgreift den Drehkörper. Bei einem Vierkantrohr bedarf es keiner zusätzlichen Verbindungsmittel zwischen Rohr und Drehkörper, zum Beispiel einer Schweißnaht oder dergleichen. Hierdurch wird der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Anlage wesentlich erleichtert. Insbesondere kann auch der Modulhalter relativ einfach am Vierkantrohr befestigt werden, ohne dass hierfür unlösbare Befestigungsmittel zum Beispiel Schweiß- oder Klebeverbindungen, verwendet werden müssen.
Da das Drehlager waagerecht vom Rohr durchsetzt ist, kann es in Umfangsrichtung mit einer Abdeckhaube versehen sein, so dass der komplette Elevationsantrieb (Antrieb für die Neigungsverstellung) gekapselt ist.
Erfindungsgemäß ist die gewählte Getriebeübersetzung so bemessen, dass große Windlasten über die Spindel-Mutter-Kombination untersetzt werden, so dass die nachfolgenden Untersetzungsstufen, z.B. des Antriebs, nur noch geringe Kräfte ableiten müssen. Da die Nachführung relativ langsam erfolgen kann, spielt die Nachführgeschwindigkeit nur eine untergeordnete Rolle. Bevorzugt ist die Übersetzungsstufe selbsthemmend. Die äußeren Kräfte werden bereits in der Getriebestufe der Zugspindel aufgefangen.
Mittels der Zugspindel können sehr große Übersetzungsverhältnisse erzeugt werden. Die Antriebsmotoren können dadurch relativ klein gehalten werden. Außerdem können Niederspannungsmotoren (mit 12 Volt oder 24 Volt) verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind zwischen dem Drehkörper und dem Lagerbock Wälzkörper zwischengeschaltet, die die Reibung auf eine Minimum reduzieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage;
2 eine perspektivische Ansicht des Drehlagers; und
3 eine andere perspektivische Ansicht des Drehlagers.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer insgesamt mit 10 bezeichneten Anlage für Solarmodule 12, die dem Verlauf der Sonne nachgeführt werden und von denen lediglich eines andeutungsweise dargestellt ist. Dieses Solarmodul 12 ist an einem insgesamt mit 14 bezeichneten Modulhalter befestigt, welcher das Solarmodul 12 beziehungsweise die Solarmodule 12 optimal zum augenblicklichen Stand (Elevationswinkel) der Sonne ausrichtet. Hierfür ist der Modulhalter 14 mit einem Drehlager 16 verbunden, über welches der Neigungswinkel des Modulhalters 14 verändert werden kann. Das Drehlager 16 befindet sich am oberen Ende eines Mastes 18, der hohl ausgeführt ist und sicher auf einem Fundament verankert ist.
Wie aus 2 ersichtlich, besitzt das Drehlager 16 einen Drehkörper 20, welcher über zwei Lagerstellen 22 und 24 in einem Lagerbock 26 um eine waagerechte Achse drehbar gelagert ist. Der Drehkörper 20 besitzt jeweils eine stirnseitige Abdeckung 28, welche eine quadratische Öffnung 30 aufweist. Diese quadratische Öffnung 30 nimmt ein durchgehendes Vierkantrohr 32 des Modulhalters 14 auf, welches als Träger für Querrippen 34 dient, an denen die Solarmodule 12 befestigt sind. Die Solarmodule 12 stellen Photovoltaik-Zellen, Sonnenreflektoren, Absorbern oder dergleichen dar.
Der Drehkörper 20 ist außerdem mit einer Mitnehmerscheibe, insbesondere einem Zahnkranz 36, versehen, um welche ein biegeelastisches Element 38 geschlungen ist, wobei die Achse der Mitnehmerscheibe der Drehachse des Drehkörpers 20 entspricht. Dieses biegeelastische Element 38 ist zum Beispiel eine Kette 40, welche mit ihrem freien Ende am Zahnkranz 36 befestigt ist und diesen teilweise umschlingt. Die Kette 40 führt über eine Umlenkrolle 42 zu einer Gewindestange 44 eines Zugmittels 46, insbesondere einer Zugspindel 48, an welcher das andere Ende befestigt ist.
Wie aus 3 erkennbar, sitzt an der Gewindestange 44 im Bereich deren oberen Endes 50 ein Vierkantblock 52, der in einem Vierkantrohr 54 längsverschieblich geführt ist. Hierdurch wird ein Verdrehen der Gewindestange 44 verhindert. Die Gewindestange 44 ist von einer Mutter 56 umgriffen, die ihrerseits von einem oder mehreren, insbesondere drei Antriebsmotoren 58 angetrieben wird. Diese Antriebsmotoren 58 besitzen jeweils ein Ritzel 60, welches in eine Außenverzahnung 62 der Mutter 56 eingreift.
Soll der Neigungswinkel des Modulhalters 14 verändert werden, wird die Gewindestange 44 über die Antriebsmotoren 58 vertikal im Vierkantrohr 54 verlagert, wodurch das biegeelastische Element 38 mit der Gewindestange 44 nach unten gezogen beziehungsweise nach oben frei gegeben wird. Der Modulhalter 14 ist derart, insbesondere außermittig am Drehlager 16 gelagert, so dass der in der 1 nach unten weisende Abschnitt des Modulhalters 14 ein größeres Gewicht aufweist, als der nach oben weisende Teil, so dass das biegeelastische Element 38 permanent auf Zug beansprucht wird. Auf diese Weise wird das gesamte Spiel aus dem Drehlager 16 sowie aus dem Zugmittel 46 eliminiert. Die Rückstellung des Modulhalters 14 in eine steilere Neigungslage erfolgt also lediglich durch Freigabe des biegeelastischen Elements 38.
Aus 1 ist erkennbar, dass das gesamte Zugmittel 46 inklusive der Antriebsmotoren 58 im Mast 18 untergebracht sind. Außerdem ist aus 3 erkennbar, dass das Drehlager 16 von einer lediglich teilweise dargestellten Abdeckhaube 64 umgeben ist. Der gesamte Elevationsantrieb ist also gegenüber Witterungs- und Umwelteinflüssen geschützt untergebracht und benötigt keine zusätzlichen Bauraum.

Claims

Nachführbare Anlage (10) für Solarmodule (12), mit einem Mast (18), einem Modulhalter (14) und einem den Modulhalter (14) mit dem Mast (18) verbindenden Drehlager (16) mit waagerechter Drehachse, über das der Neigungswinkel (Elevationswinkel) des Modulhalters (14) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehlager (16) ein Drehkörper (20) gelagert ist und der Drehkörper vom einen Ende eines biegeelastischen Elements (38) umschlungen ist und das andere Ende des biegeelastischen Elements (38) in den Mast (18) geführt und mit einem Zugmittel (46) gekoppelt ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das biegeelastische Element (38) eine Kette (40), ein Bandmaterial oder ein Seil ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (46) eine Zugspindel (48), ein Zahnstangenantrieb, ein Linearmotor oder ein Ritzel ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspindel (48) eine mit dem biegeelastischen Element (38) verbundene Gewindestange (44) aufweist, die Gewindestange (44) von einer Mutter (56) umgriffen ist, die von einem elektromotorischen Antrieb (58) angetrieben wird.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das biegeelastische Element (38) und/oder das Zugmittel (46) verdrehsicher gelagert ist beziehungsweise sind.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulhalter (14) derart am Drehlager (16) befestigt ist, dass das biegeelastische Element (38) permanent auf Zug beansprucht wird.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulhalter (14) mittig oder außermittig am Drehlager (16) befestigt ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (46) vollständig in den Mast (18) integriert ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (20) von einem waagerechten Rohr, insbesondere Vierkantrohr (54), durchsetzt ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulhalter (14) am Vierkantrohr (54) befestigt ist.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierkantrohr (32) die Neigungsachse des Modulhalters (14) darstellt.
Nachführbare Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierkantrohr (32) durchgehend ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (16) mit einer Abdeckhaube (64) versehen ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (46) eine Übersetzungsstufe aufweist, über welche große äußere Lasten ableitbar sind.
Nachführbare Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsstufe selbsthemmend ist.
Nachführbare Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (16) Wälzkörper aufweist.