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WO2007025618A1 - Nachführsystem für solaranlagen - Google Patents

Nachführsystem für solaranlagen Download PDF

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Publication number
WO2007025618A1
WO2007025618A1 PCT/EP2006/007558 EP2006007558W WO2007025618A1 WO 2007025618 A1 WO2007025618 A1 WO 2007025618A1 EP 2006007558 W EP2006007558 W EP 2006007558W WO 2007025618 A1 WO2007025618 A1 WO 2007025618A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tracking system
curve
drive
cam control
azimuth
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/007558
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Neff
Original Assignee
Karl Neff
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Neff filed Critical Karl Neff
Publication of WO2007025618A1 publication Critical patent/WO2007025618A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F16H1/321—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear the orbital gear being nutating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
    • F24S30/452—Vertical primary axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/13—Transmissions
    • F24S2030/135—Transmissions in the form of threaded elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/13—Transmissions
    • F24S2030/137—Transmissions for deriving one movement from another one, e.g. for deriving elevation movement from azimuth movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/10—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the invention relates to a tracking system for solar systems with a surface to be aligned, which is attached to a holder.
  • Such systems are designed to align solar panels or other solar active surfaces with the position of the sun.
  • the object of the invention is to provide a relatively simple and reliable system that allows optimal tracking according to the sun's angle.
  • the tracking system thus includes a drive which makes the azimuth alignment (ie, from east to south to west) substantially uniform, but in small increments. Theoretically, then one turn per day.
  • the rotation is such that after sunset, a reverse rotation takes place on the sunrise azimuth of the next day.
  • This makes it possible to make cable connections to the solar system without providing necessary sliding contacts with a full rotation.
  • it would be sufficient to limit one-day rotation to an angle slightly below 360 ° it is however advantageous to restrict the respective azimuth angle to an angle in the range of the up and down azimuths of the respective day, that is to say the change of direction. near the sunset azimuth and turn back to the rising az imut.
  • the drive which contains an electric motor, can be controlled by a controller, which contains the date-dependent up and down data of the sun.
  • the drive of the azimuth orientation can be advantageously carried out by a heavily geared geared electric motor, which is driven by a bevel gear, preferably with spiroid toothing that drives azimuth alignment.
  • the electric motor is advantageously driven by the controller in one time cycle, e.g. a clock, such as a Hall sensor, which counts revolutions, while limiting the step size and also determined by addition the respective position of the azimuth drive and stores.
  • a position sensor for the azimuth alignment can be provided, which, for. Once a day, the actual position of the azimuth alignment is determined and compared with the target orientation, after which an adjustment can be provided for any deviation.
  • the drive also has an azimuth orientation derived cam control for elevation angle alignment. This is done by a pivoting of the surface to be aligned by a substantially hori Zontal axis by means of a curve on which a cam follower runs.
  • the curve or the runner is rotated together with the azimuth drive and thus adjusts the inclination angle of the surface so that it can adapt to the daytime change in the elevation angle of the sun, eg from 0 ° on rising above a peak at noon to turn 0 ° at sunset.
  • This is the angle of the sun's position to the horizontal, ie the elevation angle, meant. In terms of area, these would be the angles to a vertical axis. If this is to be said to be horizontal or vertical in relation to the axles, this is to be regarded as being within the scope of common assembly accuracies or other factors which may cause a deviation.
  • the tracking system according to the invention can also take into account the different seasons of the year.
  • the curve control may include a seasonally dependent annual curve superimposing the incline adjustment produced by the daytime curve and changing the sun's date-dependent declination.
  • This year curve can be driven via a stepper as a function of the daily curve, for example, be switched depending on the daily return to the sunrise position.
  • a stepping mechanism can either be formed mechanically by a ratchet mechanism or by a servo-magneto-controlled circuit, which shifts a gear one step at a time on a daily basis, so that the annual curve makes one revolution per year.
  • the approximate symmetry in the declination around its maximum or minimum could be used, for example, by moving the year curve from a low to the winter solstice to a highest point at the summer solstice by turning it in one direction becomes and then the stepping mechanism is reversed so that thereafter a reverse rotation of the annual curve from the summer solstice to the winter solstice occurs.
  • This could be done mechanically, for example, by causing the stepper to switch in the one half of the year in the return from the evening position to the morning position in the reverse direction and in the other half in the forward direction when approaching from the morning position.
  • the cam control and its drive may be provided on a tilt head which includes a substantially vertical axis and which rotates itself including the support of the solar panel. With him, the cam control rotates relative to the rotationally fixed axis and thus adjusted an adjustment, which is preferably coaxial with the tilt head axis. The inclination of the solar panel is changed by the fact that the adjusting element engages at a distance of two pivot levers, which is articulated to the tilting head and the solar panel.
  • Fig. 3 is a side view of the same.
  • the drawings show the tracking system 11 for a solar system, which has a, drawn down here, solar panel 12 having a sun facing surface 13. It is placed on a stand 14 which is anchored in the ground.
  • the tracking system has a pivoting head 15 which is rotatable about a fixed axis 16, namely the axis of the stator 14.
  • a drive 17 is provided, which has an electric motor 18, for example, a low-voltage DC motor. Particularly suitable is the use of a windshield wiper drive, which is manufactured inexpensively and with great reliability in mass production. It is connected to a transmission 19 which has a large ratio, for example 70: 1. Its output shaft 20 is offset from the motor axis by 90 °.
  • the motor can thus be arranged with a horizontal axis substantially tangential to the axis 16 and the output shaft 20 also extends tangentially thereto.
  • the bevel gear 21, 22 also has a large reduction of about 100: 1, which allows the entire gear train 19, 21, 22 a total reduction in four- to five-digit range, in the example mentioned of 1: 7000.
  • the output shaft 20 as well as the drive 17 is mounted on the pivot head, a rotation of the output shaft causes a rotation A spring 23, which loads the bevel pinion axially, ensures a backlash-free drive, so that even with wind influence on the solar panel vibrations are excluded.
  • the housing 24 of the swivel head is in each case shown as transparent in order to show its interior.
  • a horizontal axis 25 is provided opposite the gear motor 18, 19, about which the two pivot levers 26 are articulated.
  • the respective other ends of the pivot levers 26 are articulated to an axle 27, which is mounted or mounted on the solar panel 12 by means of bearing blocks 28.
  • a cam control 30 which serves to pivot the solar panel 12 with its holder about the horizontal axis 27.
  • a vertically and coaxially guided to the axis adjusting element 31 is provided which can rotate together with the pivoting head 15 and via a bearing block 32, which also belongs to the bracket 29, is pivotally connected to the solar panel or its frame. It can be seen that a vertical movement of the adjusting element 31 causes a pivoting of the solar panel about the axis 27, wherein the pivot lever 26 allow this movement and are also pivoted.
  • the cam control includes a first, designated as the daily curve 33 curve, which is designed as a sleeve with incorporated cam slot 34. It surrounds the adjusting element 31 coaxially, but is rotatably connected to the axis 16. It cooperates with a cam follower 35, which is guided on both sides in the cam slot 34, for example a pin, a sliding block or a roller.
  • the cam follower 35 is provided on the adjusting element 31, so that its running in the curved slot 34 is the Actuator 31 raises or lowers vertically and thus changes the inclination of the solar panel 12. It can be seen that the curved slot has an approximately sinusoidal shape with flat outlets that revolves by more than 180 °. The position shown in FIGS.
  • the curve may deviate from the shape of the orbit so that it is possible to provide an area there before or after the reverse rotation in which the curve will make the solar panel almost horizontal provides, for example, to provide lower wind resistance during the night.
  • FIG. 1 shows that the cam control also contains a second curve, namely the annual curve 36. It is designed to superimpose the vertical movement through the daily curve and thereby to take into account the seasonal change in the position of the sun according to the declination in the Epheme ⁇ den the sun in the summer according to the higher sun, the solar panel is aligned flat at the same time of day as in winter when the sun is lower.
  • the year curve 36 also works with a cam follower 37. This is provided on an intermediate ring 38 which is arranged coaxially to the daily curve 33 and rotates with this. For this purpose, a spur toothing 39 is provided on the intermediate ring and the daily cam 33, which mesh with each other.
  • the respective position of the annual curve or of the associated rotor 37 thus causes the daily curve 33 to be set to a level suitable for the declination of the sun at the respective date, that is to say it is raised or lowered.
  • toothing 39 corresponds to one of the daily number of the year. en Number of teeth (shown coarsely in the drawing).
  • the intermediate ring 38 also has on its underside a corresponding toothing 40 which cooperates with the toothing on a sprocket 41.
  • a servomotor (not shown).
  • the intermediate ring is moved axially downwards by a servomotor (not shown).
  • a servomotor (not shown).
  • Fig. 1 further shows a controller 45 having an electronics with a program and data memory, a data processing device (CTU) corresponding electronic switches for controlling the electric motor 18 and the servo solenoid, not shown, for moving the intermediate ring 38 and a display 46 and input keys 47 ,
  • the controller further processes signals from a clock which may be provided on the output shaft 20 of the geared motor 18, 19 or even within that unit.
  • the controller can determine the position of the swivel head by counting the revolutions indicated by the timer.
  • a position sensor for example in the lunch position, may be e.g. operated once a day to correct the home position.
  • the drive 17 is periodically driven by a timing clock in the controller 45 by a predetermined number of revolutions, for example once per minute. Accordingly, in order to track the azimuth orientation, the pan head advances by a small angle step. The pan head thus follows the azimuth angle of the sun.
  • the controller has previously determined based on the date given by a time module date the corresponding sunrise of the sun and starts there or even before or after with the azimuth orientation, That is, the rotation of the pan head 15. The deviation from the exact rising or setting azimuth is therefore not very significant, because directly after sunrise and accordingly before sunset, the solar panel has little effect anyway.
  • the intermediate ring 38 is moved axially downwards via the servo magnet, thereby shifting the combination of the year curve 36 / rotor 37 by one tooth, ie, one day, thereby displacing the daily curve 33 axially an amount corresponding to the change in the declination of the sun from one day to the other, so as the declination increases, for example in the spring, the daily curve 33 is lowered a little, so that at the following Day the higher position of the sun is taken into account by a flatter solar panel setting.
  • the curves in particular the daily curve 33, are interchangeable in order to be able to ideally take into account the different solar trajectory in different geographical latitudes.
  • the tracking system according to the invention is robust and comes with little mechanical control effort. Above all, it is only a drive for the biaxial adjustment and feedback necessary.
  • the servo solenoid drive can also be omitted when using a mechanical pawl transmission for the continuation of the annual curve.
  • the entire tracking system with the swivel head is simple, as can be seen in Fig. 1, attachable to a base support and can be ground-oriented with a simple clamp connection.

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Abstract

Ein Nachführsystem für Solaranlagen besitzt ein auf einem Ständer (14) anzubringenden Schwenkkopf (15), der um eine vertikale Achse (16) drehbar ist, um die Azimut-Ausrichtung eines Solarpanels (12) vorzunehmen. Der Schwenkkopf (15) wird angetrieben durch einen Getriebemotor (18, 19), der über ein Kegelradgetriebe (21, 22) einwirkt. Eine Kurvensteuerung (30) fährt einen mittleren Stössel (31) vertikal aus, um eine tageszeitliche Änderung der Neigung des Solarpanels (12) vornehmen. Eine Zusatzkurve überlagert diese tageszeitliche Bewegung, um die Neigung der jahreszeitlichen Änderung des Sonnenstandes anzupassen.

Description

Beschreibung Nachführsystem für Solaranlaqen
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Nachführsystem für Solaranlagen mit einer auszurichtenden Fläche, die an einer Halterung angebracht ist.
Derartige Anlagen sind dazu bestimmt, Solarpanels oder andere solar- aktive Flächen nach dem Sonnenstand auszurichten.
Es ist bereits ein System vorgeschlagen worden, bei dem der Schwenkwinkel Ost-West, d.h. die Azimut-Ausrichtung, aktiv vorgenommen wird, während eine Einstellung des Höhenwinkels nur manuell vorgenommen werden kann.
Ferner ist ein System vorgeschlagen worden, bei dem eine Ausrichtung in Abhängigkeit von einem Strahlungsfühler vorgenommen wird, der jeweils ein Maximum der Einstrahlung zu ermitteln sucht. Dieses System ist sehr aufwendig und anfällig.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein relativ einfaches und betriebssicheres System zu schaffen, das eine optimale Nachführung entsprechend dem Sonneneinstrahlwinkel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
Das Nachführsystem enthält also einen Antrieb, der die Azimut- Ausrichtung (also von Ost über Süd nach West) im wesentlichen gleichförmig, jedoch in kleinen Schritten, vornimmt. Theoretisch würde also eine Drehung pro Tag vorgenommen werden. Vorteilhaft erfolgt jedoch die Drehung so, dass nach Sonnenuntergang eine Rückdrehung auf den Sonnenaufgangs-Azimut des nächsten Tages erfolgt. Dadurch ist es möglich, Kabelanschlüsse zu der Solaranlage vorzunehmen, ohne bei einer Volldrehung notwendige Schleifkontakte vorzusehen. Obwohl es ausreichen würde, eine Tagesdrehung auf einen Winkel wenig unter 360° zu beschränken, ist es jedoch vorteilhaft vorgesehen, den jeweiligen Azimut-Winkel auf einen Winkel im Bereich der Auf- und Untergangs-Azimute des jeweiligen Tages zu beschränken, d.h. die Umsteue- rung in der Nähe des Sonnenuntergangs-Azimuts vorzunehmen und zum Aufgangs-Az imut zurückzudrehen. Dazu kann der Antrieb, der ei- nen Elektromotor enthält, von einer Steuerung angesteuert werden, die die vom Datum abhängigen Auf- und Untergangsdaten der Sonne enthält.
Der Antrieb der Azimut-Ausrichtung kann vorteilhaft durch einen stark untersetzten Getriebe-Elektromotor vorgenommen werden, der über ein Kegelrad getrieben wird, vorzugsweise mit Spiroid-Verzahnung, die Azimut-Ausrichtung antreibt. Um zu starke Untersetzungen von der Drehzahl des Elektromotors auf eine Umdrehung je Tag zu vermeiden, wird vorteilhaft der Elektromotor von der Steuerung in einem Zeittakt angesteuert, wobei z.B. ein Taktgeber, wie ein Hall-Sensor, die Umdrehungen mitzählt, dabei die Schrittgröße begrenzt und auch durch Addition die jeweilige Position des Azimut-Antriebes ermittelt und speichert. Dabei kann vorteilhaft ein Positionsgeber für die Azimut-Ausrichtung vorgesehen sein, der, z.B. einmal täglich, die Ist-Position der Azimut- Ausrichtung feststellt und mit der Soll-Ausrichtung vergleicht, wonach eine Nachstellung bei eventueller Abweichung vorgesehen sein kann.
Der Antrieb hat ferner eine von der Azimut-Ausrichtung abgeleitete Kurvensteuerung für eine Höhenwinkelausrichtung. Die erfolgt durch eine Schwenkung der auszurichtenden Fläche um eine im wesentlichen hori- zontale Achse mittels einer Kurve, auf der ein Kurvenläufer läuft. Die Kurve oder der Läufer wird zusammen mit dem Azimut-Antrieb gedreht und verstellt damit den Neigungswinkel der Fläche, so dass er ihn der tageszeitlichen Änderung des Höhenwinkels der Sonne anpassen kann, z.B. von 0° beim Aufgang über einen Höchststand zum Mittag bis zu wiederum 0° beim Untergang. Hiermit sind die Winkel des Sonnenstandes zur Horizontalen, also die Höhenwinkel, gemeint. Auf die Fläche bezogen, wären das die Winkel gegenüber einer vertikalen Achse. Wenn hier von horizontal oder vertikal im Zusammenhang mit den Achsen ge- sprachen wird, so ist dies im Rahmen von üblichen Montagegenauigkeiten oder anderen Faktoren zu sehen, die eine Abweichung herbeiführen können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Nachführsystem nach der Erfindung auch die jahreszeitlich unterschiedlichen Sonnenbahnen berücksichtigen. Dazu kann die Kurvensteuerung zusätzlich zu der die täglichen Höhenänderungen der Sonne berücksichtigenden Hauptkurve eine von der Jahreszeit abhängig durchlaufende Jahreskurve enthalten, die die von der Tageskurve bewirkte Neigungsverstellung überlagert und entsprechend der datumsabhängigen Deklination der Sonne ändert. Diese Jahreskurve kann über ein Schrittschaltwerk in Abhängigkeit von der Tageskurve angetrieben sein, beispielsweise in Abhängigkeit von der täglichen Rückführung auf die Sonnenaufgangsposition geschaltet werden. Ein solches Schrittschaltwerk kann entweder mechanisch durch ein Klinkenwerk gebildet sein oder durch eine von einem Servomagne- ten gesteuerte Schaltung, die ein Zahnrad täglich um einen Schritt weiter schaltet, so dass die Jahreskurve pro Jahr eine Umdrehung macht. Bei entsprechend anderer Gestaltung der Kurve könnte auch die ungefähre Symmetrie in der Deklination um ihr Maximum oder Minimum her- um verwendet werden, indem die Jahreskurve z.B. ein halbes Jahr von einem Tiefpunkt zur Wintersonnenwende zu einem höchsten Punkt zur Sommersonnenwende durch Drehung in die eine Richtung bewegt wird und danach das Schrittschaltwerk so umgesteuert wird, dass danach eine Rückdrehung der Jahreskurve von der Sommersonnenwende bis zur Wintersonnenwende erfolgt. Dies könnte beispielsweise mechanisch dadurch geschehen, dass das Schrittschaltwerk veranlasst wird, in der einen Jahreshälfte jeweils bei der Rückführung von der Abendposition zur Morgenposition in Rückdrehrichtung zu schalten und in der anderen Jahreshälfte in Vorwärtsrichtung beim Anfahren aus der Morgenposition.
Die Kurvensteuerung und ihr Antrieb kann auf einem Neigungskopf vor- gesehen sein, der eine im wesentlichen vertikale Achse enthält und der sich selbst einschließlich der Halterung des Solarpanels dreht. Mit ihm dreht sich auch die Kurvensteuerung gegenüber der drehfesten Achse und verstellt damit ein Verstellelement, das vorzugsweise koaxial zur Neigungskopfachse ausgebildet ist. Die Neigung des Solarpanels wird dadurch geändert, dass das Verstellelement im Abstand von zwei Schwenkhebeln angreift, die gelenkig am Neigekopf und dem Solarpanel gelagert ist.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprü- chen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz bean- sprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten
Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen. Fig. 1 perspektivische Ansichten des Nachführ- und 2 Systems,
Fig. 3 eine Seitenansicht desselben.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnungen zeigen das Nachführsystem 11 für eine Solaranlage, die ein, hier verkleinert gezeichnetes, Solarpanel 12 mit einer der Sonne zugewandten Fläche 13 aufweist. Es ist auf einem Ständer 14 angeordnet, der in der Erde verankert ist.
Das Nachführsystem besitzt einen Schwenkkopf 15, der um eine ortsfeste Achse 16, nämlich die Achse des Ständers 14, drehbar ist. Zur Drehung ist ein Antrieb 17 vorgesehen, der einen Elektromotor 18 aufweist, beispielsweise einen Niederspannungs-Gleichstrommotor. Besonders geeignet ist die Verwendung eines Scheibenwischerantriebs, der preisgünstig und mit großer Betriebssicherheit in Großserie hergestellt wird. Er ist mit einem Getriebe 19 verbunden, das eine große Un- tersetzung, beispielsweise 70 : 1 hat. Dessen Ausgangswelle 20 ist gegenüber der Motorachse um 90° versetzt. Der Motor kann somit mit horizontaler Achse im wesentlichen tangential zur Achse 16 angeordnet sein und die Ausgangswelle 20 verläuft ebenfalls tangential dazu. Sie trägt ein Kegelritzel 21 , das mit einem entsprechenden Kegelrad 22 zu- sammenwirkt, das innerhalb des Schwenkkopfes drehfest mit der Achse 16 verbunden ist. Das Kegelradgetriebe 21 , 22 hat ebenfalls eine große Untersetzung von ca. 100 : 1 , was dem gesamten Getriebezug 19, 21 , 22 eine Gesamtuntersetzung in vier- bis fünfstelligem Bereich ermöglicht, im erwähnten Beispiel von 1 : 7000.
Da die Ausgangswelle 20 ebenso wie der Antrieb 17 an dem Schwenkkopf gelagert ist, bewirkt eine Drehung der Ausgangswelle ein Drehen des Schwenkkopfes um die Achse 16. Eine Feder 23, die das Kegelritzel axial belastet, sorgt für einen spielfreien Antrieb, so dass auch bei Windeinfluss auf das Solarpanel Schwingungen ausgeschlossen werden. In den Zeichnungen ist jeweils das Gehäuse 24 des Schwenkkop- fes durchsichtig dargestellt, um sein Inneres zu zeigen.
An dem Schwenkkopf ist gegenüber dem Getriebemotor 18, 19 eine horizontale Achse 25 vorgesehen, um die zwei Schwenkhebel 26 gelenkig gelagert sind. Die jeweils anderen Enden der Schwenkhebel 26 sind ge- lenkig an einer Achse 27 gelagert, die mittels Lagerböcken 28 an dem Solarpanel 12 angebracht bzw. gelagert ist. Diese Achsen bilden zusammen mit den Schwenkhebeln und dem Lagerbock die Halterung 29 für das Solarpanel.
An dem Schwenkkopf ist eine Kurvensteuerung 30 vorgesehen, die dazu dient, das Solarpanel 12 mit seiner Halterung um die horizontale Achse 27 zu schwenken. Dazu ist ein vertikal und koaxial zur Achse geführtes Verstellelement 31 vorgesehen, das sich zusammen mit dem Schwenkkopf 15 drehen kann und über einen Lagerbock 32, der eben- falls zur Halterung 29 gehört, mit dem Solarpanel oder dessen Rahmen schwenkbar verbunden ist. Es ist zu erkennen, dass eine vertikale Bewegung des Verstellelementes 31 eine Schwenkung des Solarpanels um die Achse 27 bewirkt, wobei die Schwenkhebel 26 diese Bewegung ermöglichen und ebenfalls geschwenkt werden.
Die Kurvensteuerung enthält eine erste, als Tageskurve 33 bezeichnete Kurve, die als Hülse mit eingearbeitetem Kurvenschlitz 34 ausgebildet ist. Sie umgibt das Verstellelement 31 koaxial, ist aber mit der Achse 16 drehfest verbunden. Sie arbeitet mit einem Kurvenläufer 35 zusammen, der in dem Kurvenschlitz 34 beidseitig geführt ist, z.B. einem Stift, einem Gleitstein oder einer Rolle. Der Kurvenläufer 35 ist am Verstellelement 31 vorgesehen, so dass sein Ablaufen in dem Kurvenschlitz 34 das Ver- Stellelement 31 vertikal anhebt oder senkt und damit die Neigung des Solarpanels 12 ändert. Es ist zu erkennen, dass der Kurvenschlitz eine um mehr als 180° umlaufende etwa sinusförmige Gestalt mit flachen Ausläufen hat. Die in Fig. 1 und 3 gezeigte Stellung ist die „Mittagsstel- lung", zu der das Verstellelement seine unterste Position einnimmt, so dass das Solarpanel am wenigstens gegenüber der Horizontalen geneigt ist und somit mit der größten Fläche und Wirksamkeit der hochstehenden Sonne zugewandt ist. An den Enden der Kurve, also im oder nahe am Nachtbereich, kann die Kurve von der der Sonnenbahn ent- sprechenden Gestalt abweichen. So ist es möglich, dort vor oder nach der Rückdrehung einen Bereich vorzusehen, in dem die Kurve das Solarpanel nahezu horizontal stellt, um z.B. in der Nacht geringeren Windwiderstand zu bieten.
Fig. 1 zeigt, dass die Kurvensteuerung noch eine zweite Kurve, nämlich die Jahreskurve 36 enthält. Sie ist dazu ausgebildet, die Vertikalbewegung durch die Tageskurve zu überlagern und dadurch die jahreszeitliche Änderung des Sonnenstandes entsprechend der Deklination in den Ephemeπden der Sonne zu berücksichtigen, indem im Sommer entspre- chend dem höheren Sonnenstand das Solarpanel zur gleichen Tageszeit flacher ausgerichtet wird als im Winter, wenn die Sonne tiefer steht. Die Jahreskurve 36 arbeitet ebenfalls mit einem Kurvenläufer 37 zusammen. Dieser ist an einem Zwischenring 38 vorgesehen, der koaxial zur Tageskurve 33 angeordnet ist und sich mit dieser dreht. Dazu ist je- weils eine Stirnverzahnung 39 an Zwischenring und Tageskurve 33 vorgesehen, die ineinander greifen. Die jeweilige Stellung der Jahreskurve bzw. des zugehörigen Läufers 37 bewirkt also, dass die Tageskurve 33 auf ein für die Deklination der Sonne zum jeweiligen Datum passendes Niveau eingestellt, also angehoben oder abgesenkt wird.
Die Jahreskurve wird Tag für Tag um einen Schritt weitergeschaltet. Dazu hat die Verzahnung 39 eine der Tageszahl des Jahres entsprechen- de Zähnezahl (in der Zeichnung vergröbert dargestellt). Der Zwischenring 38 hat auch an seiner Unterseite eine entsprechende Verzahnung 40, die mit der Verzahnung an einem Zahnkranz 41 zusammenwirkt. Zur Weiterschaltung der Jahreskurve um einen Tag, d.h. ein 365stel, also knapp 1 °, wird der Zwischenring von einem nicht dargestellten Servo- magneten axial nach unten bewegt. Durch entsprechende Zahnstellung und/oder -form kann dadurch die Weiterschaltung erfolgen. Es ist aber auch möglich, den unteren Zahnkranz 41 mit dem Schwenkkopf drehend anzubringen, so dass, wenn die Umschaltung während des Rücklaufs vorgenommen wird, dadurch eine Weiterschaltung erfolgt. Vorteilhaft ist, dass der Zwischenring 38 und damit die Stellung der Jahreskurve auch während des Verstellvorganges fixiert ist, so dass eine versehentliche Verstellung durch äußere Kräfte, wie Windeinfluss, nicht möglich ist.
Fig. 1 zeigt ferner eine Steuerung 45, die eine Elektronik mit einem Programm und Datenspeicher, einer Datenverarbeitungseinrichtung (CTU) entsprechenden elektronischen Schaltern für eine Steuerung des Elektromotors 18 und des nicht dargestellten Servomagneten zur Bewegung des Zwischenringes 38 und eine Anzeige 46 sowie Eingabetasten 47 aufweist. Die Steuerung verarbeitet ferner Signale von einem Taktgeber, der auf der Ausgangswelle 20 des Getriebemotors 18, 19 oder schon innerhalb dieser Einheit vorgesehen sein kann. Die Steuerung kann durch Zählung der von dem Taktgeber angezeigten Umdrehungen die Position des Schwenkkopfes ermitteln. Ein Positionsgeber, beispielswei- se in der Mittagsposition, kann z.B. einmal pro Tag betätigt werden, um eine Korrektur der Ausgangsposition vorzunehmen.
Funktion
Ausgehend von einer Morgenposition, bei der der Kurvenläufer 35 in einem der oberen Bereiche des Kurvenschlitzes 34, und zwar in Fig. 1 und 3, in dem rechten, ist und daher das Verstellelement 31 nach oben ausgefahren ist, wird der Antrieb 17 durch einen Zeittaktgeber in der Steuerung 45 periodisch um eine vorgegebene Umdrehungszahl angetrieben, beispielsweise einmal pro Minute. Dementsprechend rückt zur Verfolgung der Azimutausrichtung der Schwenkkopf um einen kleinen Winkelschritt weiter. Der Schwenkkopf folgt also dem Azimutwinkel der Sonne. Durch eine entsprechende Programmierung der Steuerung, beispielsweise durch einen eingegebenen Datensatz oder eine entsprechende jeweils ausgewertete Formel, hat die Steuerung vorher aufgrund des ihr durch ein Zeitmodul vorgegebenes Datum den entsprechenden Aufgangsazimut der Sonne ermittelt und beginnt dort oder auch schon vorher oder nachher mit der Azimutausrichtung, d.h. der Drehung des Schwenkkopfes 15. Die Abweichung von dem genauen Aufgangs- oder Untergangs-Azimut ist deswegen nicht sehr erheblich, weil direkt nach dem Sonnenaufgang und entsprechend auch vor dem Sonnenuntergang das Solarpanel ohnehin kaum Wirkung hat.
Bei der Drehung des Schwenkkopfes läuft der Läufer in der Tageskurve und zieht, je näher der Mittag kommt, das Verstellelement 31 nach unten, so dass der Neigungswinkel des Solarpanels flacher wird. Danach nimmt die Neigung wieder zu bis in die „Sonnenuntergangsstellung". In diesem Bereich erfolgt nun, ausgelöst von der Steuerung 45, ein Rücklauf des Solarpanels in die Sonnenaufgangsstellung. Dies kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt ausgelöst werden, entweder sofort nach dem Sonnenuntergang, um Mittemacht oder vor dem Sonnenaufgang. Zu diesem Zeitpunkt wird über den Servomagneten der Zwischenring 38 axial nach unten bewegt und schaltet dabei die Kombination Jahreskurve 36/Läufer 37 um einen Zahn, d.h. einen Tag, weiter. Die Tageskurve 33 wird dadurch axial verschoben, und zwar um einen Betrag, der der Änderung der Deklination der Sonne von einem Tag auf den anderen entspricht. So wird also bei zunehmender Deklination, z.B. im Frühjahr, die Tageskurve 33 etwas abgesenkt, damit an dem darauf folgenden Tag der höhere Sonnenstand durch eine flachere Solarpaneleinstellung berücksichtigt wird.
Die Kurven, insbesondere die Tageskurve 33, sind austauschbar, um die unterschiedliche Sonnenbahn in unterschiedlichen geographischen Breiten ideal berücksichtigen zu können.
Das Nachführsystem nach der Erfindung ist robust und kommt mit geringem mechanischen Steuerungsaufwand aus. Es ist vor allem nur ein Antrieb für die zweiachsige Verstellung und Rückführung notwendig. Der Servomagnetantrieb kann bei Benutzung eines mechanischen Klinkengetriebes für die Weiterschaltung der Jahreskurve auch entfallen. Das gesamte Nachführsystem mit dem Schwenkkopf ist einfach, wie in Fig. 1 zu erkennen, auf eine Basisstütze aufsteckbar und kann mit einer einfa- chen Klemmverbindung grundorientiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Nachführsystem für Solaranlagen mit einer auszurichtenden Fläche (13), die an einer Halterung (29) angebracht ist, mit einem Antrieb (17) zur Änderung der Azimut-Ausrichtung der Fläche (13) der Solaranlage (11 ) durch Drehen der Halterung (29) um eine im wesentlichen vertikale Achse und mit einer Steuerung (45) dafür, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (17) von einem Elektromotor (18) im wesentlichen gleichförmig, ggf. jedoch schrittweise, antreibbar ist und eine von der Azimut-Ausrichtung abgeleitete Kurvensteuerung (30) für eine Höhenwinkelausrichtung vorgesehen ist.
2. Nachführsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (17) einen stark untersetzten Getriebemotor (18, 19) aufweist, der über ein Kegelradgetriebe (21 , 22), insbesondere mit Spiroid-Verzahnung, die Azimut-Ausrichtung antreibt.
3. Nachführsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (18) mit der Steuerung (25) über wenigstens einen Taktgeber, z.B. einen Hall-Sensor, zusammenwirkt.
4. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionsgeber für die Azimut- Ausrichtung vorgesehen ist, der ggf. eine Referenzposition festlegt.
5. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (17) die Halterung (29) entsprechend dem Azimut-Winkel der Sonne um eine im wesentlichen vertikale Achse (16) dreht und dabei über eine täglich zu- mindest teilweise durchlaufene Tageskurve (33) der Kurvensteuerung (30) den Neigungswinkel der Fläche (13) durch Schwenkung um eine im wesentlichen horizontale Achse (27) ändert.
6. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung programmierte End- und Umkehrpositionen für die Azimut-Ausrichtung vorgegeben sind, die, vorzugsweise abhängig von den jahreszeitlichen Auf- und Untergangsdaten der Sonne, eine Rückführung von der a- bendlichen Endposition in die morgentliche Anfangsposition des Nachführsystems (11 ) veranlassen.
7. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvensteuerung (30) zusätzlich zu der Tageskurve (33) eine abhängig von der Jahreszeit durchlaufende Jahreskurve aufweist, die die von der Tageskurve (33) bewirkte Neigungsverstellung der Fläche (13) überlagert und entsprechend der Deklination der Sonne zum jeweiligen Datum ändert.
8. Nachführsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Jahreskurve (36) über ein Schrittschaltwerk angetrieben ist, das in Abhängigkeit von der täglichen Drückdrehung des Nachführsystems geschaltet ist.
9. Nachführsystem nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Jahreskurve (36) oder ihr Läufer (37) von einem vorzugsweise stirnverzahnten Ring (38) bewegbar ist, der von einer Mitnehmerverzahnung (39) positioniert und durch Axialverschiebung weitergeschaltet wird, wobei der Weiterschaltvor- gang von einem Schaltglied, wie einem Magnetantrieb, ausgelöst wird, der den Mitnehmerring (38) axial bewegt.
10. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvensteuerung (30) und ihr Antrieb (17) an einem Schwenkkopf (15) vorgesehen sind, der eine im wesentlichen vertikale Achse (16) enthält, um den er sich zusammen mit der Kurvensteuerung (30) dreht, wobei die Kurvensteuerung (30) ein Verstellelement (31 ) im wesentlichen vertikal verstellt, das auf die Halterung (29) zur Neigungsverstellung der Fläche (13) einwirkt.
11. Nachführsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (31 ) koaxial zur Schwenkkopfachse (16) verstellbar ist und die Halterung (29) Schwenkhebel (26) aufweist, die am Schwenkkopf (15) und der Fläche (13) der Solaranlage (11 ) gelenkig gelagert sind.
12. Nachführsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebemotor (18, 19) des Antriebs (17) seitlich an einem Schwenkkopf (15) mit im wesentlichen horizontaler Motorwelle angeordnet ist, mit seiner Getriebe-Ausgangswelle (20) tangential zur Schwenkkopfachse (16) verläuft und ein darauf angeordnetes Ritzel (21 ) auf ein um die im wesentlichen vertikale Achse (16) des Schwenkkopfes (15) angeordnetes, verzahntes Schwenkkopf-Antriebsrad (22) trifft.
13. Nachführsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kurven (33, 36) auswechselbar ist, insbesondere zur Auswechslung gegen eine der jeweils der geographischen Breitenposition der Solaranlage angepasste Kurve.
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