DE102010054791A1 - Adjusting unit for adjusting displacement of azimuth alignment and elevation of functional module such as photovoltaic module, according to sun, has engine control unit and adjusting motor arranged as a single structural unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Nachführeinheit zur Ausrichtung eines Funktionsmoduls einer Photovoltaikanlage. Die erfindungsgemäße Nachführeinheit kann bei CPV Anlagen, d. h. konzentrierenden Flachkollektoren, bei Heliostaten für Turmkraftwerke bei Parabolspiegelanlagen oder bei Parabolrinnenkraftwerken zum Einsatz kommen.The present invention relates to a tracking unit for aligning a functional module of a photovoltaic system. The tracking unit according to the invention can be used in CPV systems, i. H. concentrating flat-plate collectors, are used in heliostats for tower power plants in parabolic mirror systems or parabolic trough power plants.
Solche Nachführeinheiten verfügen üblicherweise über Solargeneratoren, die das einfallende Sonnenlicht in Gleichstrom wandeln, einen Umrichter oder Wechselrichter, der diesen gegebenenfalls in Wechselstrom umwandelt, ein, auch mehrteiliges Tragegestell, auf das der Generator montiert ist und welches beweglich ausgeführt ist, mindestens einen, getriebebehafteten oder getriebelosen Motor, zur Ausrichtung und Nachführung des Generators zur Sonne, mindestens eine Anschaltvorrichtung, wie beispielsweise einen Frequenzumrichter oder ein Regelgerät für DC-Motoren zur Ansteuerung des mindestens einen Motors, sowie einer, in Hardware und/oder Software ausgeführten Nachführansteuerung, sowie eventuell vorhandenen Sensoren zur Erfassung des Sonnenstandes und vorhandener Umweltzustände.Such tracking units usually have solar generators that convert the incident sunlight into direct current, a converter or inverter that converts it to alternating current, a multi-part support frame on which the generator is mounted and which is designed to be movable, at least one, geared or Gearless motor, for aligning and tracking the generator to the sun, at least one start-up device, such as a frequency converter or a controller for DC motors for controlling the at least one motor, as well as executed in hardware and / or software Nachführansteuerung, and possibly existing sensors for recording the position of the sun and existing environmental conditions.
Einrichtungen die dieser Beschreibung genügen sind hinreichend bekannt (siehe z. B.
Zur Erfüllung der Hauptaufgabe eines Tracker, nämlich der Erzeugung elektrischer Energie dienen die Komponenten Solargenerator und Umrichter, die die Sonnenenergie in eine Gleichspannung umwandeln und für eine Speicherung oder eine Netzeinspeisung aufbereiten.To perform the main task of a tracker, namely the generation of electrical energy, the components are solar generator and inverter, which convert the solar energy into a DC voltage and prepare for storage or a grid feed.
Die Funktion der Komponenten Tragegestell, Motor(en), Motoransteuerung(en), Sensorik, Nachführsteuerung liegt darin, den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen und einen optimalen Betrieb zu gewährleisten. Sie können damit quasi als Supportkomponenten bezeichnet werden.The function of the components carrying frame, motor (s), motor control (s), sensors, tracking control is to increase the efficiency of the system and to ensure optimum operation. They can be referred to as support components.
Bekanntermaßen birgt jede verbaute Komponente ein Ausfall- und somit ein Betriebsrisiko in sich. Aus dem Grund gilt es, die Zahl der Komponenten so gering wie möglich auszuführen.As is known, every built-in component carries a failure and thus an operational risk. For this reason, the number of components must be kept as low as possible.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, Energieerzeugungskomponenten und Supportkomponenten möglichst kostengünstig und zuverlässig bereit zu stellen, uns insbesondere einen hohen Integrationsgrad zu erreichen.The object of the invention is to provide energy generation components and support components as cost-effectively and reliably as possible, in particular to achieve a high degree of integration.
Diese Aufgabe wird durch eine Nachführeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a tracking unit with the features of claim 1.
Erreicht wird eine vereinfachte Anlagenstruktur einer Solaranlage in der die elektrischen Komponenten der Nachführung in einer baulichen Einheit zusammen gefasst sind. Die geringere Anzahl an Einzelkomponenten und die geringere Anzahl an elektrischen Steckverbindungen reduziert das Ausfallrisiko. Zudem wird weniger Bauraum an der Solaranlage für die Komponenten der Nachführung benötigt. Insgesamt fällt der Aufwand für eine Verkabelung innerhalb der Nachführkomponenten geringer aus.What is achieved is a simplified system structure of a solar system in which the electrical components of tracking in a structural unit are summarized. The smaller number of individual components and the smaller number of electrical connectors reduce the risk of failure. In addition, less space is required on the solar system for the components of the tracking. Overall, the cost of wiring within the tracking components is lower.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Zur Aufrechterhaltung der Eigenständigkeit und der Flexibilität bei den beiden Hauptfunktionsgruppen bleiben Energieerzeugungskomponenten und Supportkomponenten demnach baulich getrennt. Dadurch ist es möglich eine optimale Paarung innerhalb der Energieerzeugungsgruppe mit einer optimalen Konstellation aus Supportkomponenten zu kombinieren.In order to maintain the autonomy and flexibility of the two main functional groups, energy generation components and support components therefore remain structurally separate. This makes it possible to combine optimal pairing within the power generation group with an optimal constellation of support components.
Vorzugsweise wird die beschriebene Integration an industriellen Antrieben durchgeführt, welche auch große Funktionsmodule (Spiegel, Solarpaneele) sicher verstellen können. Diese weisen als Verstellmotor einen Servomotor, einen Asynchronmotor, einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, einen Synchronmotor oder einen Reluktanzmotor auf. Passend zum Verstellmotor wird der Typ des Motorsteuergerätes gewählt. Diese besitzen üblicherweise eine Ausgangsstufe mit Leistungshalbleitern, durch die dem Verstellmotor ein Antriebsstrom zugeführt ist.Preferably, the described integration is carried out on industrial drives, which can also safely adjust large functional modules (mirrors, solar panels). These have as servomotor a servo motor, an asynchronous motor, an electronically commutated DC motor, a synchronous motor or a reluctance motor. The type of engine control unit is selected to match the adjusting motor. These usually have an output stage with power semiconductors, through which the adjusting motor, a drive current is supplied.
Besonders kompakte Nachführeinheiten erzielt man, wenn der Verstellmotor, das Motorsteuergerät und das Nachführsteuermittel in einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.Particularly compact tracking units are achieved when the variable displacement motor, the engine control unit and the Nachführsteuermittel are combined in a structural unit.
Eine Ausrüstung auch eines einfachen Motorsteuergeräts mit einer Nachführeinheit wird erleichtert, wenn das Nachführsteuermittel als Elektronikmodul ausgebildet ist, welches an dem Motor oder dem Motorsteuergerät befestigt ist, wobei das Elektronikmodul insbesondere als Einsteckmodul ausgebildet ist, welches in einen dafür vorgesehenen Steckplatz des Motorsteuergerät eingesetzt ist.Equipment also a simple engine control unit with a tracking unit is facilitated if the Nachführsteuermittel is designed as an electronic module which is attached to the engine or the engine control unit, wherein the electronic module is in particular designed as plug-in module, which is inserted into a slot provided for this purpose, the engine control unit.
Wenn das Motorsteuergerät einen Mikrokontroller aufweist, kann diese Hardware für die Implementierung des Nachführsteuermittels als Softwaremodul genutzt werden. If the engine control unit has a microcontroller, this hardware can be used for the implementation of the tracking control means as a software module.
Vorzugsweise ist am Nachführsteuermittel ein Eingang für einen Sensor, welcher eine Einstrahlrichtung der Sonne ermittelt, vorhanden, wobei insbesondere der Sensor an der baulichen Einheit befestigt ist.Preferably, an input for a sensor, which detects a direction of incidence of the sun, is present at the tracking control means, wherein in particular the sensor is fastened to the structural unit.
Vorzugsweise wird für den Sensoreingang ein analoger oder ein digitaler Eingang des Motorsteuergeräts genutzt:
Verzugsweise besitzt das Nachführsteuermittel ein Datums-/Zeitmodul, welches eine Zeit und eine Datumsangabe bereitstellt, und es ist dazu eingerichtet, auf extern oder intern gespeicherte astronomische Daten bezüglich einer Einstrahlrichtung der Sonne zuzugreifen.Preferably, an analog or a digital input of the engine control unit is used for the sensor input:
Preferably, the tracking control means has a date / time module which provides a time and a date, and is adapted to access externally or internally stored astronomical data relating to a sun's direction of irradiation.
Vorzugsweise besitzt das Nachführsteuermittel eine GPS Empfangseinrichtung, und ist insbesondere dazu eingerichtet, aus den GPS Daten Zeitinformationen, Datumsinformationen, den eigenen Standort, oder eine Einstrahlrichtung der Sonne abzuleiten. Die dafür erforderlichen Berechnungen können z. B. vom Mirkokontroller des Motorsteuergeräts durchgeführt werden.Preferably, the tracking control means has a GPS receiving device, and is in particular configured to derive from the GPS data time information, date information, the own location, or an irradiation direction of the sun. The necessary calculations can z. B. be performed by the Mirko controller of the engine control unit.
Vorzugsweise ist das Motorsteuergerät dazu eingerichtet, einen weiteren Verstellmotor unabhängig vom vorgenannten Verstellmotor anzusteuern. Damit kann eine einzelne bauliche Einheit, nämlich das Motorsteuergerät mit Nachführsteuermittel, einen Azimutantrieb und einen Elevationsantrieb ansteuern.Preferably, the engine control unit is adapted to control a further adjusting motor independently of the aforementioned adjusting motor. Thus, a single structural unit, namely the engine control unit with tracking control, an azimuth drive and an elevation drive to control.
Vorzugsweise ist das Nachführsteuermittel dazu eingerichtet, ein weiteres Motorsteuergerät, insbesondere eine bauliche Einheit aus einem weiteren Motorsteuergerät und einem weiteren Verstellmotor anzusteuern. Dies reduziert den Aufwand an dezentral vorzusehenden Nachführsteuermitteln.Preferably, the tracking control means is adapted to control a further engine control unit, in particular a structural unit of a further engine control unit and a further adjusting motor. This reduces the expense of decentralized tracking control means to be provided.
Vorzugsweise umfasst das Motorsteuergerät einen Positionsregler zur Regelung einer Stellposition des Verstellmotors, wobei insbesondere ein Winkelgeber am Verstellmotor vorgesehen ist. Damit lässt sich eine hoch präzise Nachführung des Funktionsmoduls erzielen.Preferably, the engine control unit comprises a position controller for controlling a parking position of the adjusting motor, wherein in particular an angle sensor is provided on the adjusting motor. This makes it possible to achieve a highly precise tracking of the functional module.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung näher beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Zur Reduzierung von Komponenten werden zumindest die Motoransteuerung und die Nachführlogik in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst. Dabei kann dieses Gehäuse sogar wiederum gemeinsam mit einem Motor zusammenfallen, muss es aber nicht. Im folgenden Text soll diese Einheit als Zentralregler bezeichnet werden.To reduce components, at least the motor drive and the tracking logic are combined in a common housing. In this case, this housing can even coincide with a motor, but it does not have to. In the following text, this unit will be referred to as the central controller.
Die Nachführlogik kann dabei aus einer eigenen Hardware und eigener Software bestehen, sie kann alternativ aber auch nur aus einer speziellen Software, die auf einer im Motoransteuergerät vorhandenen Hardware (z. B. ein Mirkokontroller) ablaufen kann, bestehen.The tracking logic can consist of its own hardware and its own software, but it can alternatively only consist of special software that can run on a hardware present in the motor driver (eg a microcontroller).
Die gesamte Sensorik, wie Sonnenstandssensoren, Solargeneratorüberwachung, Windsensoren und andere, sind direkt auf diese Zentralreglereinheit aufgeschaltet.The entire sensor system, such as sun position sensors, solar generator monitoring, wind sensors and others, are connected directly to this central control unit.
Das Signal eines oder mehrerer Sonnenstandssensoren kann dabei von einem Lichtsensor, Lagesensor oder einer elektronischen Baugruppe kommen und kann sowohl in analoger, digitaler oder einer protokollbasierten Form an den Zentralregler übertragen werden.The signal of one or more sun position sensors can come from a light sensor, position sensor or an electronic module and can be transmitted to the central controller in analog, digital or a protocol-based form.
Weiterhin ist es bei nachgeführten Photovoltaikanlagen denkbar, dass das entsprechende Signal von dem leistungselektronischem Gerät (z. B. Umrichter oder Wechselrichter), das die vom Solargenerator erzeugten Leistung entsprechend der Einspeisung anpasst, bereitgestellt wird.Furthermore, it is conceivable for tracking photovoltaic systems that the corresponding signal from the power electronic device (eg inverter or inverter), which adjusts the power generated by the solar generator according to the feed, is provided.
Aspekte der Erfindung sind des Weiteren:
Eine Nachführeinheit zur Energieerzeugung aus Solarstrahlung dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammenlegung von Motoransteuerung und Nachführlogik, bestehend aus Hardware und/oder Software zu einer Einheit, im folgenden Zentraleinheit genannt. Diese Einheit verfügt über ein gemeinsames Gehäuse und kann innerhalb diesem getrennte oder auch eine gemeinsame Hardware benutzen.Aspects of the invention are further:
A tracking unit for generating energy from solar radiation, characterized in that a combination of motor control and tracking logic, consisting of hardware and / or software to a unit, hereinafter referred to as central unit. This unit has a common housing and can use separate or even shared hardware within it.
Vorzugsweise sind mindestens ein Zentralregler und ein Motor, in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut.Preferably, at least one central controller and a motor are installed in a common housing.
Vorzugsweise ist es so, dass die Nachführlogik eine bereits in der Motoransteuerung enthaltene Hardware nutzt und nur als Softwarelösung zur Sonnennachführung und Trackerüberwachung realisiert ist.Preferably, it is the case that the tracking logic uses a hardware already contained in the motor drive and is realized only as a software solution for tracking the sun and monitoring the tracker.
Vorzugsweise wird die erforderliche Sensorik direkt über analoge, digitale oder protokoll-basierte Signale angebunden.Preferably, the required sensors are connected directly via analog, digital or protocol-based signals.
Vorzugsweise ist eine Kommunikationseinrichtung zu übergeordneten Steuer- und Betriebseinrichtungen vorhanden. Das können kabelgebundene, aber auch kabellose Verbindungen sein, über die je nach Anforderung eines der bekannten oder auch neu zu entwickelnde Protokolle abgewickelt werden können.Preferably, a communication device to higher-level control and operating devices is present. This can be wired, but also wireless connections, can be handled on the depending on the requirements of one of the known or newly developed protocols.
Vorzugsweise ist eine Datenverbindung in kabelloser oder kabelgebundener Form zum Umrichter verfügbar. Über diese können Informationen in digitaler, analoger oder auch protokollgebundener Form zwischen der Nachführlogik und dem Umrichter ausgetauscht werden. Preferably, a data link is available in wireless or wired form to the inverter. This information can be exchanged between the tracking logic and the inverter in digital, analog or protocol-based form.
Vorzugsweise sind zwei oder mehr Zentralregler oder reine Motorsteuergeräte über eine kabellose oder kabelgebundene Kommunikationseinrichtung miteinander verbunden, um untereinander Daten und Informationen auszutauschen, beispielsweise für einen MasterSlave-Betrieb. Die Kommunikation kann dabei auf Basis analoger, digitaler oder protokollbasierter Informationsübertragung erfolgen.Preferably, two or more central controllers or pure engine control units are connected to each other via a wireless or wired communication device to exchange data and information with each other, for example for a MasterSlave operation. The communication can take place on the basis of analog, digital or protocol-based information transmission.
Vorzugsweise ist die interne Datenstruktur derart ausgebildet ist, dass sie für ein mit ihr in Verbindung stehendes System, wie beispielsweise ein Programmiergerät, ein Visualisierungs- und Bediensystem, ein Protokolliergerät, eine übergeordnete Steuerung oder andere, verfügbar ist und somit ein einfacher und eindeutiger Datenaustausch möglich ist.Preferably, the internal data structure is designed such that it is available for a related system, such as a programming device, a visualization and control system, a logger, a higher-level controller or others, and thus a simple and clear data exchange possible is.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 10043525 A1 [0003] DE 10043525 A1 [0003]
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