AT510005B1 - Solaranlage - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT510 005B1 2012-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Solaranlage für ein Dach mit einem im Wesentlichen nach dem Azimut des höchsten Sonnenstands ausgerichteten Dachfirst zwischen zwei Dachflächen, mit einer sich von einer Dachfläche über den Dachfirst hinweg auf die andere Dachfläche erstreckenden Führung für parallel zum Dachfirst nebeneinandergereihte und miteinander gelenkig verbundene Träger für Solarfelder und mit einem Antrieb zum Verlagern der Träger entlang der Führung in Abhängigkeit vom Sonnenazimut.

[0002] Um Sonnenenergie vorteilhaft nützen zu können, sind die hiefür eingesetzten Solarfelder gegenüber der einfallenden Sonnenstrahlung auszurichten, und zwar unabhängig davon, ob es sich um Solarfelder auf der Basis von Sonnenkollektoren oder der Photovoltaik handelt. Zu diesem Zweck werden die Solarfelder gegenüber dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlung, also der Höhe des Sonnenstands, ausgerichtet und dem Azimut der Sonne nachgeführt, wobei unterschiedliche Vorrichtungen zum Nachführen der Solarfelder eingesetzt werden können. So ist es beispielsweise zur Konstruktionsvereinfachung bekannt (WO 2008/010250 A2), die einzelnen Solarfelder in einer Reihe hintereinander auf einem gemeinsamen Träger je für sich um eine horizontale und eine vertikale Achse schwenkbar zu lagern und über ein Hebelgestänge gemeinsam zu verstellen, um durch ein Verschwenken der einzelnen Solarfelder um ihre horizontale Schwenkachse eine gute Ausrichtung gegenüber dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlung zu erreichen und durch eine schrittweise Drehverstellung um die vertikalen Achsen eine Nachführung entsprechend dem Azimut der Sonne zu sichern. Solche Solaranlagen eignen sich für Großanlagen, sind aber für die Energieversorgung beispielsweise im Wohnhausbereich zu aufwendig.

[0003] Zur Dachanordnung einer Solaranlage wurde bereits vorgeschlagen (DE 100 33 448 A1), bei einem Dach mit einem nach dem Azimut des höchsten Sonnenstands ausgerichteten Dachfirst eine von einer Dachseite über den Dachfirst hinweg auf die andere Dachseite verlaufende Führung für parallel zum Dachfirst nebeneinandergereihte und miteinander gelenkig verbundene Träger für Solarfelder vorzusehen, sodass die Solarfelder durch ein Verfahren der Träger entlang der Führung nach dem jeweiligen Sonnenstand ausgerichtet werden können. Nachteilig ist allerdings, dass zwar eine Nachführung nach dem Azimut der Sonne erreicht wird, dass aber aufgrund des im Wesentlichen horizontalen Verlaufs des Dachfirsts die durchschnittliche Höhe des Sonnenstands unberücksichtigt bleibt, was ungünstige Einfallswinkel für die Sonnenstrahlung bedingt. Es wird zwar vorgeschlagen, die Träger entsprechend einem durchschnittlichen Einstrahlwinkel in Längsrichtung zu neigen und deshalb den nordseitigen Führungsabschnitt gegenüber dem südseitigen der Höhe nach zu versetzen, doch ergeben sich dann erhebliche Führungsschwierigkeiten im firstseitigen Umlenkbereich. Außerdem wird die Höhe des durch die Solaranlage bedingten Dachaufbaus erheblich vergrößert.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Solaranlage der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass mit einem geringen Konstruktionsaufwand die Sonnenenergie wirkungsvoll über Solarfelder aufgenommen werden kann.

[0005] Ausgehend von einer Solaranlage der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Träger in einer zum Dachfirst parallelen Reihe hintereinander angeordnete, in Bezug auf einen vorgegebenen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung einheitlich gegenüber dem Träger ausgerichtete Solarfelder mit gegenseitigem Abstand in Reihenlängsrichtung aufweisen.

[0006] Durch in Reihenlängsrichtung mit gegenseitigem Abstand aufeinanderfolgende, gegenüber einem vorgegebenen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung einheitlich ausgerichtete Solarfelder kann die einfallende Sonnenstrahlung vorteilhaft genützt werden, ohne die Träger für die Solarfelder hinsichtlich des Einfallswinkels der Sonnenstrahlung neigen zu müssen. Die zum Dachfirst parallele Ausrichtung der Träger stellt hinsichtlich der Azimutnachführung einfache Konstruktionsverhältnisse sicher. Der gegenseitige Abstand der hintereinander angeordneten, geneigten Solarfelder wird in Abhängigkeit vom für die Ausrichtung der Solarfelder maßgeben- 1 /8 österreichisches Patentamt AT510 005 B1 2012-01-15 den Einfallswinkel der Sonnenstrahlung so gewählt, dass die Solarfelder keinen Schlagschatten auf das jeweils in der Reihe folgende Solarfeld werfen können.

[0007] Obwohl eine vorgegebene Neigung der Solarfelder zur Berücksichtigung des durchschnittlichen Einfallswinkels der Sonnenstrahlung in Verbindung mit der Azimutnachführung vorteilhafte Bestrahlungsverhältnisse für die Solarfelder sicherstellt, kann der Wirkungsgrad einer solchen Solaranlage zusätzlich dadurch gesteigert werden, dass die Neigung der in einer Reihe hintereinander angeordneten Solarfelder jedes Trägers einstellbar ist, sodass zumindest der unterschiedliche Verlauf des Sonnenstands im Laufe eines Jahrs berücksichtigt werden kann.

[0008] Die Neigungsverstellung kann mit unterschiedlichen konstruktiven Mitteln gelöst werden. Einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich beispielsweise, wenn die Solarfelder jeweils an einem Ende gelenkig am zugehörigen Träger abgestützt und am anderen Ende an einem ebenfalls am Träger gelenkig abgestützten Stützfeld angelenkt werden und wenn der Abstand zwischen den Abstützstellen der Solarfelder und der zugehörigen Stützfelder einstellbar ist. Durch diese Anordnung ergibt sich für jedes Solarfeld ein Gelenkdreieck mit einer in seiner Länge veränderbaren Basis, sodass sich bei einer Längenänderung dieser Basis die Neigung der anschließenden, durch das Solar- und das Stützfeld gebildeten Dreieckschenkel ändert. Diese Längenänderung der Basis kann für in einer Reihe aufeinanderfolgende Solarfelder dadurch erreicht werden, dass die Träger jeweils für jedes zweite Solarfeld und das Stützfeld des dazwischen angeordneten Solarfelds eine ortsfeste Lagerung bilden, während die Lagerung des Solarfelds zwischen den ortsfest gelagerten Solarfeldern sowie die Lagerung des an dieses Solarfeld anschließenden Stützfelds des benachbarten, ortsfest gelagerten Solarfelds über einen Antrieb in Reihenlängsrichtung gegensinnig verstellbar angeordnet sind. Mit der gegensinnigen Verstellung der Abstützstellen der einander zugekehrten Solar- und Stützfelder beispielsweise mit Hilfe von Spindeltrieben mit gegensinnigen Gewindeabschnitten werden diese Solar- und Stützfelder in ihrer Neigung eingestellt, wobei sich jeweils übereinstimmende Neigungswinkel einerseits für die Solar- und anderseits für die Stützfelder ergeben.

[0009] Besonders vorteilhafte Bedingungen für die Ausnützung der Sonneneinstrahlung ergeben sich, wenn die Solarfelder Photovoltaikpaneele umfassen und die Stützfelder mit einem Sonnenkollektor versehen werden, weil über den Sonnenkollektor auch bei einer vergleichsweise ungünstigen Sonneneinstrahlung noch wirtschaftlich Wärmeenergie gewonnen werden kann.

[0010] Der Antrieb für die Nachführung der Träger entlang der hierfür vorgesehenen Führungen kann unterschiedlich ausfallen, geht es ja lediglich darum, die Träger mit den Solarfeldreihen nach dem Azimut des Sonnenstands auszurichten. Aufgrund der gelenkig miteinander verbundenen Träger für die Solarfeldreihen werden einfache Konstruktionsbedingungen dadurch ermöglicht, dass den gelenkig miteinander verbundenen Trägern eine zur Gelenkachse parallele Wickelwelle für einen Seilzug zum Verlagern der Träger entlang der Führung zugeordnet wird.

[0011] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0012] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Solaranlage auf einem Satteldach eines Gebäudes in einer Draufsicht auf das Satteldach, [0013] Fig. 2 diese Solaranlage in einer stirnseitigen Ansicht in Richtung des Dachfirstes, [0014] Fig. 3 eine Konstruktionsvariante einer erfindungsgemäßen Solaranlage in einer zum

Teil aufgerissenen Draufsicht und [0015] Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

[0016] Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist die Solaranlage auf einem Satteldach angeordnet, wobei der Dachfirst 1 zwischen den Dachflächen 2 und 3 in Richtung des Azimut für den höchsten Sonnenstand ausgerichtet ist, also auf der nördlichen Hemisphäre nach Süden. Auf dem Satteldach ist eine Führung 4 angeordnet, die sich aus einzelnen von der einen Dachfläche 2 über den Dachfirst 1 hinweg auf die andere Dachfläche 3 erstreckenden 2/8 österreichisches Patentamt AT510 005 B1 2012-01-15 Führungsschienen zusammensetzt. Die Führung 4 nimmt zum Dachfirst 1 parallele Träger 5 auf, die über Laufrollen 6 entlang der Führung 4 von einer Dachseite auf die andere Dachseite verfahrbar sind. Jeder der miteinander parallel zum Dachfirst 1 gelenkig verbundenen Träger 5 weist eine parallel zum Dachfirst 1 verlaufende Reihe aus mit gegenseitigem Abstand hintereinander angeordneten Solarfeldern 7 auf, die gegenüber dem zugehörigen Träger 5 einheitlich geneigt sind. Die Neigung der Solarfelder 7 ist in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Einfallswinkel für die Sonnenstrahlung gewählt. Der gegenseitige Abstand der Solarfelder 7 in Reihenlängsrichtung weist eine Größe auf, die sicherstellt, dass sich die Solarfelder 7 nicht aufgrund der Änderung des Höhenwinkels der Sonne während des Tagesverlaufs gegenseitig beschatten können.

[0017] Die gelenkige Verbindung der Träger 5 wird durch Scharniergelenke 8 ermöglicht, deren gemeinsame Gelenkachse mit 9 bezeichnet ist. Der Antrieb dieser miteinander gelenkig verbundenen Träger 5 entlang der Führung 4 erfolgt mit Hilfe einer den Trägern 5 zugeordneten Wickelwelle 10 für einen Seilzug 11, die durch einen Motor 12 angetrieben wird. Der Seilzug 8 ist über Umlenkrollen 13 geführt und endseitig über Widerlager 14 abgestützt. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Seilspannung sind Seilspanner 15 vorgesehen. Wie sich aus der Fig. 2 ergibt, sind die Umlenkrollen 13 insbesondere im Bereich der Träger 5 so angeordnet, dass die Träger 5 mit Hilfe der Seilkräfte an die Führung 4 angedrückt und dadurch vor einem Abheben gesichert werden.

[0018] Der wesentliche Unterschied zwischen der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 und der nach den Fig. 3 und 4 besteht darin, dass die Neigung der Solarfelder 7 gegenüber den Trägern 5 eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Solarfelder 7 über Gelenke 16 an Stützfeldern 17 angelenkt, wobei die Solarfelder 7 abwechselnd ortsfest und in Trägerlängsrichtung verstellbar am Träger 5 gelagert sind. Die den ortsfest gelagerten Solarfeldern 7 zugehörigen Stützfeldern 17 sind in Trägerlängsrichtung verschiebbar gelagert, während die den verschiebbar gelagerten Solarfeldern 7 zugehörigen Stützfelder 17 ortsfest am zugehörigen Träger 5 abgestützt sind. In der Fig. 4 geht dieser Sachverhalt besonders deutlich hervor. Die gegenüber den Trägern 5 ortsfeste Lagerung der Solarfelder 7 und der Stützfelder 17 ist mit 18 bezeichnet, die in Längsrichtung der Träger 5 verstellbare Lagerung jeweils mit 19. Da aufgrund dieser Anordnung die verstellbaren Lagerungen 19 einerseits für die Solarfelder 7 und anderseits für die Stützfelder 17 einander gegenüberliegen, können die Lagerungen 19 für die Solarfelder 7 und die Stützfelder 17 durch einen gemeinsamen Antrieb 20 gegensinnig zueinander verstellt werden. Zu diesem Zweck sind die Lagerungen 19 auf Schlitten 21 angeordnet, die auf trägerfesten Führungen 22 verschiebbar sind. Der Antrieb 20 weist eine Spindel 23 auf, die mit gegensinnigen Gewindeabschnitten in den Schlitten 21 für die Lagerungen 19 zugehörige Spindelmuttern 24 eingreifen, sodass durch das Betätigen der Spindel 23 die Schlitten 21 gegensinnig verstellt und damit jeweils die Solarfelder 7 und die Stützfelder 17 in ihrer Neigung eingestellt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden den Trägern 5 jeweils gesonderte Antriebe 20 für die verstellbaren Lagerungen 19 der Solarfelder 7 und der Stützfelder 17 zugeordnet, was jedoch nicht zwingend ist, weil über entsprechende Mitnehmer die beweglichen Lager 19 der Solarfelder 7 und der Stützfelder 17 des benachbarten Trägers 5 mitgenommen werden können.

[0019] Um die Sonnenenergie vorteilhaft nützen zu können, können beispielsweise die Solarfelder 7 mit Photovoltaikpaneelen bestückt sein und die Stützfelder 17 Sonnenkollektoren tragen, die auch bei einem nicht optimalen Lichteinfall die Wärmeenergie der Sonnenstrahlung wirtschaftlich nützen können. 3/8

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT510 005 B1 2012-01-15 Patentansprüche 1. Solaranlage für ein Dach mit einem im Wesentlichen nach dem Azimut des höchsten Sonnenstands ausgerichteten Dachfirst (1) zwischen zwei Dachflächen (2, 3), mit einer sich von einer Dachfläche (2) über den Dachfirst (1) hinweg auf die andere Dachfläche (3) erstreckenden Führung (4) für parallel zum Dachfirst (1) nebeneinandergereihte und miteinander gelenkig verbundene Träger (5) für Solarfelder (7) und mit einem Antrieb zum Verlagern der Träger (5) entlang der Führung in Abhängigkeit vom Sonnenazimut, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger in einer zum Dachfirst (1) parallelen Reihe hintereinander angeordnete, in Bezug auf einen vorgegebenen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung einheitlich gegenüber dem Träger (5) ausgerichtete Solarfelder (7) mit gegenseitigem Abstand in Reihenlängsrichtung aufweisen.
2. 2. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der in einer Reihe hintereinander angeordneten Solarfelder (7) jedes Trägers (5) einstellbar ist.
3. 3. Solaranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarfelder (7) jeweils an einem Ende gelenkig am zugehörigen Träger (5) abgestützt und am anderen Ende an einem ebenfalls am Träger (5) gelenkig abgestützten Stützfeld (17) angelenkt sind und dass der Abstand zwischen den Abstützstellen der Solarfelder (7) und der zugehörigen Stützfelder (17) einstellbar ist.
4. 4. Solaranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (5) jeweils für jedes zweite Solarfeld (7) und das Stützfeld (17) des dazwischen angeordneten Solarfelds (7) eine ortsfeste Lagerung (18) bilden, während die Lagerung (19) des Solarfelds (7) zwischen den ortsfest gelagerten Solarfeldern (7) sowie die Lagerung (19) des an dieses Solarfeld (7) anschließenden Stützfelds (17) des benachbarten, ortsfest gelagerten Solarfelds (7) über einen Antrieb (20) in Reihenlängsrichtung gegensinnig verstellbar angeordnet sind.
5. 5. Solaranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarfelder (7) Photovoltaikpaneele umfassen und dass die Stützfelder (17) mit einem Sonnenkollektor versehen sind.
6. 6. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den gelenkig miteinander verbundenen Trägern (5) eine zur Gelenkachse (9) parallele Wickelwelle (10) für einen Seilzug (11) zum Verlagern der Träger (5) entlang der Führung (4) zugeordnet ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 4/8