WO2011131402A2 - Sensorvorrichtung und vorrichtung zur umwandlung von sonnenlicht in eine andere energieform - Google Patents

Sensorvorrichtung und vorrichtung zur umwandlung von sonnenlicht in eine andere energieform Download PDF

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WO2011131402A2
WO2011131402A2 PCT/EP2011/053099 EP2011053099W WO2011131402A2 WO 2011131402 A2 WO2011131402 A2 WO 2011131402A2 EP 2011053099 W EP2011053099 W EP 2011053099W WO 2011131402 A2 WO2011131402 A2 WO 2011131402A2
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mirror
energy
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Kai Heinrich
Florian Klein
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Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting the reflected sunlight of a plurality of movable mirrors of a device for converting sunlight into another form of energy, in which the mirrors are tracked by means of a tracking device so the sun, that these together the sunlight on a transducer device which the Sunlight into the other form of energy converts, reflect.
  • a sensor device is used for optimal alignment of the mirror on the converter device according to the current state of the sun in the sky (position of the sun).
  • the invention relates to a device for converting sunlight into another form of energy, with a plurality of movable mirrors, with a converter device and with a sensor device arranged between the mirrors and the converter device.
  • the mirrors are tracked to the position of the sun so that they reflect the sunlight together on the converter device, which converts the sunlight into the other form of energy.
  • the converter device converts the incident (or reflected) from the (sunlight) light, for example, into electrical energy or heat energy and can accordingly be designed, for example, as a fluid conduit system for heating the fluid or as a photovoltaic element for generating electrical power.
  • Such a sensor device and such a device for converting sunlight into another form of energy is known from DE 10 2008 008 403 A1.
  • the sensor device proposed here or the device proposed here for converting sunlight into another form of energy uses a linear photodiode array per mirror in order to align the orientation of the mirrors as precisely as possible with intensity distributions of the reflected sunlight to capture on the photodiode arrays.
  • the device thus requires a complicated evaluation of the intensity distributions.
  • a simple sensor device with only two photosensitive sensors for tracking a solar device, for example a mirror, according to the position of the sun is disclosed in DE 10 2006 010 419 A1.
  • This sensor device provides for a vertical alignment of the solar device to the light incident on the solar device, whereby this sensor device is not suitable for aligning a plurality of mirrors on a common focal point or a common transducer device.
  • a first object is therefore a sensor device for a device for converting sunlight into another form of energy, in which the mirrors are tracked by means of a tracking device so that they reflect the sunlight together on a transducer device, which is simple in construction and no elaborate sensor data evaluation needed.
  • Another object is to provide a device for converting sunlight into another form of energy, which also has these advantages.
  • the first object is achieved in that the sensor device for each of the mirrors has a first and a second sensor opening associated with this mirror and in each case a light-sensitive sensor recessed therein.
  • a depth in which the sensors are recessed in the sensor openings is greater than a height or a width of the sensor openings.
  • the inner walls of the sensor openings are preferably matt, in particular matt black, whereby light reflections within the sensor openings are significantly reduced and incident stray light can not or only to a slight extent penetrate to the photosensitive sensors.
  • At least one of the photosensitive sensors is designed in particular as a photodiode or CCD or CMOS sensor.
  • this photosensitive sensor is preferably designed as an infrared photodiode.
  • a one-part or multi-part sensor housing which has a convexly curved surface in which the sensor openings are arranged. This surface is preferably aligned in the direction of the mirror.
  • the sensor housing may be designed, for example, half-round, wherein the sensor openings are arranged in the rounding and aligned in the direction of the mirror, that is, the open sides of the sensor openings point in the direction of the respective mirror. The space required for the sensor device space requirement can be optimized thereby.
  • a one-piece or multi-part sensor housing which has a straight, that is not curved surface in which the sensor openings are arranged, whereby the sensor housing simple and inexpensive to produce.
  • the sensor housing can be designed in the shape of a bar or cuboid.
  • the sensor openings are designed in particular bore-like or slot-like, whereby the sensor openings are simple and inexpensive to produce, for example, by a machining of the sensor housing, in which the sensor openings are arranged.
  • the further object is achieved by a device for converting sunlight into another form of energy, with a plurality of movable mirrors, with a converter device and with the sensor device according to the invention described above.
  • the mirrors are tracked by means of a tracking device so that they reflect the sunlight together on the converter device, which converts the sunlight into the other form of energy.
  • the sensor device is arranged between the mirrors and the converter device, and the sensor openings associated with a mirror are oriented in the direction of this mirror such that the sunlight reflected by this mirror passes through these sensor openings onto the photosensitive sensors recessed therein.
  • the sensor openings are aligned with the mirrors such that sunlight reflected from the respective mirror only penetrates through both sensor openings to the photosensitive sensors when the mirror is optimally aligned with the converter device.
  • the two sensors are then irradiated with different intensities, or only one of the two sensors is directly irradiated by the reflected sunlight, and in poor alignment, neither of the two sensors is irradiated directly. If none of the sensors are irradiated directly, a search may be performed in which the mirror moves all or part of its trajectory until both sensors are again irradiated by the reflected sunlight. If the sensors are irradiated with different intensities , the respective mirror can be moved in the corresponding direction depending on which of the sensors is irradiated more intensively or less intensively until both sensors are irradiated again with the same intensity.
  • the search if none of the sensors is directly irradiated, is preferably carried out in dependence on the time of day and / or weather data, which excludes that the mirror unnecessary in the dark or in bad weather (heavy clouds, fog, rain, snow, etc. ) are moved.
  • the trajectory of the mirror during the search is preferably limited depending on the current time and optionally additionally depending on the current date, whereby only the part of the total possible trajectory is traversed, in which at this time is most likely the optimal orientation of the mirror.
  • the first of the sensor apertures associated with one of the mirrors is directed towards a first edge region of this mirror and the second of the sensor apertures associated with this mirror is directed toward a second edge region of this mirror, such that the sunlight reflected from the first edge region of the mirror passes through the first sensor opening onto the first photosensitive sensor recessed therein, and the sunlight reflected from the second edge region of the mirror passes through the second sensor opening onto the second photosensitive sensor recessed therein.
  • a longitudinal axis of the sensor opening extending between a light incidence opening of the sensor opening and the photosensitive sensor in each case extends through the edge region of the mirror assigned to this sensor opening.
  • the mirrors of the device for converting sunlight into another form of energy are tracked in particular by pivoting about substantially vertical pivot axes of the sun, so follow the sun's position by a pivoting movement between an east and west orientation (orientation in azimuth).
  • the mirrors are adjusted by pivoting.
  • ken are tracked to substantially horizontal pivot axes of the sun, so follow the sun's position by a pivoting movement between a horizontal and vertical orientation (orientation in elevation).
  • the sensor openings are then preferably slit-like with a substantially rectangular cross-section, wherein longer sides of the cross-sections extend parallel to the pivot axes of the mirror.
  • Fig. 1 is a two-dimensional view of a device for converting sunlight into another form of energy
  • Fig. 2 is a three-dimensional view of a device for the conversion of
  • the device shown in Fig. 1 for converting sunlight into another form of energy has three movable mirrors 1, 1 ', 1 ", each with a concave reflection surface, a sensor device 2, a transducer device 3 and a tracking device 4, wherein the sensor device 2 stationary with respect to the converter device 3.
  • Mirrors 1, 1 ', 1 ", sensor device 2 and converter device 3 extend perpendicularly beyond the plane of the drawing, the sensor device 2 having a smaller extent perpendicular to the plane of the drawing than the mirrors 1, 1', 1". and the converter device 3.
  • the sensor device 2 is thus arranged only in a small area in relation to the overall extent between the mirrors 1, 1 ', 1 "and the converter device 3.
  • the sensor device 2 is preferably arranged in the immediate vicinity of the converter device 3 or at least closer to the converter arrangement 3 than to the mirrors 1, 1 ', 1 "in order to minimize the space requirement of the sensor device 2.
  • the sensor device 2 preferably surrounds , or a sensor housing 2a of the sensor device 2, the transducer device 3, as shown, along a the converter device 3 extending circular or elliptical section.
  • the sensor housing 2a of the sensor device 2 has a first surface facing the transducer device 3 and a first curved surface facing the mirrors 1, 1 ', 1 "and a convexly curved second surface, in which sensor openings 2b, 2c, 2b', 2c ', 2b ", 2c" are arranged.
  • the reflection surfaces of the mirrors 1, 1 ', 1 "reflect the sunlight shining on the mirrors 1, 1', 1" from the sun 5 onto the sensor device 2 and onto the converter device 3, which transmits the light into another form of energy, for example electrical energy or heat energy, converts.
  • the mirrors 1, 1 ', 1 are aligned in the orientation shown to the transducer device 3 so that the sun 5 shown a maximum of reflected sunlight hits the transducer device 3.
  • the angle of incidence of sunlight on the mirror 1, 1 ', 1 changes, so they must be tracked to the sun, in order to continue to reflect a maximum of sunlight on the transducer device 3.
  • the tracking device 4 has on the mirrors 1, 1 ', 1 "arranged adjusting devices 4a, which track the mirrors 1, 1', 1" the sun's position by a pivoting movement about the perpendicular to the plane extending pivot axes 4b.
  • the pivot axes 4b can extend vertically or horizontally.
  • the tracking device 4 evaluates sensor signals of the sensor device 2 and, based thereon, carries out a reorientation or tracking of the mirrors 1, 1', 1" ,
  • the sensor housing 2a has for each mirror 1, 1 ', 1 "two slot-shaped sensor openings 2b, 2c, 2b', 2c ', 2b", 2c "in which each deepened a light-sensitive sensor 2d is arranged on the optimal orientation or the Misalignment of the respective mirror 1, 1 ', 1 "to the converter device 3 can be seen.
  • the sensor openings 2b, 2c, 2b ', 2c', 2b ", 2c” have rectangular cross sections; encryption Extensions of longitudinal axes of the sensor openings 2b, 2c, 2b ', 2c', 2b "meet at the center of the converter device 3.
  • the first sensor opening 2b is oriented in the direction of a first edge region 1a of the mirror 1 such that the sunlight reflected by this first edge region 1a passes through the first sensor aperture 2b on the photosensitive sensor 2d which is recessed therein with optimum alignment of the mirror 1
  • the second sensor opening 2c is oriented in the direction of a second edge region 1b of the mirror 1
  • the sunlight reflected by this second edge region 1a is at an optimal alignment of the mirror 1 to the sun 5 through this second sensor opening 2c recessed arranged photosensitive sensor 2d falls.
  • the longitudinal axes of the two sensor openings 2b, 2c thus run substantially parallel or coaxial with the light beams reflected from the respective edge regions 1a, 1b.
  • the mirrors 1, 1 ', 1 "track the position of the sun by pivoting movements and, accordingly, the positions of the edge regions 1 a, 1 b, 1 a', 1 b ', 1 a", 1 b "in FIG
  • the sensor openings 2b, 2c, 2b ', 2c', 2b “, 2c” must therefore be designed in such a way that that of the edge regions 1 a, 1 b, 1 a ', 1 b ', 1 a ", 1 b” regardless of their position on the photosensitive sensors 2 d falls, for example, by the sensor openings 2 b, 2 c, 2 b', 2 c ', 2 b “, 2 c" starting from the photosensitive sensors 2 d in the direction of the mirror 1, 1 ', 1 "(slightly) widen.
  • the photosensitive sensors 2 d always have direct "visual connections" through the respective sensor openings 2b, 2c, 2b ', 2c', 2b ", 2c" through to the respective edge regions 1 a, 1 b, 1 a ', 1 b', 1 a ", 1 b".
  • Fig. 2 shows a device for converting sunlight into another form of energy in three-dimensional view, which is carried out according to the device for converting sunlight into another form of energy of Fig. 1.
  • Identical components / elements are therefore provided with the same reference numerals. For the sake of simplicity, only one of a plurality of mirrors 1 is shown here and the converter device 3 is shown in section.
  • the transducer device 3 is formed as a fluid-filled tubular conduit system for heating this fluid.
  • the sensor device 2 is arranged semicircularly around the converter device 3 between the latter and the mirror 1 (or the mirrors), but only within a small region of the longitudinal extent of the converter device 3.
  • the sensor openings 11 have rectangular cross sections, longer sides of the device cross sections parallel to a longitudinal axis 3a of the transducer device 3 and parallel to the pivot axis 4b of the mirror 1 (or the pivot axes of the mirror).

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung (2) zur Erfassung des reflektierten Sonnenlichts mehrerer beweglicher Spiegel (1, 1', 1'') einer Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, bei welcher die Spiegel (1, 1', 1'') mittels einer Nachführungsvorrichtung (4) so dem Sonnenstand nachgeführt werden, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf eine Wandlervorrichtung (3), welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform. Erfindungsgemäß weist die Sensorvorrichtung (2) für jeden der Spiegel (1, 1', 1'') eine erste und eine zweite diesem Spiegel (1, 1', 1'') zugeordnete Sensoröffnung (2b, 2c, 2b', 2c', 2b'', 2c'') und jeweils einen darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensor (2d) auf.

Description

Sensorvorrichtunq und Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht
in eine andere Energieform
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung zur Erfassung des reflektierten Sonnenlichts mehrerer beweglicher Spiegel einer Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, bei welcher die Spiegel mittels einer Nachführungsvorrichtung so dem Sonnenstand nachgeführt werden, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf eine Wandlervorrichtung, welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren. Eine derartige Sensorvorrichtung dient zur optimalen Ausrichtung der Spiegel auf die Wandlervorrichtung nach dem gegenwärtigen Stand der Sonne am Firmament (Sonnenstand).
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, mit mehreren beweglichen Spiegeln, mit einer Wandlervorrichtung und mit einer zwischen den Spiegeln und der Wandlervorrichtung angeordneten Sensorvorrichtung. Hierbei werden die Spiegel so dem Sonnenstand nachgeführt, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf die Wandlervorrichtung, welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren.
Die Wandlervorrichtung wandelt das einfallende, beziehungsweise von den Spiegeln reflektierte (Sonnen-)Licht beispielsweise in elektrische Energie oder Wärmeenergie um und kann dementsprechend beispielsweise als ein Fluid-Leitungs- system zur Erwärmung des Fluids oder als ein Fotovoltaikelement zur Erzeugung elektrischen Stroms ausgeführt sein.
Eine derartige Sensorvorrichtung und eine derartige Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform ist aus der DE 10 2008 008 403 A1 bekannt. Die hier vorgeschlagene Sensorvorrichtung beziehungsweise die hier vorgeschlagene Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform nutzt ein lineares Photodioden-Array je Spiegel, um die Ausrichtung der Spiegel möglichst genau anhand von Intensitätsverteilungen des reflektierten Sonnenlichtes auf den Photodioden-Arrays zu erfassen. Die Vorrichtung benötigt somit eine komplizierte Auswertung der Intensitätsverteilungen.
Eine einfache Sensorvorrichtung mit lediglich zwei lichtempfindlichen Sensoren zur Nachführung einer Solareinrichtung, beispielsweise eines Spiegels, nach dem Sonnenstand geht aus der DE 10 2006 010 419 A1 hervor. Diese Sensorvorrichtung sorgt für eine senkrechte Ausrichtung der Solareinrichtung zu dem auf die Solareinrichtung einfallenden Licht, wodurch sich diese Sensorvorrichtung nicht zur Ausrichtung mehrerer Spiegel auf einen gemeinsamen Brennpunkt oder eine gemeinsame Wandlervorrichtung eignet.
Eine erste Aufgabe ist es daher eine Sensorvorrichtung für eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, bei welcher die Spiegel mittels einer Nachführungsvorrichtung so dem Sonnenstand nachgeführt werden, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf eine Wandlervorrichtung reflektieren, bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist und keine aufwendige Sensordatenauswertung benötigt. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform bereitzustellen, welche ebenfalls über diese Vorteile verfügt.
Die erste Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sensorvorrichtung für jeden der Spiegel eine erste und eine zweite diesem Spiegel zugeordnete Sensoröffnung und jeweils einen darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensor aufweist. Bevorzugt ist hierbei eine Tiefe, in welcher die Sensoren in den Sensoröffnungen vertieft sind größer, als eine Höhe oder eine Breite der Sensoröffnungen.
Durch die vertiefte Anordnung der lichtempfindlichen Sensoren in den Sensoröffnungen kann nur das reflektierte Licht des jeweils diesen Sensoröffnungen zugeordneten Spiegels fallen. Bei einer Fehlausrichtung eines Spiegels kann das von diesem reflektierte Sonnenlicht somit nicht störend auf die anderen Sensoröffnungen, beziehungsweise die darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensoren, wirken. Zudem sind lediglich zwei lichtempfindliche Sensoren zur Erkennung der Aus- richtung des jeweiligen Spiegels notwendig, was sowohl den Aufwand zur Auswertung der Sensordaten, als auch den mechanischen Aufbau der Sensorvorrichtung vereinfacht. Die Auswertung der Sensordaten, beziehungsweise die Nachführung der Spiegel kann beispielsweise über einen Zwei-Punkt-Regler oder einen Schwellenwertschalter erfolgen. Durch die Verwendung einer derartigen Sensorvorrichtung ist es auch nicht notwendig Positionssensoren für die Spiegel vorzusehen oder anhand von Tabellendaten, der Uhrzeit, dem Datum und der Ortsposition den gegenwärtigen Sonnenstand zu ermitteln.
Um störende Auswirkungen von Streulicht zu minimieren sind die Innenwände der Sensoröffnungen bevorzugt matt, insbesondere mattschwarz, wodurch Lichtreflexionen innerhalb der Sensoröffnungen deutlich reduziert werden und einfallendes Streulicht nicht oder nur in geringem Maße bis zu den lichtempfindlichen Sensoren vordringen kann.
Zumindest einer der lichtempfindlichen Sensoren ist insbesondere als Fotodiode oder CCD- oder CMOS-Sensor ausgeführt. Um das von den Spiegeln reflektierte Licht auch bei einem bewölkten Himmel oder bei Nebel sicher zu erkennen, ist dieser lichtempfindliche Sensor bevorzugt als Infrarotfotodiode ausgeführt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein ein- oder mehrteiliges Sensorgehäuse vorgesehen, welches eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist, in der die Sensoröffnungen angeordnet sind. Diese Oberfläche ist bevorzugt in Richtung der Spiegel ausgerichtet. So kann das Sensorgehäuse beispielsweise halbrund ausgeführt sein, wobei die Sensoröffnungen in der Rundung angeordnet und in Richtung der Spiegel ausgerichtet sind, das heißt die offnen Seiten der Sensoröffnungen weisen in Richtung der jeweiligen Spiegel. Der für die Sensorvorrichtung notwendige Bauraumbedarf kann hierdurch optimiert werden.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein ein- oder mehrteiliges Sensorgehäuse vorgesehen, welches eine gerade, also nicht gekrümmte Oberfläche aufweist, in der die Sensoröffnungen angeordnet sind, wodurch das Sensorgehäuse einfach und kostengünstig herstellbar ist. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse balken- oder quaderförmig ausgeführt sein.
Die Sensoröffnungen sind insbesondere bohrungs- oder schlitzartig ausgeführt, wodurch die Sensoröffnungen einfach und kostengünstig herstellbar sind, beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung des Sensorgehäuses, in welchem die Sensoröffnungen angeordnet sind.
Die weitere Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, mit mehreren beweglichen Spiegeln, mit einer Wandlervorrichtung und mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gelöst. In der Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht werden die Spiegel mittels einer Nachführungsvorrichtung so dem Sonnenstand nachgeführt, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf die Wandlervorrichtung, welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren. Dabei ist die Sensorvorrichtung zwischen den Spiegeln und der Wandlervorrichtung angeordnet und die einem Spiegel zugeordneten Sensoröffnungen so in Richtung dieses Spiegels ausgerichtet, dass das von diesem Spiegel reflektierte Sonnenlicht durch diese Sensoröffnungen hindurch auf die darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensoren fällt.
Bevorzugt sind die Sensoröffnungen so zu den Spiegeln ausgerichtet, dass das von dem jeweiligen Spiegel reflektierte Sonnenlicht nur dann durch beide Sensoröffnungen bis zu den lichtempfindlichen Sensoren dringt, wenn der Spiegel optimal zu der Wandlervorrichtung ausgerichtet ist. Bei einer weniger optimalen Ausrichtung werden die beiden Sensoren dann unterschiedlich intensiv bestrahlt, beziehungsweise nur einer der beiden Sensoren direkt von dem reflektierten Sonnenlicht bestrahlt, und bei einer schlechten Ausrichtung wird keiner der beiden Sensoren direkt bestrahlt. Falls keiner der Sensoren direkt bestrahlt wird, kann ein Suchlauf durchgeführt werden, bei welchem der Spiegel seine gesamte Bewegungsbahn oder nur einen Teil hiervon abfährt, bis beide Sensoren wieder von dem reflektierten Sonnenlicht bestrahlt werden. Falls die Sensoren unterschiedlich intensiv bestrahlt wer- den, kann der jeweilige Spiegel in Abhängigkeit davon, welcher der Sensoren intensiver oder weniger intensiv bestrahlt wird in die entsprechende Richtung bewegt werden, bis beide Sensoren wieder gleich intensiv bestrahlt werden.
Der Suchlauf, falls keiner der Sensoren direkt bestrahlt wird, wird bevorzugt in Abhängigkeit der Uhrzeit und/oder von Wetterdaten ausgeführt, wodurch ausgeschlossen wird, dass die Spiegel unnötig bei Dunkelheit oder bei schlechter Witterung (starke Bewölkung, Nebel, Regen, Schnee, etc.) bewegt werden. Die Bewegungsbahn des Spiegels während dem Suchlauf wird bevorzugt in Abhängigkeit der aktuellen Uhrzeit und optional zusätzlich in Abhängigkeit des aktuellen Datums eingeschränkt, wodurch lediglich der Teil der gesamt möglichen Bewegungsbahn abgefahren wird, in welchem sich zu dieser Uhrzeit am ehesten die optimale Ausrichtung des Spiegels befindet.
Um eine optimale Ausrichtung der Spiegel auf die Wandlervorrichtung sicher zu erkennen, ist die erste der einem der Spiegel zugeordneten Sensoröffnungen in Richtung eines ersten Randbereichs dieses Spiegels gerichtet und die zweite der diesem Spiegel zugeordneten Sensoröffnungen in Richtung eines zweiten Randbereichs dieses Spiegels gerichtet ist, so dass das von dem ersten Randbereich des Spiegels reflektierte Sonnenlicht durch die erste Sensoröffnung auf den darin vertieft angeordneten ersten lichtempfindlichen Sensor fällt und das von dem zweiten Randbereich des Spiegels reflektierte Sonnenlicht durch die zweite Sensoröffnung auf den darin vertieft angeordneten zweiten lichtempfindlichen Sensor fällt. Insbesondere verläuft hierbei jeweils eine zwischen einer Lichteinfallsöffnung der Sensoröffnung und dem lichtempfindlichen Sensor verlaufende Längsachse der Sensoröffnung durch den dieser Sensoröffnung zugeordneten Randbereich des Spiegels.
Die Spiegel der Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform werden insbesondere durch Schwenken um im Wesentlichen vertikale Schwenkachsen dem Sonnenstand nachgeführt, folgen also dem Sonnenstand durch eine Schwenkbewegung zwischen einer Ost- und West-Ausrichtung (Ausrichtung in Azimut). Alternativ oder zusätzlich hierzu werden die Spiegel durch Schwen- ken um im Wesentlichen horizontale Schwenkachsen dem Sonnenstand nachgeführt, folgen also dem Sonnenstand durch eine Schwenkbewegung zwischen einer horizontalen und vertikalen Ausrichtung (Ausrichtung in Elevation). Die Sensoröffnungen sind dann bevorzugt schlitzartig mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wobei längere Seiten der Querschnitte parallel zu den Schwenkachsen der Spiegel verlaufen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen entnommen werden können. Die Figuren zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine zweidimensionale Ansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform;
Fig. 2 eine dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung von
Sonnenlicht in eine andere Energieform.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform verfügt über drei bewegliche Spiegel 1 , 1 ', 1 " mit je einer konkaven Reflexionsfläche, eine Sensorvorrichtung 2, eine Wandlervorrichtung 3 und eine Nachführungsvorrichtung 4, wobei die Sensorvorrichtung 2 ortsfest bezüglich der Wandlervorrichtung 3 ist. Spiegel 1 , 1 ', 1 ", Sensorvorrichtung 2 und Wandlervorrichtung 3 erstrecken sich senkrecht über die Zeichenebenen hinaus, wobei die Sensorvorrichtung 2 eine geringere Ausdehnung senkrecht zur Zeichenebene aufweist, als die Spiegel 1 , 1 ', 1 " und die Wandlervorrichtung 3. Die Sensorvorrichtung 2 ist somit nur in einem im Verhältnis zur Gesamtausdehnung kleinen Bereich zwischen den Spiegeln 1 , 1 ', 1 " und der Wandlervorrichtung 3 angeordnet. Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung 2 hierbei in unmittelbarer Nähe zu der Wandlervorrichtung 3 angeordnet oder zumindest näher an der Wandleranordnung 3, als an den Spiegeln 1 , 1 ', 1 ", um den Bauraumbedarf der Sensorvorrichtung 2 möglichst gering zu halten. Bevorzugt umschließt die Sensorvorrichtung 2, beziehungsweise ein Sensorgehäuse 2a der Sensorvorrichtung 2, die Wandlervorrichtung 3, wie dargestellt, entlang eines um die Wandlervorrichtung 3 verlaufenden Kreis- oder Ellipsenabschnitts. Das Sensorgehäuse 2a der Sensorvorrichtung 2 verfügt hierzu über eine der Wandlervorrichtung 3 zugewandte und konkav gekrümmte erste Oberfläche sowie eine den Spiegeln 1 , 1 ', 1 " zugewandte und konvex gekrümmte zweite Oberfläche, in welcher Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" angeordnet sind.
Die Reflexionsflächen der Spiegel 1 , 1 ', 1 " reflektieren das von der Sonne 5 auf die Spiegel 1 , 1 ', 1 " strahlende Sonnenlicht auf die Sensorvorrichtung 2 und auf die Wandlervorrichtung 3, welche das Licht in eine andere Energieform, beispielsweise elektrische Energie oder Wärmeenergie, umwandelt. Die Spiegel 1 , 1 ', 1 " sind in der gezeigten Ausrichtung so zu der Wandlervorrichtung 3 ausgerichtet, dass zu dem dargestellten Stand der Sonne 5 ein Maximum an reflektiertem Sonnenlicht auf die Wandlervorrichtung 3 trifft. Im Laufe der Bewegung der Sonne 5 über das Firmament (siehe von der Sonne 5 ausgehender Pfeil) ändert sich jedoch der Einfallswinkel des Sonnenlichtes auf die Spiegel 1 , 1 ', 1 ", weshalb diese dem Sonnenstand nachgeführt werden müssen, um weiterhin ein Maximum an Sonnenlicht auf die Wandlervorrichtung 3 zu reflektieren. Hierzu verfügt die Nachführungsvorrichtung 4 über an den Spiegeln 1 , 1 ', 1 " angeordnete Stelleinrichtungen 4a, welche die Spiegel 1 , 1 ', 1 " dem Sonnenstand durch eine Schwenkbewegung um die senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Schwenkachsen 4b nachführen. Je nach Ausführung der Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform können hierbei die Schwenkachsen 4b vertikal oder horizontal verlaufen. Zur Erfassung einer Fehlausrichtung oder einer optimalen Ausrichtung der Spiegel 1 , 1 ', 1 " zu der Wandlervorrichtung 3 wertet die Nachführungsvorrichtung 4 Sensorsignale der Sensorvorrichtung 2 aus und führt auf deren Grundlage gegebenenfalls eine Neuausrichtung oder Nachführung der Spiegel 1 , 1 ', 1 " durch.
Das Sensorgehäuse 2a verfügt je Spiegel 1 , 1 ', 1 " über zwei schlitzförmige Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" in welchen vertieft je ein lichtempfindlicher Sensor 2d angeordnet ist, über den die optimale Ausrichtung oder die Fehlausrichtung des jeweiligen Spiegels 1 , 1 ', 1 " zu der Wandlervorrichtung 3 erkennbar ist. Die Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" weisen rechteckige Querschnitte auf; Ver- längerungen von Längsachsen der Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b" treffen sich im Mittelpunkt der Wandlervorrichtung 3.
Die Ausrichtung der Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" zu den Spiegeln 1 , 1 ', 1 " soll nun beispielhaft anhand des ersten Spiegels 1 und die diesem Spiegel 1 zugeordneten Sensoröffnungen 2b, 2c erläutert werden. Die Ausrichtung der weiteren Sensoröffnungen 2b', 2c', 2b", 2c" zu den jeweiligen weiteren Spiegeln 1 ', 1 " ist analog.
Die erste Sensoröffnung 2b ist so in Richtung eines ersten Randbereichs 1 a des Spiegels 1 ausgerichtet, dass das von diesem ersten Randbereich 1 a reflektierte Sonnenlicht bei einer optimalen Ausrichtung des Spiegels 1 durch diese erste Sensoröffnung 2b hindurch auf den darin vertieften angeordneten lichtempfindlichen Sensor 2d fällt, während die zweite Sensoröffnung 2c so in Richtung eines zweiten Randbereichs 1 b des Spiegels 1 ausgerichtet ist, dass das von diesem zweiten Randbereich 1 a reflektierte Sonnenlicht bei einer optimalen Ausrichtung des Spiegels 1 zu der Sonne 5 durch diese zweite Sensoröffnung 2c hindurch auf den darin vertieften angeordneten lichtempfindlichen Sensor 2d fällt. Die Längsachsen der beiden Sensoröffnungen 2b, 2c verlaufen demnach im Wesentlichen parallel oder koaxial zu den von den jeweiligen Randbereichen 1 a, 1 b reflektierten Lichtstrahlen.
Hierbei muss beachtet werden, dass die Spiegel 1 , 1 ', 1 " dem Sonnenstand durch Schwenkbewegungen nachgeführt werden und sich dementsprechend die Positionen der Randbereiche 1 a, 1 b, 1 a', 1 b', 1 a", 1 b" im Laufe der Sonnenbewegung bezüglich der Sensorvorrichtung 2 innerhalb von Bewegungsbereichen ändern. Die Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" müssen daher so gestaltet sein, dass das von den Randbereichen 1 a, 1 b, 1 a', 1 b', 1 a", 1 b" reflektierte Licht unabhängig von deren Position auf die lichtempfindlichen Sensoren 2d fällt, beispielsweise indem sich die Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" ausgehend von den lichtempfindlichen Sensoren 2d in Richtung der Spiegel 1 , 1 ', 1 " (geringfügig) aufweiten. Hierdurch haben die lichtempfindlichen Sensoren 2d immer direkte„Sichtverbindungen" durch die jeweiligen Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" hindurch auf die jeweiligen Randbereiche 1 a, 1 b, 1 a', 1 b', 1 a", 1 b".
Wie in Fig. 1 durch die von der Sonne 5 ausgehenden und als gestrichelte Linien dargestellte Lichtstrahlen angedeutet, kann durch eine derartige Ausrichtung der Sensoröffnungen 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" zu den Spiegeln 1 , 1 ', 1 " nur das von dem jeweiligen Randbereich 1 a, 1 a', 1 a" und 1 b, 1 b', 1 b" reflektiere Licht durch die jeweilige Sensoröffnung 2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c" bis zu den darin vertieft angeordneten lichtempfindlich Sensoren 2d dringen, wodurch die Sensorvorrichtung 2 sehr robust im Bezug auf Störungen durch Streulicht ist. Dabei dringt, je optimaler einer der Spiegel 1 , 1 ', 1 " zu der Wandlervorrichtung 3 ausgerichtet ist, mehr von diesem Spiegel 1 , 1 ', 1 " reflektiertes Sonnenlicht auf die jeweiligen lichtempfindlichen Sensoren 2d. Eine Fehlausrichtung einer der Spiegel 1 , 1 ', 1 " wird von der Nachführungseinrichtung 4 dadurch erkannt, dass die zwei einem Spiegel 1 , 1 ', 1 " zugeordneten lichtempfindlichen Sensoren 2d unterschiedlich intensiv von reflektiertem Sonnenlicht bestrahlt werden, wobei anhand dieser Intensitätsunterschiede auf die Richtung geschlossen wird, in welche der jeweilige Spiegel 1 , 1 ', 1 " dem Sonnenstand nachgeführt werden muss, um diesen optimal auf die Wandlervorrichtung 3 auszurichten.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform in dreidimensionaler Ansicht, welche entsprechend der Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform aus Fig. 1 ausgeführt ist. Gleiche Bauteile/Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Einfachheit halber ist hier lediglich einer von mehreren Spiegeln 1 gezeigt und die Wandlervorrichtung 3 geschnitten dargestellt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Wandlervorrichtung 3 als ein mit Fluid gefülltes rohrförmiges Leitungssystem zur Erwärmung dieses Fluids ausgebildet. Die Sensorvorrichtung 2 ist dabei halbkreisförmig um die Wandlervorrichtung 3 zwischen dieser und dem Spiegel 1 (bzw. den Spiegeln) angeordnet, jedoch nur innerhalb eines kleinen Bereichs der Längsausdehnung der Wandlervorrichtung 3. Die Sensoröffnungen 1 1 , weisen rechteckige Querschnitte auf, wobei längere Seiten der Quer- schnitte parallel zu einer Längsachse 3a der Wandlervorrichtung 3 und parallel zu der Schwenkachse 4b des Spiegels 1 (bzw. den Schwenkachsen der Spiegel) verlaufen.
Bezuqszeichen
1 erster Spiegel
V zweiter Spiegel
1 " dritter Spiegel
1 a erster Randbereich des ersten Spiegels 1
1 b zweiter Randbereich des ersten Spiegels 1
1 a' erster Randbereich des zweiten Spiegels 1 '
1 b' zweiter Randbereich des zweiten Spiegels 1 '
1 a" erster Randbereich des dritten Spiegels 1 "
1 b" zweiter Randbereich des dritten Spiegels 1 "
2 Sensorvorrichtung
2a Sensorgehäuse
2b erste Sensoröffnung des ersten Spiegels 1
2c zweite Sensoröffnung des ersten Spiegels 1
2b' erste Sensoröffnung des zweiten Spiegels 1 '
2c' zweite Sensoröffnung des zweiten Spiegels 1 '
2b" erste Sensoröffnung des dritten Spiegels 1 "
2c" zweite Sensoröffnung des dritten Spiegels 1 "
2d lichtempfindlicher Sensor
2e Lichteinfallsöffnung
3 Wandlervorrichtung
3a Längsachse der Wandlervorrichtung 3
4 Nachführungsvorrichtung
4a Nachführungseinrichtung
4b Schwenkachsen der Spiegel 1 , 1 ', 1 "
5 Sonne

Claims

Patentansprüche
1 . Sensorvorrichtung (2) zur Erfassung des reflektierten Sonnenlichts mehrerer beweglicher Spiegel (1 , 1 ', 1 ") einer Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, bei welcher die Spiegel (1 , 1 ', 1 ") mittels einer Nachführungsvorrichtung (4) so dem Sonnenstand nachgeführt werden, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf eine Wandlervorrichtung (3), welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (2) für jeden der Spiegel (1 , 1 ', 1 ") eine erste und eine zweite diesem Spiegel (1 , 1 ', 1 ") zugeordnete Sensoröffnung (2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c") und jeweils einen darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensor (2d) aufweist.
2. Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorgehäuse (2a) mit einer geraden Oberfläche oder einer konvex gekrümmten Oberfläche vorgesehen ist, in welcher die Sensoröffnungen (2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c") angeordnet sind.
3. Sensorvorrichtung (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoröffnungen (2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c") bohrungs- oder schlitzartig sind.
4. Sensorvorrichtung (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der lichtempfindlichen Sensoren (2d) als Fotodiode, insbesondere Infrarotfotodiode, oder CCD- oder CMOS-Sensor ausgeführt ist.
5. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform, mit mehreren beweglichen Spiegeln (1 , 1 ', 1 "), mit einer Wandlervorrichtung (3) und mit der Sensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spiegel (1 , 1 ', 1 ") mittels einer Nachführungsvorrichtung (4) so dem Sonnenstand nachgeführt werden, dass diese das Sonnenlicht gemeinsam auf die Wandlervorrichtung (3), welche das Sonnenlicht in die andere Energieform wandelt, reflektieren; wobei die Sensorvorrichtung (2) zwischen den Spiegeln (1 , 1 ', 1 ") und der Wandler- Vorrichtung (3) angeordnet ist und jeweils die einem Spiegel (1 , 1 ', 1 ") zugeordneten Sensoröffnungen (2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c") so in Richtung dieses Spiegels (1 , 1 ', 1 ") ausgerichtet sind, dass das von diesem Spiegel (1 , 1 ', 1 ") reflektierte Sonnenlicht durch diese Sensoröffnungen (2b, 2c, 2b', 2c', 2b", 2c") hindurch auf die darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensoren (2d) fällt.
6. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der einem der Spiegel (1 , 1 ', 1 ") zugeordneten Sensoröffnungen (2b, 2b', 2b") in Richtung eines ersten Randbereichs (1 a, 1 a', 1 a") dieses Spiegels (1 , 1 ', 1 ") gerichtet ist und die zweite der diesem Spiegel (1 , 1 ', 1 ") zugeordneten Sensoröffnungen (2c, 2c', 2c") in Richtung eines zweiten Randbereichs (1 b, 1 b', 1 b") dieses Spiegels (1 , 1 ', 1 ") gerichtet ist, so dass das von dem ersten Randbereich (1 a, 1 a', 1 a") reflektierte Sonnenlicht durch die erste Sensoröffnung (2b, 2b', 2b") auf den darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensor (2d) fällt und das von dem zweiten Randbereich (1 b, 1 b', 1 b") reflektierte Sonnenlicht durch die zweite Sensoröffnung (2c, 2c', 2c") auf den darin vertieft angeordneten lichtempfindlichen Sensor (2d) fällt.
7. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (1 , 1 ', 1 ") durch
Schwenken um im Wesentlichen vertikale Schwenkachsen (4b) dem Sonnenstand nachgeführt werden.
8. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (1 , 1 ', 1 ") durch
Schwenken um im Wesentlichen horizontale Schwenkachsen (4b) dem Sonnenstand nachgeführt werden.
9. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in eine andere Energieform nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoröffnungen (4a, 4b) schlitzartig sind, mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitten und die längeren Seiten der Querschnitte parallel zu den Schwenkachsen (4b) verlaufen.
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