DE102007051714A1

DE102007051714A1 - Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102007051714A1
Application number: DE102007051714A
Authority: DE
Inventors: Odin Jäger
Original assignee: B Ketterer Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: B Ketterer Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage mit einer Plattform (9) zur Ausnahme von mindestens einm Solarmodul und mit einem mit der Plattform verbundenen Nachführsystem (1) mit mehreren Antriebselementen (2), um die Plattform (9) senkrecht zur Sonne auszurichten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Nachführsystem einen parallelkinematischen Antrieb aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage mit einer Aufnahme für mindestens ein Solarmodul und mit einem mit der Aufnahme verbundenen Nachführsystem mit mehreren Antriebselementen, um die Plattform senkrecht zur Sonne auszurichten.
Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) sind mittlerweile am Markt etabliert und bieten auch für Privatanwender eine günstige Möglichkeit, umweltfreundlich Strom zu produzieren. Mit PV-Anlagen lassen sich beispielsweise an abgelegenen Standorten, wo keine konventionelle Stromversorgung zur Verfügung steht, elektrische Verbraucher betreiben.
Am einfachsten ist eine PV-Anlage zum Beispiel fest auf einem Gebäude-Dach montiert. Die Kollektorfläche, die aus einem Solarmodul oder mehreren Solarmodulen gebildet sein kann, ist dabei, meist abhängig von der Dachschräge, in einem festen Winkel zur Sonne geneigt. Die Neigung der Kollektorfläche kann aber auch durch ein Gestell am Boden der geographischen Breite angepasst werden. Durch den Tagesverlauf der Sonne und den unterschiedlichen Sonnen stand im Wechsel der Jahreszeiten ist bei dieser Anordnung eine optimale, senkrechte Sonnen-Einstrahlung an maximal zwei Tagen nur zu jeweils einer bestimmten Uhrzeit gegeben. Die restliche Zeit arbeitet die PV-Anlage mit vermindertem Wirkungsgrad, da die Sonne nicht senkrecht auf die Kollektorfläche strahlt.
Damit die PV-Anlage mit besserem Wirkungsgrad arbeitet, können die Solarmodule auf einer Plattform eines Nachführsystems angeordnet werden. Durch die Nachführung soll eine möglichst senkrechte Sonnen-Einstrahlung erzielt werden. Die Nachführung kann beispielsweise recht einfach mit einem einachsigen Nachführsystem erfolgen, das dazu beispielsweise eine parallaktische Montierung aufweist, deren Rektaszensionsachse der geografischen Breite angepasst sein kann und die Solarmodule somit um die Deklinationsachse rotierend, der Sonne im Tagesverlauf folgen können. Durch den festen Neigungswinkel bleibt aber ein Wirkungsgradverlust durch den unterschiedlichen Sonnenstand im Wechsel der Jahreszeiten.
Alternativ kann mit einem anderen, einachsigen Schwenkantrieb die Neigung der Solarmodule verändert werden, um nur dem Sonnenstand im Wechsel der Jahreszeiten zu folgen. Dabei bleibt der Tagesverlauf der Sonne unberücksichtigt.
Beide Systeme können auch zu einem zweiachsigen Nachführsystem kombiniert werden. Das Nachführsystem kann dazu beispielsweise mit einer Art azimutalen Montierung ausgestattet sein, die einen drehbar gelagerten, senkrechten Mast aufweist und eine an dem Mast angeordnete, horizontal schwenkbare Halteplattform zur Aufnahme der Solarmodule. Der Mast und die Plattform müssen dabei immer gleichzeitig verfahren werden, um die Sonnenbahn im Tagesverlauf und dem Sonnenstand angepasst zu verfolgen. Dafür ist aber jederzeit eine optimale Ausrichtung der Solarmodule senkrecht zur Sonne möglich, wodurch sich der Ertrag der PV-Anlage um bis zu 30% bis 40% erhöhen kann.
PV-Anlagen weisen, je nach Leistung, durchgehende Solarmodul-Flächen bis zu 60 Quadratmeter oder mehr auf. Bei starkem Wind können dabei sehr große Drehmomente an der Aufhängung der Halteplattform und den Rotationsantrieben angreifen und zu Beschädigungen führen. Daher müssen die Motoren und Getriebe groß dimensioniert werden und sind damit teuer und schwer. Zudem kann eine solche PV-Anlage durch die zentrale Aufhängung zu Schwingungen angeregt werden, die eine zusätzliche Belastung für das Material darstellen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Photovoltaikanlage mit einem Nachführsystem zu schaffen, das eine vollständige Nachführung erlaubt und das stabil und einfach gebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Nachführsystem einen parallelkinematischen Antrieb aufweist.
Durch den parallelkinematischen Antrieb sind zur Nachführung der Solarmodul-Aufnahme nur lineare Bewegungen notwendig. Da keine Rotationsbewegungen ausgeführt werden, können umgekehrt durch extern angreifende Kräfte, beispielsweise durch Wind, auch keine Drehmomente auf das Nachführsystem ausgeübt werden. Dabei wirken die einzelnen Antriebselemente der Parallelkinematik wie ein Fachwerkgerüst, das alle angreifenden Kräfte als Zug- und Druckbelastungen aufnimmt. Dadurch kann die Aufhängung wesentlich einfacher und leichter ausgelegt werden, als dies mit rotatorischen Antrieben möglich wäre.
Bevorzugt weist der parallelkinematischen Antrieb sechs Bewegungs-Freiheitsgrade auf – drei rotatorische und drei trans latorische. Dadurch kann die PV-Anlage unabhängig vom Aufstellungsort jederzeit optimal zur Sonne ausgerichtet werden. Bei dicht aneinander aufgestellten PV-Anlagen kann bei bestimmten Elevations-Winkeln eine Abschattung benachbarter Module auftreten, die durch eine translatorische Bewegung des Nachführsystems um eine oder mehrere Raumachsen ausgeglichen werden kann.
Dabei weist der parallelkinematische Antrieb bevorzugt sechs Antriebselemente auf, die als Hexapod angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile Anordnung der Antriebselemente und somit eine hohe Belastbarkeit.
Alternativ kann der parallelkinematische Antrieb fünf Antriebselemente aufweisen, die als Pentapod angeordnet sind. Dadurch, dass nur fünf Antriebselemente notwenig sind, ist diese Ausführung etwas kostengünstiger und einfacher ansteuerbar.
Die Antriebselemente sind vorzugsweise als Stabkinematiken ausgebildet und können beispielsweise Hubzylinder, Hubspindeln oder dergleichen lineare Hubelemente sein.
Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebselemente als pneumatische oder hydraulische Hubzylinder ausgebildet sind. Hydraulische Hubzylinder haben den Vorteil, dass sie auch unter extremen Temperaturbedingungen einsetzbar sind und große Lasten tragen können. Darüber hinaus sind diese Hubzylinder einfach aufgebaut und können daher nahezu wartungsfrei auch über einen längeren Zeitraum betrieben werden.
Eine alternative Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebselemente als elektromotorische Hubspindeln ausgebil det sind. Als Antrieb weisen diese Hubspindeln beispielsweise einen Getriebe- oder Schrittmotor auf, wobei die Motorwelle direkt mit einer Gewindespindel verbunden sein kann, oder über ein Stirnrad oder eine Schnecke eine Zahnstange antreibt.
Die Parallelkinematik kann dabei durchaus mit einer Mischbestückung aus pneumatischen oder hydraulischen Hubzylindern und elektrischen Hubspindeln ausgerüstet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt:
eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Nachführsystems mit sechs Antriebselementen in Hexapod-Anordnung.
In der Figur ist ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Nachführsystem einer Photovoltaikanlage gezeigt. Das Nachführsystem 1 weist eine Parallelkinematik mit sechs Antriebselementen 2 in einer Hexapod-Anordnung auf.
Die Antriebselemente 2 sind als elektrisch angetriebene Hubspindeln mit einem Hubspindel-Zylinder 3 und einen darin linear beweglich gelagerten Hubspindel-Kolben 4, ausgeführt. Der Elektromotor zum Antrieb der Hubspindel-Kolben 4 ist im Hubspindel-Zylinder 3 integriert. Die insgesamt sechs Hubspindel-Zylinder 3 sind jeweils an einem Ende durch Kugelgelenk-Lager 5 mit einer Grundplatte 6 verbunden, wobei jeweils zwei Zylinder 3 direkt aneinander angrenzen und eine Gruppe 7 bilden. Die drei Zweiergruppen 7 sind jeweils mit etwa 120° Abstand voneinander auf dem Umfang der Grundplatte 6 gleich mäßig verteilt.
Die Hubspindel-Kolben 4 sind jeweils an einem Ende mit einem Kugelgelenk-Lager 8 an einer Plattform 9 befestigt, die als Aufnahme für zumindest ein Solarmodul dient. Die Kolben 4 sind dabei auch in Zweiergruppen 10 mit jeweils etwa 120° Abstand auf dem Umfang der Plattform 9 gleichmäßig verteilt, jedoch gegenüber der Grundplatte 6 um etwa 60° versetzt, so dass die Antriebselemente 2 schräg stehen und über den Umfang des Nachführsystems 1 ein zick-zack-förmiges Trägergestell bilden.
Auf der Aufnahme-Plattform 9 können die Solarmodule direkt montiert werden. Zusätzlich oder stattdessen kann aber auch ein Rahmen vorgesehen sein, in den die Solarmodule eingesetzt werden können.
Dadurch ergibt sich ein um alle Raumachsen drehbares Nachführsystem 1, mit dem die Solarmodule immer optimal, senkrecht zur Sonne ausgerichtet werden können. Durch die zusätzliche translatorische Beweglichkeit ist es auch möglich, eventuell auftretenden Abschattungen auszuweichen.
Das beschriebene Nachführsystem 1 kann ohne weitere Mühe über einen weiten Bereich skaliert werden. Dazu muss lediglich der Hub und die Last-Dimensionierung der Antriebselemente 2 angepasst werden, wobei die Antriebselemente 2 einige Zentimeter bis zu mehrere Meter lang ausgeführt werden können. Dadurch ist ein erfindungsgemäßes Nachführsystem 2 in Photovoltaikanlagen sowohl mit nur einem Solarmodul als auch mit mehreren Solarmodulen einsetzbar, die auch eine entsprechend große Kollektorfläche bilden können.

Claims

Photovoltaikanlage mit einer Aufnahme für mindestens ein Solarmodul und mit einem mit der Aufnahme verbundenen Nachführsystem (1) mit mehreren Antriebselementen (2), um die Aufnahme senkrecht zur Sonne auszurichten, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachführsystem einen parallelkinematischen Antrieb aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der parallelkinematischen Antrieb sechs Bewegungs-Freiheitsgrade aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parallelkinematische Antrieb sechs Antriebselemente (2) aufweist, die als Hexapod angeordnet sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parallelkinematische Antrieb fünf Antriebselemente (2) aufweist, die als Pentapod angeordnet sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente als Stabkinematiken, beispielsweise Hubzylinder, Hubspindeln oder dergleichen lineare Hubelemente, ausgebildet sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente als pneumatische oder hydraulische Hubzylinder ausgebildet sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente als elektromotorische Hubspindeln ausgebildet sind.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die für das mindestens eine Solarmodul bestimmte Aufnahme als Plattform (9) ausgestaltet ist.