DE102008051807B4

DE102008051807B4 - Parabolrinnenkollektor

Info

Publication number: DE102008051807B4
Application number: DE102008051807A
Authority: DE
Inventors: Günther Kunz
Original assignee: Individual
Current assignee: Mersch Sabine Be; SABINE MERSCH, BE
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2028-10-18
Also published as: DE102008051807A1

Abstract

Parabolrinnenkollektor mit einer reflektierenden Oberfläche, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündelt, wobei die reflektierende Oberfläche auf mindestens einem Paneel mit einem parabolischen Querschnitt und einer in Längsrichtung des Parabolrinnenkollektors geradlinigen Ausdehnung angeordnet ist und an der konvexen Unterseite jedes Paneels eine Tragkonstruktion angeordnet ist, die gelenkig mit einem den Parabolrinnenkollektor tragenden Unterbau verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragkonstruktion (4) an der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors (1) angeordnete, sich quer zu dessen Längsrichtung (8) erstreckende Stützspanten (9a–c) aufweist, – dass an jedem Stützspant (9a–c) eine Drehlagerung (3) zur drehbeweglichen Anordnung des Parabolrinnenkollektors (1) um eine zu dessen Längsachse (8) parallele Drehachse (27a–c) angeordnet ist und – dass zur Drehung des Parabolrinnenkollektors (1) um dessen Drehachse (27a–c) mehrere miteinander synchronisierte Antriebe (44) zumindest an den in Längsrichtung äußeren Stützspanten (9a, c) angreifen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Parabolrinnenkollektor mit einer reflektierenden Oberfläche, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündelt, wobei die reflektierende Oberfläche auf mindestens einem Paneel mit einem parabolischen Querschnitt und einer in Längsrichtung des Parabolrinnenkollektors geradlinigen Ausdehnung angeordnet ist und an der konvexen Unterseite jedes Paneels eine Tragkonstruktion angeordnet ist, die gelenkig mit einem den Parabolrinnenkollektor tragenden Unterbau verbunden ist.
Parabolrinnenkollektoren bestehen im Wesentlichen aus parabelförmig gewölbten reflektierenden Flächen, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündeln. Die Brennlinie und der Scheitelpunkt der Parabel spannen die Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche auf. Die Länge solcher Kollektoren liegt je nach Bauart üblicherweise zwischen wenigen Metern und 150 Meter. Kürzere Parabolrinnenkollektoren können als einzelne Module zu einem Kollektorfeld zusammengefasst werden. In den Absorbern wird die konzentrierte Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt und an ein umlaufendes Fluid, insbesondere Wasser oder ein anderes flüssiges oder gasförmiges Medium, abgegeben.
Die Parabolrinnen werden aus Kostengründen meist nur um eine Achse schwenkbar ausgeführt und insoweit der Sonneneinstrahlungsrichtung nachgeführt.
Die europäische Patentschrift EP 1 397 621 B1 offenbart einen derartigen Parabolrinnenkollektor, der mehrere selbsttragende Paneele aufweist, die einen parabolischen Querschnitt und eine in Längsrichtung gradlinige Ausdehnung besitzen. Die Paneele dienen dazu, die mit ihnen verbundene dünne reflektierende Oberfläche zu tragen. Mit ihrer konvexen Seite ist das Paneel an einem in Längsrichtung verlaufenden röhrenförmigen Tragelement angeordnet, das mit einer automatisierten Einrichtung zur Drehung um die Achse des Tragelementes versehen ist, damit die reflektierenden Oberflächen auf die Paneele der Sonnenbewegung folgen können. Die Paneele können entweder unmittelbar an dem ringförmigen Tragelement befestigt sein oder sich an den am röhrenförmigen Tragelement angeordneten, quer verlaufenden Trägerrippen abstützen.
In jedem Fall benötigen die Parabolrinnenkollektoren nach dem Stand der Technik eine stabile und massive Tragkonstruktion, um den Paneelen eine hinreichende Steifigkeit zu verleihen. Die Anforderungen an die Formgenauigkeit und statische Steifigkeit der die reflektierenden Oberflächen tragenden Tragkonstruktionen von Parabolrinnenkollektoren sind außerordentlich hoch, da insbesondere Biege- und Torsionskräfte infolge von Eigengewicht und Windlasten aufgenommen werden müssen, ohne dass ein Überschreiten einer definierbaren, maximalen Deformation der Parabel zu einem Leistungsverlust führt.
Durch die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Parabelform ist eine Herstellung von Parabolrinnenkollektoren in speziell dafür ausgerüsteten Fabrikationsanlagen erforderlich. Durch diesen Umstand entstehen hohe Kosten von der Transportlogistik bis hin zur Montage auf der Baustelle, weil die Bauelemente einerseits sehr fragil und andererseits sehr sperrig sind.
Um eine preiswerte Herstellung und einen einfachen Gebrauch auch durch unerfahrene Kräfte zu ermöglichen, offenbart das Dokument US 2 906 257 A einen Parabolrinnenkollektor mit einer reflektierenden Schicht, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündelt. Der Absorber befindet sich bei dem Parabolrinnenkollektor in Verlängerung seitlicher Drehzapfen, die an Endstücken des Parabolrinnenkollektors angeordnet sind. An der konvexen Unterseite der reflektierenden Schicht ist eine Tragkonstruktion angeordnet, die aus sich nach unten erstreckenden, an einem zentralen Punkt unterhalb des Kollektors zusammenlaufenden Verspannungsstreben sowie aus Metallrohren gebildet und seitlich durch die Endstücke begrenzt wird. Die Endstücke stellen eine Halterung für eine sich nach oben erstreckende Stütze dar. Die Stütze wird aus an den Endstücken befestigten Seitenwangen gebildet, die über ein oberhalb der Brennlinie angeordnetes Rohr miteinander verbunden sind. An einem zentralen Punkt dieses Rohrs sind vier Drähte angeordnet, die diagonal zu den Ecken des Parabolrinnenkollektors laufen. Jedes Drahtseil weist ein Spannschloss auf, um die Drähte vorzuspannen.
Die aus aufwendiger Unterkonstruktion an der Unterseite und Drahtseilabspannung an der Oberseite gebildete Struktur des Parabolrinnenkollektors nach der US 2 906 257 A ist statisch ausreichend stabil. Aufgrund der hohen von der Drahtseilabspannung auf das Rohr der Stütze ausgeübten Kräfte, muss dieses recht stark dimensioniert sein. Insoweit zieht der notwendige Rohrdurchmesser eine unerwünschte Verschattung der reflektierenden Oberfläche nach sich. Nachteilig ist weiter, dass mit zunehmender Länge in dem Parabolrinnenkollektor größere Biegespannungen auftreten, so dass dessen maximale Länge im Interesse einer noch vertretbaren maximalen Deformation der Parabel beschränkt ist.
Die GB 2 235 786 A offenbart einen Parabolrinnenkollektor mit einem konkaven Spiegel, der das einfallende Sonnenlicht auf einem Absorber bündelt. An den Stirnseiten jedes Spiegels befinden sich aus Armen gebildete Aussteifungen, die in Lagerhülsen entlang der Fokuslinie des Absorbers zusammenlaufen. Die Hülsen sitzen jeweils auf einem Lager an einer Stütze zu beiden Seiten des Parabolrinnenkollektors. Mittig an der Unterseite des konkaven Spiegels befindet sich ein Hilfsrahmen, der im Wesentlichen rechtwinklig zu der Fokuslinie des Spiegels verläuft. Die äußere, gebogene Kante des Hilfsrahmens ist mit einer Verzahnung versehen, die mit einem Zahnrad auf einer Antriebswelle kämmt. Die Antriebswelle, die parallel zu der Drehachse des Absorbers verläuft, ist für sämtliche nebeneinander angeordneten Parabolrinnenkollektoren dieselbe, so dass diese sämtlich gleichzeitig mittels der Antriebswelle verdrehbar sind.
Die nachveröffentlichte DE 10 2007 026 473 B4 offenbart einen Parabolrinnenkollektor mit einer reflektierenden Oberfläche, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündelt, wobei die reflektierende Oberfläche auf mindestens einem Paneel mit einem parabolischen Querschnitt und einer in Längsrichtung des Parabolrinnenkollektors geradlinigen Ausdehnung angeordnet ist und an der konvexen Unterseite jedes Paneels eine Tragkonstruktion angeordnet ist, die gelenkig mit einem den Parabolrinnenkollektor tragenden Unterbau verbunden ist. Ausgehend von den stirnseitigen Stützspanten ist an jedem zweiten Stützspant eine sich nach oben erstreckende Stütze angeordnet, wobei mindestens vier längliche Kraftübertragungsmittel an der Stütze angeordnet sind. Die Kraftübertragungsmittel erstrecken sich zwischen der Stütze und der Tragkonstruktion, wobei die Kraftübertragungsmittel die Seitenkanten einer geraden Pyramide bilden, deren in der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche liegende Spitze von den an der Stütze zusammenlaufenden Kraftübertragungsmitteln gebildet wird. Zur Drehung des Parabolrinnenkollektors greift an den beiden stirnseitigen Stützspanten der Tragkonstruktion ein Drehantrieb an.
Die WO 2005/120172 A2 offenbart einen thermischen Kollektor, der eine virtuelle Parabolgeometrie für eine Reflektoranordnung erzeugt, die an einem ebenen modularen Gitterrohrrahmen angeordnet ist. Der Kollektor weist Mittel zum Variieren des Winkels von Reflektorelementen bezüglich der flachen Oberseite des Gitterrohrahmens auf. Der Gitterrohrrahmen ist in Bodenstützen drehbar gelagert und lässt sich mittels eines Antriebs um eine Drehachse verdrehen, damit der Kollektor dem Lauf der Sonne folgen kann. Ferner weist der Kollektor Bremsmittel auf, um den Gitterrohrahmen bei stürmischen Bedingungen festzusetzen. Die Bremsmittel umfassen ein Ausgleichsgewicht, das über ein Seil angekoppelt ist.
Die DE 101 49 620 A1 offenbart einen Solarkollektor mit einem Absorberrohr und einer Reflektoranordnung, die die Sonnenenergie auf den Absorber bündelt. Im Betrieb wird der Reflektor so nachgeführt, dass die Brennlinie im Absorberrohr liegt. Die Nachführung mehrerer übereinstimmender Kollektoren erfolgt mittels eines gemeinsamen Antriebs.
Die DE 10 2004 044 841 B4 offenbart eine Heliostatenvorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Spiegeleinrichtungen mit beweglichen Spiegelflächen, einen Antrieb zur Bewegung von Spiegelflächen und eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung von Spiegelflächen derart, dass sie gemeinsam beweglich sind. Zur Kopplung des Antriebs an die Spiegeleinrichtungen sorgt die Kopplungsvorrichtung dafür, dass das Drehmoment des Antriebs auf die angekoppelten Spiegeleinrichtungen übertragen wird. Der Antrieb treibt mehrere Antriebsräder an, an welchen ein Übertragungselement, wie beispielsweise eine Kette, ein Riemen oder Seil gelagert ist. Das Übertragungselement wird über die Rotation des Antriebsrads linear bewegt, wobei sich diese Bewegung auf die Spiegeleinrichtungen übertragen und dort in eine Drehbewegung wandeln lässt. Ausgehend von dem Stand der Technik nach der EP 1 397 621 B1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Parabolrinnenkollektor zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist, sich einfach montieren und deshalb auch in Teilen transportieren lässt und gleichwohl eine hohe Parabelgenauigkeit bei hoher Steifigkeit und großer maximaler Baulänge gewährleistet.
Die Lösung beruht auf dem Gedanken, eine aufwendige Tragkonstruktion an der Unterseite der reflektierenden Oberfläche des Parabolrinnenkollektors entbehrlich zu machen und zugleich die an dem Parabolrinnenkollektor auftretenden statischen und dynamischen Kräfte optimal abzuleiten.
Im Einzelnen wird die Aufgabe bei einem Parabolrinnenkollektor der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst,

– dass die Tragkonstruktion an der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors angeordnete, sich quer zu dessen Längsrichtung erstreckende Stützspanten aufweist,
– dass an jedem Stützspant eine Drehlagerung zur drehbeweglichen Anordnung des Parabolrinnenkollektors um eine zu dessen Längsachse parallele Drehachse angeordnet ist und
– dass zur Drehung des Parabolrinnenkollektors um dessen Drehachse mehrere miteinander synchronisierte Antriebe zumindest an den in Längsrichtung äußeren Stützspanten angreifen.

Um die anfallenden Windkräfte, die Torsion verursachen, sofort auf den Unterbau abzuleiten, greifen zur Drehung des Parabolrinnenkollektors um dessen Drehachse mehrere miteinander synchronisierte Antriebe zumindest an den in Längsrichtung äußeren Stützspanten angreifen. Synchronisierung, bezeichnet das zeitliche Aufeinander-Abstimmen von Vorgängen. Die Synchronisation sorgt also dafür, dass sämtliche Antriebe gleichzeitig um übereinstimmende Drehwinkel drehen und in übereinstimmenden Drehlagen anhalten und ein weiteres Verdrehen der angetriebenen Spanten verhindert wird.
Insbesondere wenn an jedem Stützspant ein Antrieb angreift kann zur Aufnahme und Ableitung von windinduzierten Torsionskräften auf weitere Maßnahmen zur Aussteifung völlig verzichtet werden. Lediglich das kleine Stück des Paneels zwischen zwei benachbarten Drehlagerungen wird ggf. durch Torsionskräfte verdrillt, während die Torsionskräfte an den Stützspanten durch die dort angreifenden Antriebe aufgenommen und an den Unterbau abgeleitet werden. Die Antriebe bilden mit Ihren Kraftübertragungsgliedern das Widerlager zur Ableitung der Torsionskräfte an den stabilen Unterbau. Da man konstruktiv den Abstand zwischen den Stützspanten beliebig verringern kann, gibt es praktisch keine Probleme mit Torsionskräften mehr.
Vorzugsweise weisen sämtliche Antriebe einen gemeinsamen Drehantrieb, insbesondere einen Motor auf, der zentral ein relativ kleines Drehmoment erzeugt, das mittels einer Getriebeuntersetzung als größeres Drehmoment auf die Antriebe der Stützspanten und damit an mehreren Stellen synchron auf den Parabolrinnenkollektor übertragen wird.
Die Antriebe zur Drehung des Parabolrinnenkollektors können wahlweise einzeln oder in Kombination mindestens ein Antriebsseil, mindestens eine Spindel oder mindestens ein Schneckengetriebe aufweisen. Sofern die Antriebe ein Antriebsseil aufweisen, kann dies insbesondere als Stahlseil ausgeführt sein. Das in Zugrichtung starre Stahlseil gewährleistet eine hinreichend starre Drehmomentankopplung der angetriebenen Stützspanten an den Unterbau. Gleichwohl kann sich das Stahlseil unter Zugbelastung dehnen. Dies umso mehr, je länger das Stahlseil ist. Durch Wind erzeugte Torsionskräfte können somit potentielle Energie in das durch Zugkraft gedehnte Stahlseil einbringen. In Verbindung mit dem polaren Widerstandsmoment kann dann die gespeicherte Energie zwischen potentieller und dynamischer Energie alternieren. Prinzipiell ist dadurch ein schwingungsfähiges System entstanden. Durch einen Seilantrieb besteht konstruktiv die Möglichkeit die resultierende Eigenfrequenz konstruktiv so hoch zu legen, dass es zu keinen gefährlichen Schwingungen kommen kann.
Als Angriffspunkt für die Kraftübertragungsglieder des Antriebs weist jeder mit einem Antrieb verbundene Stützspant vorzugsweise einen sich von der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors senkrecht nach unten erstreckenden Hilfsrahmen mit einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen Kontur auf, wobei die Enden des Kreisbogens quer zur Drehachse des Parabolrinnenkollektors an dem Stützspant ansetzen.
Sofern die Antriebe mindestens ein Antriebsseil aufweisen, ist dieses längs der kreisbogenförmigen Kontur des Hilfsrahmens geführt und beispielsweise am Ende der bogenförmigen Kontur oder am Stützspant selbst befestigt. Um die Drehung des Parabolrinnenkollektors in beide Drehrichtungen zu ermöglichen, sind entweder zwei gegenläufige Antriebsseile über die bogenförmige Kontur des Hilfsrahmens geführt oder ein Antriebsseil umschlingt den Hilfsrahmen, wobei die Befestigung des Antriebsseils beispielsweise auf Höhe der Drehachse an dem Hilfsrahmen erfolgt.
Eine besonders preiswerte Ausführung der synchronen Antriebe der Stützspanten mit hoher Speicherfähigkeit für potentielle Energie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsseile benachbarter Antriebe miteinander zu einem umlaufenden Seil verbunden sind, das einen einzigen gemeinsamen Bewegungsantrieb für das derart gebildete umlaufende Seil aufweist. Die Führung des umlaufenden Seils erfolgt über an den Unterbau angeordnete stationäre Umlenkrollen bzw. Seilführungen.
Sofern der Parabolrinnenkollektor mit Seilantrieb auf Windanregung starrer reagieren soll ist jedes Antriebsseil an einem Kopplungselement mit einer Spindelmutter befestigt, die die drehende Bewegung einer Spindel in eine translatorische Bewegung des Kopplungselementes wandelt. Die translatorische Bewegung des Kopplungselementes wird mittels der daran befestigten Enden des Antriebsseils in eine Drehbewegung des Parabolrinnenkollektors umgesetzt. Umgekehrt werden auf die Paneele des Parabolrinnenkollektors einwirkende Windkräfte von dem relativ kurzen an das Kopplungselement angeschlagene Antriebsseil aufgenommen und über die Spindel an den Unterbau abgeleitet. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise auf der Spindel drehfest ein Schneckenrad angeordnet, dass mit einer Schnecke kämmt, wobei die Schnecken sämtlicher Antriebe vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die gemeinsame Welle erlaubt die Verwendung eines gemeinsamen Bewegungsantriebs, um sämtliche an den Stützspanten angreifenden Antriebe in Drehung zu versetzen. Des Weiteren wird durch die gemeinsame Welle eine einfache mechanische Synchronisation sämtlicher Antriebe gewährleistet. Kraftstöße, die durch Wind erzeugt werden, wirken über das Antriebsseil auf die Spindel, die aufgrund der Selbsthemmung eine Rückdrehung des Parabolrinnenkollektors in Folge des Kraftstoßes verhindert.
Sofern längs der bogenförmigen Kontur des Hilfsrahmens eine Verzahnung angeordnet ist und die Verzahnung mit einer Schnecke kämmt, die auf einem Rundstab angeordnet ist, wird ein äußerst starrer Antrieb geschaffen, der einer Windanregung der Paneele des Parabolrinnenkollektors die Grundlage entzieht. Die bei einem Seilantrieb noch in gewissem Rahmen auftretenden Schwingungen werden vermieden. Durch Ausführung des Antriebs als Schneckenantrieb kommt es zu einer erwünschten Selbsthemmung, die eine Rückwirkung der durch Wind verursachten Torsionskräfte auf den Bewegungsantrieb verhindert.
Sofern die einzelnen Antriebe nicht selbsthemmend ausgeführt sind, muss durch andere geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass nach der Drehung des Parabolrinnenkollektors eine Arretierung des Antriebs in der gewünschten Drehstellung möglich ist. Dies kann beispielsweise durch Brems- und/oder Arretiervorrichtungen, wie beispielsweise Sperrklinken, oder durch Aufrechterhalten eines einer Verdrehung entgegenwirkenden Momentes in dem Drehantrieb sichergestellt werden.
Auch bei dem direkt verzahnten Antrieb kann die Synchronisation auf einfache Art und Weise dadurch realisiert werden, dass an den die Schnecken tragenden Rundstäben sämtlicher Antriebe jeweils drehfest ein Schneckenrad angeordnet ist, das mit einer Schnecke kämmt, wobei die Schnecken sämtlicher Antriebe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die gemeinsame Welle ist vorzugsweise mit einem gemeinsamen Drehantrieb versehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der an den Stützspanten angreifende Antrieb als Hebelkonstruktion ausgeführt, die insbesondere einen Gelenkhebel umfasst. Um die Drehbewegung des Parabolrinnenkollektors mit dem Gelenkhebel zu ermöglichen und zugleich die gewünschte Selbsthemmung nach Einstellen der gewünschten Drehlage sicherzustellen, weist der Gelenkhebel vorzugsweise eine in einer Führungskulisse geführte Schubstange auf, die gelenkig mit einer Gewindestange einer Spindel verbunden ist. Die Führungskulisse ist an dem Stützspant befestigt, während die der Gewindestange zugeordnete Spindelmutter ortsfest jedoch drehbar gelagert ist, so dass eine Verdrehung der Spindelmutter eine Translation der Gewindestange des Gelenkhebels und damit eine Drehung des Parabolrinnenkollektors um seine Drehachse bewirkt. Um sämtliche Hebelantriebe auf einfache Art und Weise zu synchronisieren, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass an den Spindelmuttern sämtlicher Antriebe jeweils drehfest ein Schneckenrad angeordnet ist, dass mit einer Schnecke kämmt, wobei die Schnecken sämtlicher Antriebe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die gemeinsame Welle ist vorzugsweise lediglich mit einem gemeinsamen Drehantrieb verbunden, der eine synchrone Verdrehung sämtlicher Stützspanten ermöglicht.
Die erforderliche Torsionssteifigkeit des Parabolrinnenkollektors kann dadurch verbessert oder unterstützt werden, dass die Tragkonstruktion mindestens drei Stützspanten aufweist, wobei ausgehend von den stirnseitigen Stützspanten an jedem zweiten Stützspant eine sich nach oben erstreckende Stütze angeordnet ist, dass mindestens vier längliche Kraftübertragungsmittel an der Stütze angeordnet sind und dass sich die Kraftübertragungsmittel zwischen der Stütze und der Tragkonstruktion erstrecken, wobei die Kraftübertragungsmittel die Seitenkanten einer geraden Pyramide bilden, deren in der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche liegende Spitze von den an der Stütze zusammenlaufenden Kraftübertragungsmitteln gebildet wird.
Durch das Zusammenwirken der Tragkonstruktion mit den oberhalb der Parabolrinne pyramidal angeordneten Kraftübertragungsmitteln wird eine Ableitung der Torsionskräfte auf den Unterbau erzielt.
Vorzugsweise je zwei Paneele, insbesondere in Form von Strukturblechen mit den dazugehörigen formstabilen Spanten bilden die Basis für eine gerade Pyramide, gebildet aus der Stütze, die sich auf dem mittleren Spant abstützt und einer aus den Kraftübertragungsmitteln, vorzugsweise Drahtseilen, gebildeten Abspannung zwischen einem Anschlag für die Drahtseile an der Stütze zu den Ecken der Pyramide – vorzugsweise den äußeren Endbereichen der äußeren Spanten. Hierdurch werden optimale Hebelverhältnisse bei der Krafteinleitung sichergestellt. Die Befestigungspunkte können jedoch auch an anderen Positionen der Tragkonstruktion liegen, sofern die Verbindung der Kraftübertragungsmittel mit der Tragkonstruktion zu beiden Seiten der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche in gleichem Abstand gewährleistet ist. Ein größerer Abstand zur Symmetrieebene bringt jedoch eine verbesserte Ableitung der an dem Parabolrinnenkollektor angreifenden Kräfte mit sich.
Die Tragkonstruktion muss in der Lage sein, in den Paneelen auftretende Schubspannungen zu übertragen. Dies kann entweder durch hinreichend steife Paneele in Verbindung mit sich quer zur Längsrichtung des Parabolrinnenkollektors erstreckenden Stützspanten erfolgen. Sofern weniger steife Paneele zum Einsatz gelangen, z. B. Strukturbleche, weist die Tragkonstruktion in Längsrichtung Längsaussteifungen auf, insbesondere an den Rändern der Spanten. Zusätzlich können ggf. in Längsrichtung an der Unterseite der Paneele insbesondere V-förmige Profile angeordnet sein. Die Längsaussteifungen an den Rändern der Strukturbleche sind vorzugsweise fest mit deren Unterseite verbunden, um das Strukturblech auch in den Randbereichen beidseitig fest einzuspannen und damit lokale Verformungen des Strukturblechs, beispielsweise durch angreifende Windlasten zu vermeiden. Zusätzlich kann das Strukturblech zur randnahen Stabilisierung um die Längsaussteifung abgewinkelt sein.
Die Spanten sind ein tragendes Bauteil der Tragkonstruktion und zugleich Träger der Paneele. Durch diese Bauweise wird gegenüber einer massiven Tragkonstruktion erheblich Gewicht eingespart.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit pyramidal angeordneten Kraftübertragungsmitteln ist in einem hohen Maße torsionssteif bei geringem Konstruktionsaufwand und -gewicht. Die dünnen Stäbe bzw. Drahtseile der Abspannung haben eine äußerst geringe Verschattung der reflektierenden Oberfläche zur Folge. Darüber hinaus kann die insbesondere stabförmige Stütze zugleich mit einer Halterung für den Absorber ausgerüstet sein und damit eine Doppelfunktion erfüllen.
Durch Aneinanderreihung gleichartiger Pyramiden kann in Verbindung mit den an den Stützspanten angreifenden Antrieben über eine nahezu beliebige Länge eine hohe Torsionssteifigkeit eines Parabolrinnenkollektors erzeugt werden. Die durch die Verspannung aufgenommenen Kräfte werden dabei über die an jedem Stützspant angeordnete Drehlagerung an den formstabilen Unterbau abgeleitet und verlagern den zu betreibenden Stabilitätsaufwand von der formgenauen Parabolrinne auf den weniger aufwendigen Unterbau.
In regelmäßigen durch die geforderte Torsionssteifigkeit bestimmten Abständen, deren Entfernung durch die verfügbaren Fertigungsbreiten der Spiegelfolien (derzeit max. 1,25 m) nach oben begrenzt ist, werden die formstabilen Spanten angeordnet und durch die Paneele, vorzugsweise in Form von Strukturblechen, miteinander verbunden. Die Befestigung der Strukturbleche an den Spanten erfolgt dergestalt, dass am Strukturblech angeordnete Verbindungselemente, z. B. angeschweißte Winkelstücke mit den Spanten verschraubt werden. Die Verschraubungsöffnungen sind an den Spanten derart angeordnet, dass über die Verschraubung die gewünschte Parabelform der Strukturbleche erzeugt wird.
Durch den erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektor entsteht eine Trennung der Funktionen:

– Die Formgenauigkeit der reflektierenden Oberfläche ist alleine durch die Tragkonstruktion, insbesondere in Form der Spanten und ggf. Längsaussteifungen sowie der Paneele, insbesondere in Form der Strukturbleche gegeben. Statische Biegekräfte brauchen nicht berücksichtigt zu werden.
– Der formstabile Unterbau übernimmt über die an jedem Stützspant angeordneten Lager die statischen Kräfte.

Die punktuellen Abweichungen der Parabolrinne vom örtlichen idealen Parabelquerschnitt sind minimal, so dass der Intercept Faktor maximal wird. Die Fokalbreite (infolge der Aufweitung des reflektierten Sonnenstrahlenkegels) ist kleiner als bei allen bisher realisierten Parabolrinnen und der Absorberrohrdurchmesser kann die Fokalbreite übertreffen, wodurch der Intercept Faktor 100% ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können durch an dem Unterbau justierbare Drehlagerungen für die Tragkonstruktion Toleranzen des Unterbaus ausgeglichen werden. Dadurch kann der Unterbau durch jedes am Aufstellort ansässige Unternehmen mit geringen Fachkenntnissen angefertigt werden und braucht nicht in einer speziellen Fertigungsanlage produziert und anschließend transportiert zu werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht eines Parabolrinnenkollektors von der Unterseite aus gesehen,
2 eine perspektivische Ansicht des Parabolrinnenkollektors nach 1 von der Oberseite aus gesehen,
3a–c die statischen Kraftverhältnisse an einem Parabolrinnenkollektor nach 1 und 2,
4 die Reaktionskräfte auf die Drehlagerungen an einem Parabolrinnenkollektor mit sieben Stützspanten,
5 die statischen Kraftverhältnisse an einem Parabolrinnenkollektor unter Berücksichtigung einer durch Windlasten verursachten asymmetrisch wirkenden Zusatzkraft,
6 eine perspektivische Ansicht einer Drehlagerung des Parabolrinnenkollektors nach 1 und 2,
7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Stütze des Parabolrinnenkollektors nach 1 und 2,
8 eine schematische Seitenansicht eines dynamischen Windkräften ausgesetzten Parabolrinnenkollektors,
9 eine perspektivische Rückansicht eines Parabolrinnenkollektors nach 8 zur Verdeutlichung der Drehlagerung an jedem Stützspant,
10a–c Prinzipdarstellungen zur Veranschaulichung unterschiedlicher Konzepte zum synchronisierten Antrieb der Stützspanten eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektors sowie
11a–d Gesamtdarstellungen von jeweils drei zusammenwirkenden synchronen Antrieben gemäß den Konzepten nach den 10a–c für einen Parabolrinnenkollektor mit drei Stützspanten.
Der Parabolrinnenkollektor (1) besteht im Wesentlichen aus einem Unterbau (2), der über Drehlagerungen (3) mit einer Tragkonstruktion (4) für zwei Paneele (5) verbunden ist. Auf der aus 2 erkennbaren Oberfläche der Paneele (5) ist eine reflektierende Spiegelfolie (6) aufgebracht, die das auf deren Oberfläche auftreffende Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber (7) bündelt. Die Paneele (5) mit parabolischem Querschnitt erstrecken sich in Längsrichtung (8) des Parabolrinnenkollektors (1) gradlinig.
Die insgesamt mit (4) bezeichnete Tragkonstruktion des Parabolrinnenkollektors (1) wird von drei an der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors angeordneten, sich quer zu dessen Längsrichtung (8) erstreckenden Stützspanten (9a, 9b, 9c) sowie Längsaussteifungen (19a–19d) gebildet, wobei der zwischen den beiden stirnseitigen Stützspanten (9a, 9c) angeordnete Stützspant (9b) eine in den Figuren nicht näher erkennbare Halterung für eine stabförmige Stütze (10) trägt. Die Halterung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass an der nach oben weisenden Schmalseite des mittleren Stützspantes (9b) ein Zapfen angeordnet ist, der in eine entsprechende, am unteren Ende der Stütze (10) angeordnete Ausnehmung formschlüssig eingreift. Die Stütze (10) selbst befindet sich in der Symmetrieebene der durch die Paneele (5) parabolisch aufgespannten Fläche, wobei die Achse der Parabel über die gesamte Länge des Parabolrinnenkollektors in der Symmetrieebene liegt. Dabei bezeichnet die Achse der Parabel die Verbindungsgrade vom Brennpunkt der Parabel zu deren Scheitel. Die Spanten (9a–c) sind quer zur Längsachse (8) des Parabolrinnenkollektors parabolisch ausgebildet und im Querschnitt vorzugsweise derart profiliert, dass sie in Richtung der Längsachse (8) auftretenden Kräften ein hohes Widerstandsmoment entgegensetzen. Als Profilquerschnitte kommen beispielsweise Rechteckprofile, T-Profile oder I-Profile in Betracht.
Im Abstand (11) zu der Befestigung der Stütze (10) an dem Stützspant (9b) sind in übereinstimmender Höhe vier Drahtseile (12a, b, c, d) angeschlagen, die mit ihren gegenüberliegenden Enden mit den äußeren Endbereichen (13a, 13b, 13c, 13d) der zu dem mittleren Stützspant (9b) benachbarten Stützspanten (9a, 9c) verbunden sind. Die vier Drahtseile (12a, b, c, d) bilden die Seitenkanten einer geraden Pyramide, deren Spitze von den an der Stütze (10) zusammenlaufenden Drahtseilen gebildet wird. Die Drahtseile weisen sämtlich eine übereinstimmende Länge auf. Die Kanten der Grundfläche der durch die Drahtseile (12a–d) aufgespannten Pyramide verlaufen parallel zu den längsseitigen Rändern (14a, b) bzw. stirnseitigen Rändern (15a, 15b) der Parabolrinne.
Unterhalb des Anschlags (16) für die Drahtseile (12a–d) weist die Stütze (10) eine in axialer Richtung der Stütze (10) wirksame Federung (17) auf, die die Drahtseile (12a–d) vorspannt. Die Federung (17) ist nach Art einer Teleskopfederung aufgebaut und zusätzlich mit einem nicht dargestellten Federdämpfer ausgerüstet, der den Aufbau von Schwingungen in dem Parabolrinnenkollektor verhindert.
An der Spitze der Stütze (10) ist eine hohlzylindrische Halterung (18) zur Aufnahme des rohrförmigen Absorbers (7) angeordnet, der sich in der Brennlinie der durch die Paneele (5) aufgespannten Parabolrinne befindet.
Wie bereits ausgeführt, wird die Tragkonstruktion (4) in Längsrichtung (8) über an den Rändern der Paneele (5) zwischen den Stützspanten (9a, b, c) verschraubte Längsaussteifungen (19a–d) stabilisiert. Zusätzlich können an der Unterseite V-Profile (20) angeordnet sein.
Der Unterbau (2) weist insgesamt drei Beine (21a–c) auf, wobei die Beine (21a, b) durch einen Querholm (22) miteinander verbunden sind. Die Verwendung von drei Beinen erlaubt die sichere Aufstellung auch in unebenem Gelände. Das Bein (21c), jedoch auch die Beine (21a, b) sind in Klemmschellen (23) geführt und lassen sich daher für eine horizontale Ausrichtung des Parabolrinnenkollektors (1) unproblematisch in der Höhe einstellen. Zwischen dem Bein (21c) und dem durch die Beine (21a, b) abgestützten Querrohr (22) erstreckt sich ein zylindrisches Tragelement (24) auf dessen Oberseite die jedem Stützspant (9a–c) zugeordnete Drehlagerung (3) angeordnet ist. Jede Drehlagerung (3) besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Wangen (25) zwischen denen jeweils eine Drehachse (27a–c) gelagert ist, um die der Parabolrinnenkollektor schwenkbar ist. Sämtliche Drehachsen (27a–c) fluchten miteinander und erstrecken sich durch miteinander fluchtende Durchgänge in halbkreisförmigen Ansätzen (26a–c) an den Stützspanten (9a–c).
Die Nachführung des Parabolrinnenkollektors erfolgt durch Verschwenken des Parabolrinnenkollektors (1) um die durch die Drehlagerung (3) definierte Drehachse (27a–c), wobei die Schwenkbewegung mittels an den Stützspanten angreifender, der Übersichtlichkeit halber in den 1 und 2 nicht dargestellter Antriebe (44) erfolgt, die zur Ableitung und Aufnahme von Torsionskräften in dem Parabolrinnenkollektor an den stirnseitigen Stützspanten (9a, 9c), insbesondere an den sich halbkreisförmig nach unten erstreckenden Hilfsrahmen in Form der Profile (28), angreifen.
Sämtliche an dem Parabolrinnenkollektor senkrecht zur Längsachse (8) angreifende Kräfte werden direkt über die Drehlagerung (3) auf den Unterbau (2) und die Fundamente abgeleitet. Es entstehen durch diese Kräfte keine Biegespannungen in dem drehbaren Parabolrinnenkollektor (1).
Wie aus 3a) ersichtlich wird mittels einer vorgespannten Federung in Form einer Druckfeder in Richtung der senkrechten stabförmigen Stütze (10) eine Druckkraft D aufgebaut, die durch vektorielle Zerlegung ihrerseits in den Drahtseilen (12a–d) eine konstante Seilspannung S in Richtung der Drahtseile erzeugt.
Aus 3b) in Verbindung mit 3c) ist erkennbar, dass diese durch die Seilspannung S erzeugte Zugkraft auch als Vektor auf die Endbereiche (13a–d) der Stützspanten (9a–c) wirkt. Zerlegt man diesen Vektor in Komponenten, ist ersichtlich, dass eine Querkraft Q als Druckkraft die Längsaussteifungen (19a–d) belastet. Die horizontale Komponente H und die vertikale Komponente V der Kraft wirken beide auf die Endbereiche (13a–d) der Stützspanten (9a–c) und erzeugen über die Hebelwirkung in dem Stützspant (9a, 9c) ein Biegemoment, dass durch dessen Struktur aufgenommen werden muss.
In 4 ist in einem Längsschnitt durch einen sieben Stützspanten aufweisenden Parabolrinnenkollektor dargestellt, wie sich die Reaktionskräfte F auf die jeweiligen Lagerungen (3a–d) auswirken. Man erkennt, dass die Wirkrichtung der Reaktionskräfte F alterniert und die Summe aller Reaktionskräfte Null ergibt. Die Reaktionskraft, die durch jede Stütze in den zugeordneten Lagerungen (3b) hervorgerufen wird, ist viermal so groß, wie die vertikale Komponente V der einzelnen Seilspannungen S. Die Reaktionskräfte F/2 an den Endlagern (3a, 3c) sind nur halb so groß wie die der übrigen Lager (3b, 3d) zwischen den Endlagern (3a, 3c).
Die in den 3a)–c) und 4 dargestellten statischen Kraftverhältnisse berücksichtigen keine von außen angreifende Kräfte, die Torsionen in dem Parabolrinnenkollektor und damit dem Spiegel erzeugen; um diese Kräfte aufzunehmen, muss der Parabolrinnenkollektor (1) auch gegen Torsion ausgesteift sein. Die Torsionssteifigkeit wird durch die an den stirnseitigen Hilfsrahmen (28) angreifenden Antriebe (44) und zusätzlich durch die pyramidale Abspannung auf der Oberseite des Parabolrinnenkollektors erreicht.
Wenn äußere Kräfte einwirken, reagiert das statische System derart, dass sich zwar alle Reaktionskräfte F zu 0 ausgleichen, jedoch Verschiebungen zwischen der Höhe der an den Lagerungen (3a–d) auftretenden Reaktionskräfte F entstehen, deren Größe begrenzt werden muss, um die Verformung der Parabeloberfläche des Spiegels bei allen zugelassenen äußeren Kräften so zu begrenzen, dass keine Energieverluste durch Defokussierung zu erwarten sind.
Die wichtigsten äußeren Kräfte sind die Windlasten, die an dem als aerodynamisches Profil wirkenden Parabolrinnenkollektor angreifen, der auf die Luftanströmung mit statischen und dynamischen Kräften reagiert, wobei die dynamischen Kräfte aufgrund von Resonanzschwingungen zu Beschädigungen des Parabolrinnenkollektors führen können.
In 5 ist schematisch dargestellt, wie sich eine z. B. durch Wind verursachte asymmetrisch wirkende Zusatzkraft Z, simuliert durch eine Vertikalkraft in einem Endbereich (13c), auf die innere Kräfteverteilung des Parabolrinnenkollektors auswirkt. Infolge der Zusatzkraft Z erhöht sich die ursprüngliche Seilspannung S um einen Betrag ZS 1 in den Drahtseilen (12a, 12c), der sich aus der vektoriellen Zerlegung der einwirkenden Kraft in Verlaufsrichtung des Seils ergibt, während sich die Seilkraft S in den Drahtseilen (12b, 12d) längs der kreuzenden Seitenkante der Pyramide um einen Betrag ZS 2 verringert.
Die Federung (17) wird aufgrund der geänderten Druckkraft D zusammengedrückt. Der Anschlag (16) der Drahtseile (12a–d) verschiebt sich somit geringfügig nach unten. In dem Parabolrinnenkollektor tritt eine Verdrehung um die Längsachse auf. Den Widerstand gegen diese Verdrehung bezeichnet man als Torsionswiderstand. Er ist der entscheidende Faktor für die Aufnahme der Windlasten. Der Torsionswiderstand wird maßgeblich durch die Quersteifigkeit der Stützspanten (9a–c) zur Längsachse des Parabolrinnenkollektors, die Längenausdehnung der Drahtseile (12a–d) und die Federsteifigkeit der Federung (17) sowie die weiter unten beschrieben Arten des Antriebs (44) bestimmt. Konstruktiv wird die Steifigkeit der Stützspanten (9a–c) und die Längenausdehnung der Drahtseile vorzugsweise so bestimmt, dass durch die Verschiebung des Anschlags (16) gegen die Kraft der Federung (17) fast die gesamte Zusatzkraft Z aufgenommen wird, wobei der Verschiebeweg so zu begrenzen ist, dass noch alle auf die Spiegelfolie (6) auftreffenden Sonnenstrahlen auf den Absorber (7) auftreffen.
Auf dem Unterbau (2), der mit relativ großen Fertigungstoleranzen von gering qualifizierten Betrieben erstellt werden kann, werden mitgelieferte Drehlagerungen (3a– d) so montiert, dass durch Einstellmöglichkeiten der Drehlagerungen (3a–d) lediglich die zwischen deren Wangen angeordneten Drehachsen (27a–c) fluchtend zueinander ausgerichtet werden müssen. Eine präzise Einstellung des Abstandes zwischen den Lagerungen ist dagegen nicht nötig, da vorzugsweise nur eine Drehlagerung (3a) in Längsrichtung (8) unverschieblich als Festlager und alle anderen Lagerungen (3b, c, d) in Längsrichtung verschieblich als Loslager angeordnet sind, insbesondere auch um temperaturbedingte Ausdehnungsänderungen zu kompensieren.
Zur Erläuterung der Einstellmöglichkeit der Drehlagerungen (3a– d) zeigt 6 als Detail lediglich eine gegenüber dem Tragelement (24) des Unterbaus (2) verstellbare Drehlagerung (3b). Abweichend zum Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist das lediglich teilweise dargestellte Tragelement (24) hier als U-Profil und nicht als hohlzylindrisches Rohr ausgeführt. Entscheidend für die Wahl des Tragelementes ist lediglich, dass dieses aufgrund der Profilierung biegesteif ist. Mit der Oberseite des U-förmigen Tragelementes (24) sind vier senkrecht nach oben weisende Stehbolzen (29) zur justierbaren Aufnahme der Drehlagerung (3b) befestigt. Die Drehlagerung (3b) umfasst parallele, sich senkrecht nach oben erstreckende Wangen (25), die an ihrem unteren Rand über eine Platte (30) im Abstand zueinander gehalten werden. Die Platte (30) besitzt in ihren Eckbereichen vier Langlöcher, deren Durchlassquerschnitt größer als der Durchmesser der Stehbolzen (29) ist.
Über die an der Unterseite der Platte (30) anliegenden Stützmuttern (31) lässt sich die Höhe der Drehlagerung (3b) präzise justieren. Die Langlöcher erlauben eine begrenzte Verschiebung der Platte (30) in der Plattenebene und damit zusammen mit der Höhenjustierung durch die Stützmuttern (31) eine fluchtende Ausrichtung der Drehachse (27b) zu den übrigen Drehachsen (27a, c) der benachbarten Drehlagerungen (3a, 3b). Die in 6 dargestellte Drehlagerung (3b) ist als Loslager ausgeführt. Zu diesem Zweck ist der in dem Durchgang des Ansatzes (26b) des Stützspantes (9b) fixierte Lagerring (32) auf der Achse (27b) mit axialem Spiel geführt. Der Lagerring (32) wird im dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Durchgang des Ansatzes (26) durch zwei auf beiden Seiten des Ansatzes (26b) anliegender und miteinander verschraubter Spannringe (33) fixiert. Nach korrekter Ausrichtung der Drehlagerungen (3a–c) zueinander werden diese durch die von oben auf die Stehbolzen aufgeschraubten Kontermuttern (34) festgelegt.
Nachfolgend wird anhand von 7 eine bevorzugte Stütze (10) für die pyramidale Abspannung der Tragkonstruktion (4) näher erläutert:
Die stabförmige Stütze (10) wird an ihrer unteren Stirnseite von einer an jedem zweiten Stützspant (9b) angeordneten, in 7 nicht dargestellten Halterung aufgenommen. Im Abstand zu dieser an der unteren Stirnseite der Stütze (10) angreifenden Halterung ist ein in Längsrichtung der stabförmigen Stütze (10) unverschiebbarer Stützflansch (35), die Stütze (10) umgebend, angeordnet. Auf dem Stützflansch (35) stützt sich eine Tellerfedersäule (36) ab, wobei die Durchgänge (37) der zur Tellerfedersäule (36) übereinander geschichteten Einzeltellerfedern mindestens dem zylindrischen Querschnitt der stabförmigen Stütze (10) entsprechen, so dass die Tellerfedersäule (36) von dem oberhalb des Stützflansches (35) befindlichen Abschnitt (38) der Stütze (10) aufgenommen werden kann.
Über die Tellerfedersäule (36) ist eine hohlzylindrische Hülse (39) gestülpt, die an der oberen Stirnseite einen Durchgang (40) für den Abschnitt (38) der Stütze (10) aufweist, während die untere Stirnseite vollständig geöffnet ist. Der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Hülse (39) ist größer als der Außendurchmesser der Tellerfedersäule sowie des Stützflansches (35), so dass die Hülse (39) mit ihrer Innenmantelfläche entlang des äußeren Randes des Stützflansches (35) gleiten kann.
Die Hülse (39) bildet zugleich den Anschlag (16) für die vier Drahtseile bzw. dünnen Stäbe (12a–d) der pyramidalen Abspannung der Tragkonstruktion (4) des Parabolrinnenkollektors (1).
Konstruktiv ist der Anschlag (16) an der Hülse (39) durch vier gleichmäßig über den Umfang der Hülse (39) an deren oberen Rand angeordnete Halterungen (41) ausgeführt, wobei jede Halterung (41) an ihrer radial nach außen weisenden Stirnseite eine nach oben offene und sich in vertikaler Richtung erstreckende Nut (42) aufweist. Verdickte Enden (43) der Drahtseile (12a–d) hintergreifen die Nuten (42) und können daher bei der Montage problemlos mit der Hülse (39) verbunden werden.
Vorzugsweise sind die Einzeltellerfedern der Tellerfedersäule (36) gleichsinnig geschichtet. Hierdurch vervielfacht sich die Federkraft, ohne dass sich der Federweg verändert. Hierdurch wird der Forderung Rechnung getragen, dass die über die Drahtseile (12a–d) in die Stütze (10) eingeleiteten Kräfte vollständig von der Tellerfedersäule (36) aufgenommen werden können, ohne einen maximal zulässigen Verschiebeweg des Anschlags (16) zu überschreiten, der eine Defokussierung des Parabolrinnenkollektors zur Folge hätte. Ein weiterer entscheidender Vorteil von Tellerfedersäulen besteht in der bei Tellerfedern auftretenden Reibung, die der von außen aufgebrachten Kraft entgegenwirkt. Die Reibungskräfte treten als Hysterese in der Kraft-Wegekennlinie der Tellerfedersäule in Erscheinung. Die Reibungskräfte werden erzeugt durch

a) Reibung zwischen der die Kraft einleitenden Hülse (39) und den Einzeltellerfedern der Tellerfedersäule (36),
b) Reibung zwischen den sich berührenden Oberflächen der gleichsinnig ineinander liegenden Einzeltellerfedern der Tellerfedersäule (36) sowie
c) Reibung zwischen dem Abschnitt (38), der Stütze (10) und den Durchgängen (37) der Tellerfedersäule (36).

Die Reibung bewirkt zugleich, dass die Federung durch die Tellerfedersäule (36) gegen Schwingungen gedämpft ist. Diese Schwingungsdämpfung, die bei anderen Federformen durch einen gesonderten Schwingungsdämpfer erreicht werden muss, lässt sich daher in konstruktiv vorteilhafter und preiswerter Art und Weise durch Verwendung einer zumindest teilweise gleichsinnig geschichteten Tellerfedersäule in die Stütze (10) integrieren.
Die anhand von 7 näher erläuterte Stütze (10) kann auch unmittelbar mit dem Stützspant (9b) verbunden sein. Des Weiteren muss die Stütze nicht stabförmig sein. Entscheidend für die Ausführung der Stütze ist lediglich, dass die Kraftübertragungsmittel die Seitenkanten einer geraden Pyramide bilden, während die in der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche liegende Spitze von den an der Stütze zusammenlaufenden Kraftübertragungsmitteln gebildet wird. Des Weiteren ist die Stütze symmetrisch zu der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche sowie in Längsrichtung zu dem die Stütze tragenden Stützspant auszubilden, damit eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Stützspant gewährleistet ist.
8 verdeutlicht, dass durch dynamische Windkräfte Drehmomente erzeugt werden, die statisch abgeleitet werden müssen. Aus der in 9 dargestellten besonderen Art und Weise der Lagerung (3) des Parabolrinnenkollektors (1) an jedem Stützspant (9a, 9b, 9c) ergibt sich die Möglichkeit über die Länge des Parabolrinnenkollektors (1) an beliebig vielen Stellen einen Antrieb (44) zur Nachführung anzusetzen, der im einzelnen in den 10 und 11 dargestellt ist. An diesen Stellen werden die Windkräfte abgeleitet. Die Torsionsmomente sind proportional zur Länge der Abschnitte des Parabolrinnenkollektors (1) zwischen zwei mit Antrieben (44) versehenen Stützspanten (9a, 9b, 9c). Aus der Theorie der periodischen Windanregung und aus praktischen Windkanalversuchen ist bekannt, dass die untere Eigenfrequenz des Spiegels immer merklich größer sein muss als die Frequenz der Windanregung. Der erfindungsgemäße Spiegel ist vorzugsweise so ausgelegt, dass seine untere Eigenfrequenz mindestens doppelt so hoch ist, wie die Anregungsfrequenz von etwa zwei bis drei Hertz.
Die Darstellung unterschiedlicher Antriebskonzepte in den 10a bis c sowie den 11a bis d verzichten der Übersichtlichkeit halber auf die vollständige Darstellung des Parabolrinnenkollektors (1), der insbesondere unter Bezugnahme auf die 1 und 2 im Detail erläutert wurde. Abweichend zu der Darstellung in den 1 und 2 ist der Hilfsrahmen (28) nicht als Profil, sondern schematisch als Kreissegment mit kreisbogenförmiger Kontur (45) dargestellt.
Anhand von 10a in Verbindung mit 11a wird zunächst das Konzept eines Antriebs (44) mit einem Antriebsseil (46) erläutert. Das Antriebsseil (46) ist längs der bogenförmigen Kontur (45) des Hilfsrahmens (28), wie insbesondere aus 10a erkennbar, derart geführt, dass das Antriebsseil (46) den Hilfsrahmen (28) vollständig umschlingt. Die Enden der bogenförmigen Kontur (45) sind über eine grade verlaufende, eine Sekante (47) bildende Kontur miteinander verbunden. In der Mitte dieser Sekante (47) auf Höhe der Drehachsen (27a bis c) wird das Antriebsseil (46) beispielsweise mittels einer Klemmschraube (48) festgelegt.
Die beiden Enden des Antriebsseils (56) verlaufen in etwa fluchtend zueinander in entgegengesetzter Richtung und werden über an dem Unterbau (2) drehbar, jedoch ortsfest gelagerte Umlenkrollen (49) mit dem Antriebsseil (46) des jeweils benachbarten Antriebs (44) zu einem umlaufenden Seil (49) verbunden. Das umlaufende Seil (49) wird zum Nachführen des Parabolrinnenkollektors mit einem gemeinsamen Bewegungsantrieb (50) in die eine oder andere in 10a dargestellte Pfeilrichtung (51a, 51b) bewegt. Nach Erreichen einer gewünschten Drehlage des Parabolrinnenkollektors arretiert der Bewegungsantrieb (50), so dass die arretierten Antriebsseile (46) der Antriebe (44) in den Stützspanten auftretende, durch Windkräfte hervorgerufene Drehmomente aufnehmen können.
Der Antrieb (44) nach 11b entspricht hinsichtlich der Führung des Antriebsseils (46) dem Antrieb (44) nach 11a, so dass zur Erläuterung auf die dortigen Ausführungen sowie die Darstellung in 10a Bezug genommen wird. Unterschiede ergeben sich insoweit, dass die Antriebsseile (46) benachbarter Antriebe (44) nicht miteinander verbunden sind. Vielmehr werden die beiden Enden des Antriebsseils (46) an einem Kopplungselement (52) mit einer Spindelmutter befestigt, die die drehende Bewegung einer Spindel (53) in eine translatorische Bewegung des Kopplungselementes (52) wandelt. In Folge der translatorischen Bewegung werden die Enden des Antriebsseils (46) in Pfeilrichtung (51a, b) hin- und herbewegt, so dass durch Verdrehen der Spindel (53) unterschiedliche Drehlagen des Parabolrinnenkollektors eingestellt werden können. Die Arretierung des Antriebs (44) in der jeweiligen Drehlage erfolgt durch die Selbsthemmung der Spindel (53). Am stirnseitigen Ende der Spindel (53) ist ein Schneckenrad (54) drehfest angeordnet, dass mit einer Schnecke (55) auf einer Welle (56) kämmt. Die benachbarten Antriebe (44) sind sämtlich übereinstimmend aufgebaut. Die Schnecken (55) der benachbarten Antriebe (44) sind auf derselben Welle (56) angeordnet, so dass nur ein Bewegungsantrieb (50) erforderlich ist, um eine synchrone Drehung des Parabolrinnenkollektors mit den drei an den Stützspanten (9a bis c) angreifenden Antrieben (44) zu bewirken. Der lediglich schematisch dargestellte Bewegungsantrieb (50) umfasst einen Motor und ein auf die Welle (56) wirkendes Untersetzungsgetriebe.
11c zeigt in Verbindung mit 10b einen Antrieb (44), bei dem längs der kreisbogenförmigen Kontur (45) des Hilfsrahmens (28) eine Verzahnung (57) angeordnet ist. Die Verzahnung (57) kämmt mit einer Schnecke (58), die auf einem Rundstab (59) angeordnet ist (vgl. 10b). An den Rundstäben (59) sämtlicher übereinstimmend aufgebauter Antriebe (44) ist jeweils ein Schneckenrad (60) angeordnet, das wiederum mit einer Schnecke (61) kämmt, wobei die Schnecken (61) sämtliche Antriebe (44) auf einer gemeinsamen Welle (56) mit einem Bewegungsantrieb (50) angeordnet sind.
11d zeigt in Verbindung mit 10c einen Antrieb (44) mit einem Gelenkhebel (62). Der Gelenkhebel (62) weist eine in einer Führungskulisse (63) geführte Schubstange (64) auf, die mittels eines Gelenks (65) gelenkig mit einer Gewindestange (66) einer Spindel verbunden ist. Die der Gewindestange (66) zugeordnete Spindelmutter (67) ist ortsfest, jedoch drehbar am Unterbau (2) gelagert, so dass eine Verdrehung der Spindelmutter (67) eine Translation der Gewindestange (66) des Gelenkhebels (62) bewirkt. An der Spindelmutter (67) des Antriebs (44) ist drehfest ein Schneckenrad (68) befestigt, das mit einer Schnecke (69) kämmt. Die benachbarten Antriebe sind sämtlich übereinstimmend aufgebaut. Die Schnecken (69) sämtlicher benachbarter Antriebe (44) sind auf einer gemeinsamen Welle (56) mit einem gemeinsamen Bewegungsantrieb (50) zur synchronen Verdrehungen des Parabolrinnenkollektors an sämtlichen Stützspanten (9a, 9b, 9c) ausgeführt.
Es ist vorteilhaft, wenn nur eine Bewegungsantrieb (50) auf die Antriebe (44) der Nachführung wirkt, um eine synchrone Verdrehung der angetriebenen Spanten zu erreichen.
Die Antriebe (44) nach den 11a–d wirken sich unterschiedlich auf das Schwingungsverhalten des Parabolrinnenkollektors (1) unter dynamischer Windbelastung aus. Bei der Ausführung nach 11a bildet das Antriebseil (46) eine Feder, die die angetriebenen Stützspanten (9a–c) je nach Seillänge elastisch an den Unterbau (2) ankoppelt. Durch gezielte konstruktive Auslegung besteht die Möglichkeit, trotz der nach wie vor möglichen Schwingung des Parabolrinnenkollektors, einen kostengünstigen Kompromiss zwischen notwendiger Aussteifung und den Systemkosten zu erreichen.
Bei der Ausführung nach 11b sind Schwingungen stark reduziert, weil ein relativ kurzes Antriebsseil zum Einsatz gelangt.

Bei den Ausführungen nach den 11c und 11d verhindert die Selbsthemmung des Antriebs (44) eine Schwingung, weil der Wind die Selbsthemmung nicht überwinden kann. Bezugszeichenliste:

Nr.	Bezeichnung	Nr.	Bezeichnung
1	Parabolrinnenkollektor	40	Durchgang
2	Unterbau	41	Halterung
3a–d	Drehlagerungen	42	Nut
4	Tragkonstruktion	43	verdicktes Ende
5	Paneele	44	Antrieb
6	Spiegelfolie	45	Kontur
7	Absorber	46	Antriebsseil
8	Längsrichtung	47	Sekante
9a–c	Stützspanten	48	Klemmschraube
10	Stütze	49	umlaufendes Seil
11	Abstand	50	Bewegungsantrieb
12a–d	Drahtseile	51a–b	Pfeilrichtung
13a–d	Endbereiche	52	Kopplungselement
14a, b	längsseitige Ränder	53	Spindel
15a, b	stirnseitige Ränder	54	Schneckenrad
16	Anschlag	55	Schnecke
17	Federung	56	Welle
18	Halterung	57	Verzahnung
19a–d	Längsaussteifungen	58	Schnecke
20	V-Profil	59	Rundstab
21a–c	Beine	60	Schneckenrad
22	Querholm	61	Schnecke
23	Klemmschelle	62	Gelenkhebel
24	Tragelement	63	Führungskulisse
25	Wange	64	Schubstange
26a–c	Ansätze	65	Gelenk
27a–c	Drehachsen	66	Gewindestange
28	Profil (Antrieb)	67	Spindelmutter
29	Stehbolzen	68	Schneckenrad
30	Platte	69	Schnecke
31	Stützmutter
32	Lagerring
33	Spannringe
34	Kontermutter
35	Stützflansch
36	Tellerfedersäule
37	Durchgang
38	Abschnitt
39	Hülse

Claims

Parabolrinnenkollektor mit einer reflektierenden Oberfläche, die das Sonnenlicht auf einen in der Brennlinie verlaufenden Absorber bündelt, wobei die reflektierende Oberfläche auf mindestens einem Paneel mit einem parabolischen Querschnitt und einer in Längsrichtung des Parabolrinnenkollektors geradlinigen Ausdehnung angeordnet ist und an der konvexen Unterseite jedes Paneels eine Tragkonstruktion angeordnet ist, die gelenkig mit einem den Parabolrinnenkollektor tragenden Unterbau verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragkonstruktion (4) an der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors (1) angeordnete, sich quer zu dessen Längsrichtung (8) erstreckende Stützspanten (9a–c) aufweist, – dass an jedem Stützspant (9a–c) eine Drehlagerung (3) zur drehbeweglichen Anordnung des Parabolrinnenkollektors (1) um eine zu dessen Längsachse (8) parallele Drehachse (27a–c) angeordnet ist und – dass zur Drehung des Parabolrinnenkollektors (1) um dessen Drehachse (27a–c) mehrere miteinander synchronisierte Antriebe (44) zumindest an den in Längsrichtung äußeren Stützspanten (9a, c) angreifen.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das an jedem Stützspant (9a, b, c) ein Antrieb (44) angreift.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das sämtliche Antriebe (44) einen gemeinsamen Bewegungsantrieb (50) aufweisen.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (44) mindestens ein Antriebsseil (46) aufweisen.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (44) mindestens eine Spindel (53) aufweisen.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe mindestens ein Schneckengetriebe (54, 55) aufweisen.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mit einem Antrieb (44) verbundene Stützspant (9a, b, c) einen sich von der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors (1) nach unten erstreckenden Hilfsrahmen (28) mit einer bogenförmigen Kontur (45) aufweist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (45) kreisbogenförmig ist und die Enden des Kreisbogens quer zu Drehachse (27c) des Parabolrinnenkollektors (1) an dem Stützspant (9a, b, c) ansetzen.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antriebsseil (46) längs der bogenförmigen Kontur (45) des Hilfsrahmens (28) geführt ist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsseile (46) benachbarter Antriebe (44) miteinander zu einem umlaufenden Seil (49) mit einem gemeinsamen Bewegungsantrieb (50) für das derart gebildete umlaufende Seil (49) verbunden sind.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Antriebsseil (46) an einem Kopplungselement (52) mit einer Spindelmutter befestigt ist, die die drehende Bewegung einer Spindel (53) in eine translatorische Bewegung des Kopplungselementes (52) wandelt.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spindel (53) drehfest ein Schneckenrad (54) angeordnet ist, das mit einer Schnecke (55) kämmt.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecken (55) sämtlicher Antriebe (44) auf einer gemeinsamen Welle (56) angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass längs der bogenförmigen Kontur (45) des Hilfsrahmens (28) eine Verzahnung (57) angeordnet ist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (57) mit einer Schnecke (58) kämmt, die auf einem Rundstab (59) angeordnet ist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rundstäben (59) sämtlicher Antriebe (44) jeweils drehfest ein Schneckenrad (60) angeordnet ist, das mit einer Schnecke (61) kämmt, wobei die Schnecken (61) sämtlicher Antriebe (44) auf einer gemeinsamen Welle (56) angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Gelenkhebel (62) umfasst.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkhebel (62) eine in einer Führungskulisse (63) geführte Schubstange (64) aufweist, die gelenkig mit einer Gewindestange (66) einer Spindel verbunden ist, die Führungskulisse (63) drehfest mit dem Stützspant (9a, b, c) verbunden ist, die der Gewindestange (66) zugeordnete Spindelmutter (67) ortsfest, jedoch drehbar gelagert ist, so dass eine Verdrehung der Spindelmutter (67) eine Translation der Gewindestange (66) des Gelenkhebels (62) bewirkt.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass an den Spindelmuttern (67) sämtlicher Antriebe (44) jeweils drehfest ein Schneckenrad (68) angeordnet ist, das mit einer Schnecke (69) kämmt, wobei die Schnecken (69) sämtlicher Antriebe (44) auf einer gemeinsamen Welle (56) angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragkonstruktion (4) mindestens drei Stützspanten (9a–c) aufweist, wobei ausgehend von den stirnseitigen Stützspanten (9a, 9c) an jedem zweiten Stützspant (9b) eine sich nach oben erstreckende Stütze (10) angeordnet ist, – dass mindestens vier längliche Kraftübertragungsmittel (12a–d) an der Stütze angeordnet sind und – dass sich die Kraftübertragungsmittel (12a–d) zwischen der Stütze (10) und der Tragkonstruktion (4) erstrecken, wobei die Kraftübertragungsmittel (12a–d) die Seitenkanten einer geraden Pyramide bilden, deren in der Symmetrieebene der parabolisch geformten reflektierenden Oberfläche (6) liegende Spitze von den an der Stütze zusammenlaufenden Kraftübertragungsmitteln gebildet wird.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Grundfläche jeder durch die Kraftübertragungsmittel (12a–d) aufgespannten Pyramide parallel zu den längs- bzw. stirnseitigen Rändern (14a, 14b, 15a, 15b) des Parabolrinnenkollektors (1) verlaufen.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel (12a–d) Zugmittel oder Stäbe sind.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den stirnseitigen Stützspanten (9a, 9c) an jedem zweiten Stützspant (9b) eine an der konvexen Unterseite des Parabolrinnenkollektors angeordnete Halterung (9b) für die sich nach oben erstreckende Stütze (10) angeordnet ist und im Abstand (11) zu der Befestigung der Stütze (10) an der Halterung (9b) die Kraftübertragungsmittel (12a–d) an der Stütze angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kraftübertragungsmittel (12a–d) zwischen jeder Stütze (10) und den äußeren Endbereichen (13a–d) der benachbarten Stützspanten (9a, 9c) erstrecken.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere stabförmige Stütze (10) unterhalb eines Anschlags (16) für die Kraftübertragungsmittel (12a–d) eine in Richtung des Anschlags (16) wirksame Federung (17) aufweist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Federung (17) ein Schwingungsdämpfer zugeordnet ist.
Parabolrinnenkollektor nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Federung mindestens eine Tellerfeder umfasst.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere stabförmige Stütze (10) zugleich als Halterung (18) für den Absorber ausgestaltet ist.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Stützspant (9a–c) mehrere, die gewünschte Parabelform für jede Paneele (5) und die darauf angeordnete reflektierende Oberfläche (6) vorgebende Verbindungselemente angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche (6) lösbar mit jedem Paneel (5) des Parabolrinnenkollektors (1) verbunden ist.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche (6) Bestandteil einer auf jede Paneele (5) aufgebrachten Folie ist.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung (8) des Parabolrinnenkollektors (1) zwischen den Stützspanten (9a– c) Längsaussteifungen (19a–d, 20) angeordnet sind.
Parabolrinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die an jedem Stützspant (9a–c) angeordnete Drehlagerung (3a–d) an dem Unterbau (2) justierbar befestigt ist.