DE2755722A1 - Solar heating system mirror drive - has bowl shaped carrier rotated on spherical supports, or by liq. in tank - Google Patents

Solar heating system mirror drive - has bowl shaped carrier rotated on spherical supports, or by liq. in tank

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DE2755722A1 DE19772755722 DE2755722A DE2755722A1 DE 2755722 A1 DE2755722 A1 DE 2755722A1 DE 19772755722 DE19772755722 DE 19772755722 DE 2755722 A DE2755722 A DE 2755722A DE 2755722 A1 DE2755722 A1 DE 2755722A1
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Abstract

The solar heating system uses concave reflectors (11) supported inside a bowl-shaped housing (12) with a drive underneath so that it is constantly pointed towards the sun. The drive permits the bowl to be tilted by an eccentric rotary drive arm (18). The bowl is supported higher up by rollers so that its spherical outside surface is supported by further curved surfaces. These rollers are carried by a ring (15) around the outside, giving a support system in the manner of a ball bearing. In an alternative design, the bowl floats on top of fluid in a tank with rollers between the rim of the tank and the bowl. The bowl may also contain fluid to act as ballast.

Description

"Nachführanlage für Strahlungsfänger""Tracking system for radiation catchers"

Die Erfindung betrifft eine Nac}lführanlage für Strahlungsfanger insbesondere für Reflektoren und oder Kollektoren zur Sonnenenergiegewinnung.The invention relates in particular to a guide system for radiation catchers for reflectors and / or collectors for solar energy generation.

Bei der großmaßstäblichen Nutzung der Sonnenenergie, also z.B. für die Gewinnung von Elektrizität durch das in einem Zentral empfänger verdampfte Flüssigkeitsmedium, liegt infolge der großenNInstrahlungsflächen der größte technische Aufwand in den Nachführanlagen der ReflektorenfläcehXn, die etwa 50' der gesamten baulichen Aufwendung/ausmachen. Die Durchsetzungsfähigkeit der Sonnenenergie ist also im entscheidenden Maße von einer Vereinfachung des technischen Aufwandes für die Nachführung abhängig. Die Problematik solcher Nachführanlagen liegt einerseits in der Notwendigkeit, diese 2-achsig nachzuführen, andererseits in den enormen Windbelastungen, die auf die Reflektorenflächen einwirken und auf die Getriebe übertragen, die durch Elektromotoren angetrieben werden. Die Getriebe und Motoren sind zur Nachführung jeder einzelnen Reflektorenfläche erforderlich und stellen damit einen hohen Aufwand auf der Anlage - und Wartungsseite dar.With the large-scale use of solar energy, e.g. for the generation of electricity through the liquid medium evaporated in a central receiver, Because of the large irradiation areas, the greatest technical effort lies in the Tracking systems of the reflector areas, which make up about 50 'of the total construction costs. The assertiveness of solar energy is therefore to a decisive extent a simplification of the technical effort for the tracking dependent. the The problem with such tracking systems is, on the one hand, the need for them 2-axis tracking, on the other hand in the enormous wind loads that affect the Reflecting surfaces act and transmitted to the gears, which are driven by electric motors are driven. The gears and motors are used to track each one Required reflector surface and thus represent a lot of effort on the system - and maintenance side.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein Nachführsystem zu entwickeln, das durch eine Reduktion und Vereinfachung der Antriebseinrichtungen zur Nachführung einen geringeren technischen Aufwand erfordert und gleichzeitig eine erhöhte Präzision in der Nachführung und Stabilität gegenüber Windbelastungen ermöglicht.The invention has therefore set itself the task of a tracking system to develop that by reducing and simplifying the drive systems requires less technical effort for tracking and at the same time increased precision in tracking and stability against wind loads enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlungsfänger auf oder in einem kugelförmigen Gebilde befestigt wird, das in alle Richtungen frei drehbar gelagert ist und dieses Gebilde aus einer Kugeloberfläche oder Teilabschnitten derselben erzeugt wird.This object is achieved according to the invention in that the radiation catcher is attached on or in a spherical structure that is free in all directions rotatable is stored and this structure consists of a spherical surface or sections of the same is produced.

Unter kugelförmigen Gebilde ist hier jedes Gebilde zu verstehen, dessen äußere Begrenzungsflächen sich zu einer Kugel ergänzen lassen. Der Vorteil eines solchen Gebildes ist die Auflagerung an verschiedenen Punkten des Kugelumfanges über ein Rollensystem auf einer kreisringförmigen Führungsschiene. Diese Art der Auflagerung macht das System gegen Wind- und Sturmbelastungen stabil.Spherical structures are to be understood here as any structure, its outer boundary surfaces can be supplemented to form a sphere. The advantage of one such a structure is the support at various points on the circumference of the sphere via a roller system on a circular guide rail. This kind of Support makes the system stable against wind and storm loads.

Der Nachführmechanismus des Reflektors besteht in einem Führungsstab, der im Südpol des kugelförmigen Gebildes mit diesem gelenkig verbunden ist. Der Führungsstab steht über ein Gelenk mit einer hydraulisch betriebenen teleskopartigen Stütze in Verbindung, die durch ein Aus- oder Zusammenfahren das kugelförmige Gebilde im Vertikalkreis dreht. Durch Drehung der teleskopartigen Stütze um eine vertikale Achse wird das kugelförmige Gebilde im Horizontalkreis gedreht.The tracking mechanism of the reflector consists of a guide rod, which is articulated with this in the south pole of the spherical structure. Of the Guide rod stands over a joint with a hydraulically operated telescopic Support in connection, which by extending or contracting the spherical structure rotates in a vertical circle. By rotating the telescopic support around a vertical one Axis, the spherical structure is rotated in the horizontal circle.

Durch diese einfache Art der Nachführung werden einzelne Antriebsmaschinen und aufwendige Getriebe entbehrlich.This simple type of tracking makes individual drive machines and elaborate gears can be dispensed with.

Ein großes Feld von Nachführanlagen kann mit einer einzigen Hydraulikpumpe und durch einen einzigen Kettenantrieb zur Nachführung veranlaßt und in Bezug auf einen Zentralempfänger ausgerichtet werden.A large field of trackers can be operated with a single hydraulic pump and caused by a single chain drive for tracking and in relation to a central receiver.

Bei einer Einzelaufstellung der Nachführanlage oder bei einer sehr großen und schweren Ausführung des kugelförmigen Gebildes wird auf die Steuerung mit Hilfe des Führungsstabes verzichtet. Die kreisringförmige Führungsschiene und ein Teil des vertikalen Durchmessers wird mit einer Schnecke versehen irnd mindestens ein Rollensystem wird als Schneckenantrieb ausgerüstet.With a stand-alone installation of the tracking system or with a very large and heavy execution of the spherical structure is on the controller waived with the help of the management staff. The circular one Guide rail and part of the vertical diameter is screwed at least a roller system is equipped as a worm drive.

Die Lagerung und Drehung des kugelförmigen Gebildes läßt sich weiter dadurch vereinfachen, daß dieses in einem Flüssigkeitsmedium gelagert wird. Die Führung erfolgt in der Art eines Kugellagers durch schwimmende Kugeln, die beispielsweise in einem Käfig ortsfest und drehbar angeordnet sind.The storage and rotation of the spherical structure can continue simplify by storing it in a liquid medium. the Guidance takes place in the manner of a ball bearing by floating balls, for example are arranged stationary and rotatable in a cage.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Nachführanlage werden aus den Figurenerläuterungen ersichtlich.Further advantages of the tracking system according to the invention are derived from the Explanations of the figures can be seen.

Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Nachführanlage Fig. 2 einen Schnitt durch das Rollensystem auf dem das kugelförmige Gebilde aufgelagert ist Fig. 3 einen Schnitt durch eine schwimmende Nachführanlage Fig. 4 die Anordnung mehrerer Nachführanlagen um einen Zentralempfänger Fig. 1 stellt eine typische Nachführanlage im Schnitt dar, die Reflektorenfläche 11 wird durch ein kugelförmiges Gebilde 12 gehalten, welches sich aus kreisringförmigen oder Teilabschnitten von kreisringförmig gebogenen Flächen l3 zusammensetzt. Dieses wird durch ein Rollensystem 14 auf einer kreisIingförmigen Führungsschiene 15 im Horizontalkreis gedreht. Die kreisringförmige Führungsschine 15 wird durch Stützen 16 getragen. Im Südpol des kugelförmigen Gebildes greift über eine Gelenkverbindung 17 ein Führungsstab 18 an. Dieser wird über eine weitere Gelenkverbindung 19 durch eine teleskopartige Stütze 20 zur Bewegung veranlaßt. Die teleskopartige Stütze 20 ist mit einem Zahnrad 21 versehen, durch welches die teleshopartige Stütze 20 durch einen Kettenzug zur Drehung um ihre vertikale Achse 22 gezwungen wird.They show: FIG. 1 a section through a tracking system. FIG. 2 a Section through the roller system on which the spherical structure is supported 3 shows a section through a floating tracking system. FIG. 4 shows the arrangement several tracking systems around a central receiver Fig. 1 shows a typical tracking system in section, the reflector surface 11 is formed by a spherical structure 12 held, which is made up of circular ring-shaped or sections of circular ring-shaped curved Composed areas l3. This is done by a roller system 14 on a circular Guide rail 15 rotated in the horizontal circle. The circular guide rail 15 is supported by supports 16. In the south pole of the spherical structure overlaps an articulated connection 17 to a guide rod 18. This is via another articulated connection 19 caused by a telescopic support 20 to move. The telescopic Support 20 is provided with a gear 21 through which the teleshop-like support 20 is forced to rotate about its vertical axis 22 by a chain hoist.

Das Aus- und Einfahren der teleskopartigen Stütze 20 erfolgt hydl lisch über eine hier nicht gezeigte Hydrul ikpumpe.The extension and retraction of the telescopic support 20 takes place hydl lisch via a hydraulic pump, not shown here.

Fig. 2 zeigt das Rollensystem 14 im Detail. Dieses besteht aus zwei um 900 versetzten Rollen 23 und 23a, wobei eine auf der Fiihrungsschiene 15, die andere auf dem kreisringförmigen Gebilde aufsitzt. Um das kugelförmige Gebilde mit der Reflektorenfläche bei starkem Windangriff geGen abheben zu sichern, wird jede Rolle 23 und 23a mit einer Konterrolle 24 und 24a versehen, die jeweils auf der entgegengesetzten Seite der Rolle 23 und 23a angreift.Fig. 2 shows the roller system 14 in detail. This consists of two by 900 offset rollers 23 and 23a, with one on the guide rail 15, the others sit on the circular structure. To the spherical structure with securing the reflector surface against take off in the event of a strong wind attack is every Roller 23 and 23a provided with a counter roller 24 and 24a, each on the opposite side of the roller 23 and 23a engages.

Fig. 3 zeigt den Schnitt durch eine schwimmende Nachführanlage. nas Führungsprinzip, welches das kugelförmige Gebilde 12 zur Drehung veranlaßt, ist im wesentlichen das Gleiche. Unterschiedlich ist die Ausbildung und Auflagerung dieses kugelförmigen Gebildes 12.Fig. 3 shows the section through a floating tracking system. nas Guide principle, which causes the spherical structure 12 to rotate, is essentially the same. The training and support are different this spherical structure 12.

Dieses besteht aus einer geschlossenen, wasserdichten Mantelfläche eines Kugelabschnittes 25 und wird durch schwimmende Kugel 26 in einer kreisringförmigen Führungsschiene geführt. Der kugelförmige Schwimmkörper 25 wird im J;in- bzw. Ausstrahlungsbereieh sinnvollerweise mit einer Klarsichtabdeckung 27 versehen. Das Regenwasser läuft dadurch an der Kugel in das Auftriebsmedium 28 ab. Die Auftriebewanne 29 ist mit einem Uberlauf 30 versehen, damit die Kugel 12 eine präzise Höhenlage beibehält. Um den Schwerpunkt des kugelförmigen Gebildes am tiefsten Punkt der Kugel zu halten, wird an dieser Stelle ein Schwergewicht 31 vorgesehen. Dieses besteht z. B. aus einer Plüssigkeit. Die Auftriebswanne 29 dient gleichzeitig als Schwergewicht für die gesamte Anlage und sichert diese gegen horizontalen Winddruck und macht damit eine Verankerung entbehrlich.This consists of a closed, watertight outer surface a spherical section 25 and is through floating ball 26 in guided by a circular guide rail. The spherical float 25 is sensibly covered with a transparent cover in the J; in- or radiation area 27 provided. As a result, the rainwater runs on the ball into the buoyancy medium 28 away. The buoyancy trough 29 is provided with an overflow 30 so that the ball 12 maintains a precise altitude. Around the center of gravity of the spherical structure Holding at the lowest point of the ball becomes a heavyweight 31 at this point intended. This consists z. B. from a liquid. The buoyancy trough 29 is used at the same time as a heavyweight for the entire system and secures it against horizontal Wind pressure, making anchoring unnecessary.

Es können auch mehrere schwimmende kugelförmige Gebilde durch ihre Führungsringe vereint in einem großen Auftriebsbecken angeordnet werden. Sofern die Anlage zur Sonnenenergiegewinnung zum Antrieb von Wärmekraftmaschinen eingesetzt wird, dient das Auftriebsmedium gleichzeitig als Kühlwasser.There can also be several floating spherical structures through their Guide rings can be combined in a large buoyancy basin. Provided the system used to generate solar energy to drive heat engines the buoyancy medium also serves as cooling water.

Fig. 4 zeigt eine Großanlage zur Sonnenenergiegewinnung mit einer Vielzahl von Nachführanlagen und einen Zentralempfänger 33. Diese werden über einen Kettenzug 32, der die verschiedenen teleskopartigen Stützen miteinander verbindet zur gemeinsamen Drehung gezwungen. An einem zentralen Ort ist eine Hydraulikpumpe angeordnet, die åie verschiedenen teleskopartigen Stützen bedient. Es ist selbstverstandlich, daß auch eine andere Antriebsart und -technik zur Drehung und vertikalen Verschiebung des Pührungsstabes zur Anwendung kommen kann.Fig. 4 shows a large-scale system for solar energy generation with a Variety of tracking systems and a central receiver 33. These are a Chain hoist 32 which connects the various telescopic supports with one another forced to rotate together. There is a hydraulic pump in a central location arranged, which operates åie different telescopic supports. It goes without saying that also a different type of drive and technology for rotation and vertical displacement the Pührungsstab can be used.

Claims (17)

PATENTANSPRUCIIE 4. Nachführanlage für Strahlungsfänger insbesondere für Reflektoren und oder Kollektoren zur Sonnenenergiegewinnung dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfänger (11) auf oder in einem kugelförmigen Gebilde (12) befestigt wird, das in alle Richtungen frei drehbar gelagert ist und dieses Gebilde aus einer Kugeloberfläche oder Teilabschnitten derselben erzeugt wird.PATENT CLAIMS 4. Tracking system for radiation catchers in particular for reflectors and / or collectors for solar energy production characterized by that the radiation catcher (11) is attached to or in a spherical structure (12) is, which is freely rotatable in all directions and this structure from a Spherical surface or sections thereof is generated. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gebilde (12) durch eine kreisringförmige Führungsschiene (15) bei Drehung in ortsfester Lage gehalten wird. (Fig.l) 2. Plant according to claim 1, characterized in that this structure (12) by an annular guide rail (15) when rotating in a stationary position Location is held. (Fig.l) 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung dieses Gebildes in einem Flüssigkeitsmedium (28) erfolgt. (Fig. 3) 3. Plant according to claim 1, characterized in that this structure is stored in a liquid medium (28). (Fig. 3) 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Gebilde (12) durch ein Schwergewicht in das Flüssigkeitsmedium (28) gedrückt wird. (Fig. 3) 4. Plant according to claim 3, characterized in that the spherical structure (12) is pressed into the liquid medium (28) by a heavy weight. (Fig. 3) 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwergewicht (31) ein Flüssigkeitsmedium ist.5. Plant according to claim 4, characterized in that the heavyweight (31) is a liquid medium. 6. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Gebilde (12) in der Art eines Kugellagers zentrisch geführt wird.6. Plant according to claims 1 and 3, characterized in that the spherical structure (12) is guided centrally in the manner of a ball bearing. 7. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des kugelförmigen Gebildes in einem Rollensystem (14) erfolgt, das diesem ermöglicht, im Vertikalkreis und im Horizontalkreis gleichzeitig zu drehen.7. Plant according to claims 1 and 2, characterized in that the storage of the spherical structure takes place in a roller system (14) which enables this to rotate in the vertical circle and in the horizontal circle at the same time. 8. Anlage nach den Ansprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollensystem aus zwei um 90° versetzten Rollen (23) besteht, wobei eine Rolle auf der kreisringförmigen Führungsschiene im Horizontalkreis dreht, die andere Rolle das Auflager für das kugelförmige Gebilde bietet, das sich auf diesen Rollen im Vertikalkreis dreht.8. Plant according to claims 1, 2 and 7, characterized in that that the roller system consists of two rollers (23) offset by 90 °, one being The roller on the circular guide rail rotates in a horizontal circle, the other Roller provides support for the spherical structure that is located on these rollers rotates in a vertical circle. (Fig. 2) 9. Anlage nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Gebilde (12) durch einen Führungsstab (18) zur Drehung veranlaßt wird, der über eine gelenkige Verbindung (17) angreift. (Fig. 2) 9. Plant according to several of the preceding claims characterized in that the spherical structure (12) is supported by a guide rod (18) is caused to rotate, which engages via an articulated connection (17). 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt in Südpol des kugelförmigen Gebildes bei horizontaler Lage des Strahlungsfängers (11) gelegen ist.10. Plant according to claim 9, characterized in that the point of attack in the south pole of the spherical structure with the radiation collector in a horizontal position (11) is located. 11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Führungsstab (18) eine abknickbare Verlängerung einer teleskopartigen Stütze (20) ist, und diese teleskopartige Stütze (20) so angeordnet ist, daß ihre verlängerte mittlere Achse (22) durch den geometrischen Mittelpunkt des kugelförmigen Gebildes verläuft.11. Plant according to claim 10, characterized in that this guide rod (18) is a kinkable extension of a telescopic support (20), and this telescopic support (20) is arranged so that its elongated central axis (22) runs through the geometric center of the spherical structure. 12. Anlage nach Anspruch 10, dadurchgekennzeichnet, daß die teleskopartige Stütze (20) um ihre Mittelachse (22) drehbar gelagert ist und durch Drehung um ihre Mittelachse (22) über den abknickbaren Führungsstab (18) das kugelförmige Gebilde (12) in der Horizontalen dreht.12. Plant according to claim 10, characterized in that the telescopic Support (20) is rotatably mounted about its central axis (22) and by rotation about its Central axis (22) over the foldable guide rod (18) the spherical structure (12) rotates horizontally. 13. Anlage nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nachführanlagen in der Gruppe gesteuert werden.13. Plant according to several of the preceding claims, characterized in that that several tracking systems are controlled in the group. 14. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus- und Einfahren der teleskopartigen Stützen (20) hydraulisch erfolgt.14. Plant according to claim 11, characterized in that the output and retraction of the telescopic supports (20) takes place hydraulically. 15. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des kugelförmigen Gebildes im Horizontal- und Vertikalkreis durch einen Antrieb des Rollensystems (14) erfolgt.15. Plant according to claim 8, characterized in that the rotation of the spherical structure in the horizontal and vertical circle by a drive of the roller system (14) takes place. 16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Führungsring (15) sowie ein Teilabschnitt eines vertikalen Durchmessers (13) des kugelförmigen Gebildes (12) mit je einer Schnecke versehen sind und das Rollensystem (14) als Schneckenantrieb ausgebildet ist.16. Plant according to claim 15, characterized in that the annular Guide ring (15) and a section of a vertical diameter (13) of the spherical structure (12) are each provided with a screw and the roller system (14) is designed as a worm drive. 17. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftriebsmedium als Kühlflüssigkeit verwendet wird.17. Plant according to claim 3, characterized in that the buoyancy medium is used as a coolant.
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