DE2550194A1

DE2550194A1 - Anordnung fuer das konzentrieren und sammeln von sonnenenergie mit sonnennachstell- und sonnenenergiefeststell- steueranordnung sowie zugeordnetes verfahren

Info

Publication number: DE2550194A1
Application number: DE19752550194
Authority: DE
Inventors: Irwin Robert Barr
Original assignee: AAI Corp
Current assignee: Textron Systems Corp
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1976-05-26
Also published as: IL48497A; CA1035649A; FR2292277B1; IL48497A0; FR2292277A1; GB1506057A; JPS5852562B2; US4004574A; CH599517A5; DE2550194C2; JPS5174649A

Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 \ \q \^

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_.. , _, ., Telefon: (030) 8311950

Uiplom-Chemiker Telegramme: INDUSPROP BERLIN

Telex: 0185443

US/08/2248 Case 214

AAI CORPORATION P.O. Box 6767, Baltimore, Maryland, 21204, QSA

Anordnung für das Konzentrieren und Sammeln von Sonnenenergie mit Sonnennachstell- und Sonnenenergiefeststeil-Steueranordnung

sowie zugeordnetes Verfahren -

Es wird eine Anordnung für das Konzentrieren und Sammeln von Sonnenenergie und ein zugeordnetes Verfahren geschaffen, bei dem ein halbzylinderförmiger, länglicher, konkaver Reflektor-Konzentrator, das Dach eines Hauses, einer Schule oder anderen Gebäudes insbesondere eines Gebäudes für die Wärmeausnutzung darstellt. Es wird ein Kollektor beweglich im Abstandsverhältnis über und längs der Länge des länglichen Dach/Reflektor-Konzentrators zur Ausführung einer Schwenkbewegung vermittels einer in zwei Richtungen arbeitenden, die Sonnenreflektionsenergie feststellende und suchende Steueranordnung für den Antrieb in eine Zone größtmöglichen Zusammenlaufens der von dem Dach-Reflektor-Konzentrator reflektierten Sonnenenergiestrahlen getragen. Dies ist vorgesehen im Hinblick auf die Veränderung des Laufweges der Sonne während der verschiedenen Jahreszeiten und um ebenfalls die tägliche Bewegung der Sonne zu berücksichtigen. Die Bewegung des Kollektors erfolgt durch eine Schwenkbewegung um eine Achse, die parallel zu dem Mittelpunkt der Krümmung oder der Krümmungen des Dach/Reflektor-Konzentrators vorliegt und ist benachbart zu dem Dach/Reflektor-Konzentrator angeordnet. Der Dach/Reflektor-Konzentrator weist eine Mehrzahl an Radien auf, um breite Veränderungen der Sonnenwinkel während der verschiedenen Jahreszeiten und während jedes Tages einer gegebenen Jahreszeit zu berücksichtigen, wodurch die angestrebte Konzentration der Sonnenenergie an dem Kollektor ermöglicht wird. Die durch den Kollektor gesammelte konzentrierte Sonenenergie wird auf ein Strömungsmittel, wie Wasser, übertragen, das über die Länge des Kollektors vermittels einer Pumpe geführt wird, die einen Teil eines Wärme-

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ausnutzungssystems darstellt, das dem Erwärmen und/ oder Abkühlen des Gebäudes und/oder zusätzlicher Gebäude oder anderer Bauten dienen kann. Der Dach/Reflektor-Konzentrator ist so orientiert, daß der Mittelpunkt der Krümmungsachsen desselben sich von Ost nach Westerstreckt, wobei die Oberfläche in Richtung auf den Äquator geneigt ist. Der Neigungswinkel hängt von dem Breitengrad ab, wo sich der Reflektor befindet.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für das Konzentrieren und Sammeln von Sonnenenergie, insbesondere eine derartige Anordnung und zugeordnetes Verfahren, wie es im Zusammenhang mit einem Gebäude angewandt wird, bei dem das Dach oder anderer ortsfester Reflektor einen über das ganze Jahr hin arbeitenden Reflektor-Konzentrator für die Sonnenenergie für einen beweglichen Kollektor darstellt, der sowohl die verschiedenen Lagen von vorne als auch hinten sucht, um so die gesammelte Sonnenenergie als eine Funktion des Erhöhens oder Verringerns des Sonnenwinkels über das ganze Jahr während jedes Tages größtmöglich zu gestalten.

Es sind verschiedene Anordnungen für das Sammeln der Sonnenenergie bekannt. Bei vielen werden ein oder mehrere Parabolspiegel angewandt, wobei sich ein Kollektor in dem Brennpunkt befindet. ,Diese Spiegel und Kollektoren bewegen sich üblicher Weise als eine Einheit zwecks Ausrichten gegenüber der Sonne.

Bei verschiedenen anderen vorbekannten Anordnungen findet ein stationärer Spiegel oder mehrere Spiegel zusammenmit einem beweglichen Kollektor oder Kollektoren Anwendung. Hierzu gehört eine kugelförmige Spiegelbauart mit einem beweglichen, mittig im Abstandsverhältnis angeordneten Kollektor dergestalt, daß eine winkelförmige Bewegung um einen Drehpunkt in Abhängigkeit von der Lage der Sonne und der Jahreszeit erfolgt. Bezüglich des kugelförmigen Spiegels findet eine verwickelte Krümmung Anwendung, die sich nur schwierig, kostspielig und bezüglich der Großproduktion unpraktisch herstellen läßt. Gemäß einer zweiten, zum Stand der Technik gehörenden Anordnung, wie in der DT-PS 517 417 dargestellt, kommt ein länglicher, seitlich symmetrischer Parabolspiegel in Anwendung, wobei dessen waagerechte Brennpunktslinie direkt senkrecht über dem Mittelpunkt zu und symmetrisch gegenüber dem länglichen Parabolreflektor vorliegt. Um kleinere Veränderungen des

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Sonnenwinkels weg von der Senkrechten zu berücksichtigen, wird der Kollektor sowohl seitlich als auch senkrecht vermittels eines schwenkbaren Teleskoparms und Nockenführungsanordnung bewegt. Die Kompassorientierung dieses Systems ist nicht eindeutig im Hinblick auf verschiedene Widersprüchlichkeiten in der Beschreibung. Indessen scheint es jedoch, daß in praktischer Hinsicht nur eine sehr geringfügige Winfeelbewegung der Sonne weg von der Senkrechten (bei Betrachten von dem Ende des Reflektor-Konzentrators und Kollektors) bei diesem System berücksichtigt werdenkann und gewiß kann nicht berücksichtigt werden das Ausmaß der jährlichen Veränderung des Sonnenwinkels relativ zu der Waagerechten. Weiterhin ist dieses System relativ verwickelt aufgebaut und in einem erheblichen Ausmaß in einem großen Maßstab im Hinblick auf die Anforderungen an den Führungsnocken und den Teleskoparm unpraktisch. Es scheint, daß zur Anwendung dieser Anordnung über eine längere Zeitspanne an Tagen oder Jahreszeiten und sogar während großer Veränderungen des Sonnenwinkels während einiger Tage des Jahres der Reflektor-Konzentrator auch eine gewisse Kipp- oder Schwenkumorientierung erfahren muß zwecks Verändern der Winkellage der Brennlinie des Spiegels, und dies zusätzlich zu dem Erfordernis der Anwendung einer Anordnung aus Nocken und teleskopartigem Kollektor-Tragarm.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine relativ einfacher Anordnung für das Konzentrieren von Sonnenenergie und eine in zwei Richtungen arbeitende, das Maximum an Energie suchende Fühl- und Bewegungssamme1anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, einen ortsfesten Reflektor-Konzentrator und einfach beweglichen Kollektor anzuwenden, wobei jedoch eine praktisch ganzjährige Ausnutzung während der Hauptperioden jedes Tages des Jahres ermöglicht wird.

Eine weitere der ERfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Gebäude mit einem ortsfesten Dach zu schaffen, das als ein ganzjähriger wirksamer ortsfester Reflektor-Konzentrator für .einen in zwei Richtungen arbeitenden, Das Maximum an Energie suchenden Fühlkollektor dient, der bewegt werden kann, um das Sammeln der von dem Dach reflektierten Sonnenstrahlung optimal zu gestalten.

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Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung für die Konzentration und Ausnutzung von Sonnenenergie zu schaffen, mit einem das Maximum an Energie suchenden Kollektor, die ganzjährig bei verschiedenen Breitengraden angewandt werden kann, wobei es gleichzeitig möglich wird, einen Reflektor-Konzentrator zur Verwendung zu bringen, der für einen gegebenen Breitengrad ortsfest sein kann.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ganzjährige eine praktische Konzentration und Sammeln nach der Sonnenreflektion der auf ein Dach auftreffenden Sonnenenergie zu ermöglichen, ohne daß es erforderlich ist ein Wärmeübettragungsfluid längs und im Inneren der Dachoberfläche zu führen, wie dies der Fall bei flachen Sonnenkollektoranordnungen in Plattenform ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnengen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gebäudes, wie eines Hauses, Produktionsstätte, Schule usw.;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des schwenkbaren Kollektors und des gesamten Wärmeaustauschersystems gemäß der Ausführungsform nach der Figut 1, wobei der Kollektor bezüglich weiterer Einzelheiten wiedergegeben ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 nach der Figur 2;

Fig. 4 und 4A diagrammförmige Darstellungen der ARbeitsweise der Anordnung nach Figur 1 zu verschiedenen Zeitpunkten während des Jahres, wobei die Figur 4A ebenfalls verschiedene Winkel- und Dimensionsverhältnisse gemäß einer gegebenen bevorzugten Ausführungsform wiedergibt;

Fig. 5 in perspektivischer Ansicht ein herkömmliches Sonnenlaufdiagramm, das die relativen Laufwege der Sonne im Himmelsgewölbe bezüglich der Ausführungsform nach der Figur 1 und deren Horizont für eine Lage angenähert 4O°N Breite wiedergibt;

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Fig. 6 ein herkömmliches Sonnenlaufdiagramm, das den Lauf der Sonne in dem Himmelsgewölbe nach Figur 4 so wiedergibt, wie es auf eine waagerechte Ebene projeziert ist, wobei der Horizont durch einen Kreis wiedergegeben wird, in dessen Mittelpunkt sich die Sonnenkollektoranordnung nach der Figur 1 befindet;

Fig. 7 eine weggebrochene Ansicht des Kollektors und zeigt die darauf angeordnete differentielle, die Energiefeststellende Photozellenanordnung;

Fig. 8 ein schematisches Diagramm, das die in zwei Richtungen arbeitende, das Maximum an Energie suchende Steueranordnung für den Antrieb erläutert, wodurch der Kollektor einer Stelle mit größtmöglicher Energieaufnahme e folgt.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ist ein Gebäude zum Wärmeausnutzung, wie ein Haus, Schule, Produktionsanlage usw. durch das Bezugszeichen 11 wiedergegeben und besitzt gekrümmte Dach-Reflektor-Konzentrator Oberfläche 21 und kann ebenfalls eine oder mehrere weitere Dachoberflächen jeder beliebigen Konfiguration aufweisen, siehe das Bezugszeichen 31. Das Ausmaß der Dachoberfläche 21 hängt allgemein von der für eine angestrebte Anwendung erforderlichen Menge an Sonnenenergie ab. Zum Erzielen eines größtmöglichen Sammeisn an Energie ausgehend von einer gegebenen Dachgröße, kann das gesamte Dach als ein Reflektor-Konzentrator 21 ausgebildet sein. Gegebenenfalls können in den Wänden 13f, I3e, 13b Fenster 15 vorgesehen sein.

Der Dach/Reflektor-Konzentrator 21 kann aus jedem geeigneten, die Sonnenstrahlen reflektierenden Material gefertigt sein, wie Metall, Glas, Kunststoff und derartige Materialien können so ausgewählt werden, daß dieselben einen Teil, einen Hauptteil oder die gesamte Baufestigkeit der Dachoberfläche aufnehmen oder dieselben können aus Materialien gefertigt sein, wie z.B. einem dünnen reflektierenden überzug aus einem die entsprechenden baulichen Belastungen aufnehmenden Substrat. Die gewünschte Krümmung des Dach/-Reflektor-Konzentrators 21 kann als eine glatte Kurve oder in Form von geraden oder gekrümmten Linien darstellenden Segmenten gebildet sein. 609822/0666 -6-

So kann z.B. eine gekrümmte Metalldachoberfläche in einem kontinuierlichen Schwung oder in mehreren Kanälen ausgebildet sein oder es können verschiedene normalerweise geradlinige Kanäle aus Metall, Glas, Kunststoff usw. in einem geeigneten Verbindungsverhältnis dazu angewandt werden, die angestrebte gesamtgekrümmte Dach/Reflektor-Konzentrator-Oberflache zu bilden. Das Dach 21 kann ebenfalls lediglich teilwesie in Teilen desselben oder als Ganzes reflektierend gestaltet werden, um so für eine natürliche Beleuchtung im Inneren des Gebäudes vermittels Sonnenlicht zu sorgen, das durch den Dach/Reflektor-Konzentrator 21 hindurchtritt. In ähnlicher Weise kann der Abschnitt 31 des Daches ebenfalls Licht in das Innere des Gebäudes führen.

Der Dach-Reflektor-Konzentrator 21 liegt gegenüber dem Süden und hierzu geneigt, so daß die gegenüberliegenden Enden direkt in Ost-West-Richtung orientiert sind, wie die Figuren 1,5 und 6 zeigen.

Der stationäre Reflektor-Konzentrator 21 reflektiert und konzentriert die Sonnenenergie in eine Zone größtmöglichen Zusammenlaufens der Sonnenstrahlen, die ihre Lage als Funktion des Sonnenwinkels bezüglich der Horizontalen verändert, wie es anhand einer nord-südlich verlaufenden senkrechten Ebene gemessen wird, die durch das Dach bzw. den Reflektor-Konzentrator 21 verläuft. Ein Sonnenenergie-Kollektor 51 ist z.B. vermittels Schwenkarmen 45 beweglich für das Ausführen einer nach hinten und vorne gerichteten Bewegung in nord-südlicher Richtung über dem Reflektor-Konzentrator 21 angeordnet, siehe hierzu allgemein die Figuren 4 und 4A.

Die Schwenkarme 45 werden längs einer waagerechten Ost-West-Linie geschwenkt, die sich unter, über oder auf der Oberfläche des Reflektor-Konzentrators 21 befinden kann, wobei allgemein lediglich kleine Unterschiedlichkeiten in dem Wirkungsgrad der Anordnung aits Reflektor-Konzentrator 21 und Kollektor 51 auftreten. Bei der wiedergegebenen Ausfuhrungs form sind die Arme 45 an Schwenkträgern 49 angeordnet, die unterhalb der Oberfläche des Reflektor-Konzentrators 21 und auf einer Linie TR (siehe die

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Figur 4A) liegen, die eine Tangente zwischen den Bogensegraenten SRI und SR2 bildet, die durch die zwei Radiien Rl und R2 gebildet werden. Bei der wiedergegebenen Ausführungsform, wie allgemein gezeigt, beläuft sich das Verhältnis der sich unter der Reflektor-Konzentratorsehnenlänge erstreckenden Fläche zu der wirksamen Kollektorfläche des Kollektors auf angenähert 9:1, wodurch eine größtmögliche Konzentration oder Verstärkungsfaktor von nicht mehr als 9 erzielt wird. Jedoch verringern auch andere Faktoren, wie der Neigungswinkel und das Dazwischentreten des Kollektors 51 in den Laufweg der Sonnenstrahlen zu dem Reflektor-Konzentrator 21 (wie während der Sommerzeit) den größtmöglichen Wert auf einen kleineren möglichen Wert für verschiedene Sonnenwinkel. Dieser Faktor hängt weiterhin von dem Ausmaß ab, mit dem der Kollektor 51 die Zone der Sonnenreflektion auffängt, wie es weiter unten im einzelnen erläutert ist.

Die Arm- und Kollektoranordnung 45, 51 kann zweckmäßigerweise ein Gegengewicht aufweisen, z.B. durch Vorsehen der Gegengewichte CW und sind zweckmäßigerweise an der Schwenkzone durch ein Drehrohr oder Welle 110 miteinander verbunden, um so eine zusätzliche Starrheit zu vermitteln.

Der Kollektor 51 kann in zweckmäßiger Weise mit einer Mehrzahl seitlich nebeneinander angeordneter Rohre 54 für ein Wärmeübertragungsmittel versehen sein, durch das ein geeignetes Strömungsmittel, wie Wasser, Gas, geführt werden kann für das Sammeln der von dem Reflektor-Konzentrator 21 reflektierten Sonnenenergie. An jedem Ende können die Verbindung der parallelen Rohre 54 Hauptleitungen 55,57 mit geinsamen Zuführungs- und Rückführungsleitungen 71,73 angewandt werden, die sich an den zwei endständigen Tragarmen 45 befinden.

Wie anhand der Figur 3 gezeigt, ist der Kollektor 51 mit Energieabsorptionsrohren 54 in Form schwarzer Körper so ausgerüstet, daß dieselben längs der Schwenkachse des Arms und Kollektoranordnung 45,51 nach unten gerichtet sind und somit bei einem gegebenen Winkel dieser Anordnung gegenüberliegend zu der

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von dem Reflektor-Konzentrator 21 kommenden Sonnenreflektion bezüglich eines gegebenen Sonnenhöhewinkels vorliegen. Der Kollektor 51 ist vorzugsweise an seiner äußeren Oberfläche, die weg von dem Reflektor-Konzentrator 21 gerichtet ist isoliert, und das gleiche gilt bezüglich der Schwenkachse des Kollektors 51 z.B. vermittels einer Isolation 52 in Form einer starren U-förmigen Abdeckplatte 53 aus undurchsichtigem Material. Unter den Energxeabsorptoinsrohren 54 können eine oder mehrere Glasplatten 55 als durchsichtige Abdeckungen für die Sonnenenergie vorgesehen sein. Die gesamte Anordnung kann z.B. vermittels Gewindebolzen oder Verschweißungen an der Abdeckplatte 53 befestigt sein, wobei Muttern und Halterungen die Glasplatte 56 und die Leitungen 55,57 an Ort und Stelle halten. Die Glasplatte liegt vorzugsweise zwischen zwei Schichten eines elastischen und stoßfesten Materials 69, wie Weichgummi vor.

Die Zuführungs- und Rückführungsieitungen 71, 73 für das Strömungsmittel können in geeigneter Weise an ein geeignetes Wärmeausnutzungssystem angeschlossen sein, wobei es sich um eine Wärmespeicherung/ und Heizungsanordnung für das Gebäudeinnere und/oder ein Kühlsystem, wie ein solches handeln kann, das nach dem Prinzip der Absorptionskühlung arbeitet. Wahlweise können auch verschiedene Maschinen Arbeit vermittels der von der Sonnenwärme abgeleiteten Energie, die auf das Strömungsmittel in dem Kollektor 51 übertragen wird, leisten, oder es kann andere zweckmäßige und geeignete Wärme mittels der Wärmeenergie geleistet werden. Erfindungsgemäß können Temperaturen des Strömungsmittels, wie Wasser, bis zu 15O°C oder darüber gebracht werden in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit des Strömungsmittels, der relativen Größen des Kollektors und Reflektors usw. Ein Erhitzen und Absorptionskühlung können sehr gut bei dieser Temperatur und auch unter dieser Temperatur für das durch den Kollektor 51 strömende Strömungsmittel L erzeilt werden.

Als praktisches Beispiel kann ein flüssiges Strömungsmittel, wie Wasser, vermittels einer Pumpe 80 durch die Leitungen 71, 54 und 81 zu einem Heißwasserspeichertank HST gepumpt werden,

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in dem die heiße Flüssigkeit gespeichert wird für ein sich anschließendes Erhitzen oder Kühlanwendung. Für ein Erwärmen des Inneren des Gebäudes 11 oder einer anderen entsprechenden Fcbäche kann ein herkömmliches Heißwasser-Erhitzungssystem angewandt werden, wobei z.B. eine Pumpe 82, Zwei- oder Dreiwegeventil 83, Leitung 84, Wärmeübertragungsspule HTC, Gebläse F, weiteres Zwei- oder Dreiwegeventil 83A, Leitung 88, Zwei- oder Dreiwegeventil 87 und Rückführungs&eitung 86 vorliegen. Das Gebläse F kann Luft über die Spulen HTC pumpen, wo die Luft erhitzt wird und sodann durch die Leitungen DO durch das Gebäude 11 fließt und in herkömmlicher Weise durch die Leitungen DI zurückkehrt.2

Zwecks Kühlen kann ein Absorptionskühler AC vorgesehen sein, wobei die heiße Flüssigkeit HL durch die Einheit vermittels der Pumpe P, durch das Ventil 83, Leitung 85, Ventil 87 und Rückführungsie itung 86 gepumpt wird. Das gekühlte Wasser oder anderes kühlendes Strömungsmittel CL wird durch den Kühler AC durch die Pumpe 90, durch den Kühlspeichertank CST und heraus durch das Ventil 91, die Leitung 92 und sodann durch die Spulen HTC und zurück durch die Leitung 93, den Kühler AC, Leitung 94 und Kühlspeiehertank CST gepumpt, wobei die Ventile so eingestellt sind, daß ein Fluß in den gekühlten Flüssigkeitsleitungen erfolgt und die Leitungen 84 und 88 verschlossen sind.

Die Schwenkarme 45 können um deren Achse durch eine geeignete umsteuerbare Antriebsanordnung geschwenkt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform dreht ein Motor M die Antriebsschneckenwelle 121 über ein Untersetzungsgetriebe GR, wobei der Motor M und das Untersetzungsgetriebe GR unddie Welle 121 schwenkbar als eine Einheit, siehe bei 125, an einer geeigneten Schwenkabstützung 127 schwenkbar angeordnet sind. Eine Mutter 123 steht im Gewindeeingriff mit der Antriebsschneckenwelle 121 und ist schwenkbar an einem Dreharm 110a befestigt, der seinerseits an einem Drehrohr 110 befestigt ist. Der Motor M kann in geeigneter Weise so angetrieben werden, daßdie Arm- und Kollektoranordnung 45, 51 die verschiedenen angestrebten Winkellagen während der verschiedenen Tage des Jahres und der verschiedenen Stunden jedes Tages einnimmt, wie dies als geeignet erachtet wird.

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Für das Steuern des Antriebsmotors M ist eine geeignete, in zwei Richtungen arbeitende Steueranordnung, welche auf die reflektierte Energie anspricht, vorgesehen. Zu diesem Zweck ist eine in zwei Richtungen arbeitende, differentielle, die Sonnenenergie feststellende oder fühlende Anordnung 111 in Form eines Paares Photozellen 113, 115 oder anderer auf Licht oder Wärme ansprechender Elemente vorgesehen, die insgesamt allgemein als Sonnenenergie feststellende Elemente bezeichnet werden können. Die Anordnung ist für eine gemeinsame Bewegung an dem Kollektor 51 angeordnet. Aus Gründen der vereinfachten Beschreibung können derartige die Sonnenenergie fststellende Elemente allgemein einfach als Photozellensätze oder Photozellenanordnungen bezeichnet werden. Die Photozellen 113, 115 sind querseitig bezüglich der Länge des Kollektors 51 und vorzugsweise rechtwinklig hierzu, wie dargestellt, angeordnet, wobei der wirksame Mittelpunkt oder Überkreuzungspunkt dazwischen auf der effektiven längsseitigen Mittellinie des Kollektors 51 liegt.

Die von den Photozellen 113, 115 abgegebenen Leistungen werden gegeneinander abgeglichen, z.B. durch Anwenden einer gemeinsamen Ausgangsverbindung 114 für die zwei Photozellensätze, und die von denselben abgegebenen Leistungen werden in einem abgeglichenen Verhältnis in einen Differentialversträrker 117 eingeführt, dessen Gleichstromleistung proportional der Differenz der Eingangssignale von den Photozellen 113, 115 ist.

Die von dem Differentialverstärker 117 kommende Gleichstromleistung kann in geeigneter Weise verstärkt werden, z.B. vermittels eines Gleichstromverstärkers 119, der seinerseits ein Dreiwegerelais 121 steuern kann, das Vorwärts-Rückwärts-, und Leergang- oder Stopplagen aufweist für die Steuerung der elektrischen Energie, die einem Gleichstrommotor oder anderem geeigneten Antriebsmotor M zugeführt wird.

Der Antriebsmotor M treibt seinerseits die Anordnung aus Arm 45 und Kollektor 51 nach vorne und hinten um die zugeordnete Schwenkachse 110 über ein Untersetzungsgetriebe GR, Antriebsschnecke 121 und Mutteranordnung 123, die in geeigeter Weise an dem Arm 45 befestigt ist.

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Wie anhand der Figuren 1 und 2 gezeigt, kann der Motor M in geeigneter Weise schwenkbar angeordnet sein und die Mutternanordnung 123 kann in geeigneter Weise schwenkbar an dem Arm 45 angelenkt sein, um so Winkelveränderungen in den Verbindungsgliedern während der Bewegung des Arms 45 aufzunehmen.

Die Photozellenanordnungen 113, 115, die durch Photozellen oder andere auf Sonnenenergie ansprechende Elemente gebildet werden, können zu der aktiven oder passiven Art gehören, und in dem Fall einiger Arten, die ein relativ starkes Ausgangssignal ergeben, kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Ausgangsleistungen der selben im abgeglichenen Verhältnis direkt einem Dreiwegerelais 120 oder anderer Schaltanordnung für den Motor M zuzuführen.

Wie weiter oben allgemein ausgeführt, können auch anstelle der Photozellen 113, 115 andere geeignete, auf Sonnenenergie ansprechende Fühlaordnungen angewandt werden. So können z.B. auf Wärmeenergie ansprechende und ihren Widerstand verändernde Drähte angewandt werden, auch hier angeordnet in einem abgeglichenen Ausgangsleistungsverhältnis, z.B. unter Anwenden von zwei Sätzen oder mehr derartiger Drähte auf dem Kollektor 51 bei einer querseitigen Anordnung der der Reflektorfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Kollektors 51, wobei die elektrischen Ausgangsleistungen einen geeigneten Differentialverstärker 117 oder anderer entsprechender Differentialanordnung zugeführt werden. Das Differential zwischen den Ausgangsleistungen der zwei Sätze derartiger Drähte oder der sich parallel zu denselben ergebenden Signale werden entweder direkt angewandt oder für die Steuerung der Vorwärts-Rückwärts- oder Stopplage eines Motors M und zugeordneter Getriebeanordnung, siehe die Figur 8, verstärkt.

Wahlweise zu einem Umschalten des Motors M kann auch ein entsprechendes Umkehrgetriebe und Kupplungsanordnung angewandt werden. Dies würde jedoch normalerweise unzweckmäßig sein im Hinblick auf die im Zusammenhang mit einem kontinuierlichen Betrieb des Antriebsmotors M erforderliche Energie.

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Die Photozellenanordnung 113, 115 können aus jeder beliebigen Anzahl einzelner Zellen pro Anordnung hergestellt sein, wobei eine gleiche Ausgangsleistung jeder Anordnung zweckmäßig ist. Die Photozellenanordnung 113,115 ist so angeordnet, daß tieren Fühloberflächen gegenüberliegend zu der Achse 110 des Arms 45 vorliegen und somit stets gegenüberliegend zu dem Reflektor 21 vorhanden sind. Hierdurch wird die von dem Reflektor 21 reflektierte Sonnenenergie aufgenommen und festgestellt, und dies gilt for jede gegebene Lage des Arms 45 und der Sonne. Die Photozellen sind in zweckmäßigerweise gegenüber einer Energieaufnahme von der entgegengesetzten Seite oder Breitwinklig von der Seite abgeschirmt, und die abgeglichene Photoezellenanordnung 111 und der zugeordnete Steuerkreis führt dazu, daß die Anordnung aus dem Arm 45 und dem Kollektor 51 die Zone größtmöglicher Energieaufnahme durch die beiden Photozellenan*rdnungen 113, 115 sucht. Hierdurch wird die Anordnung aus dem Arm und dem Kollektor 51 so angeordnet, daß für einen gegebenen Winkel der Sonne über dem Horizont die maxiamel reflektierte Sonnenenergie aufgenommen wird, durch den Reflektor 21 reflektiert und durch den Kollektor 51 gesammelt wird. Um die Lage der Anordnung aus dem Arm 45 und dem Kollektor 51 bestmöglich zu gestalten, ist das Relais 120 so angeschlossen, daß der Motor M den Arm 45 in Richtung der größten Ausgangsleistung eine r der Photozehllenanordnungen 113, 115 antreibt.

Um die Energieanforderungen für die Steuer- und Antriebsanordnung 111-123, M hintenanzuhalten, jedoch immer noch die Antriebsenergie für die Lageanordnung der Anordnung aus Arm 45 und Kollektor 51 zum gegebenen Zeitpunkt zur Verfügung zu haben, kann die Energiezuführung zu der Steuer- und Antriebsanordnung 111-123, M In geeigneter Weise durch einen Zeitgeber 124 und zusätzliche Steuerung 125 gesteuert werden. Der Zeitgeber 124 und die hilfs weise Photozellensteuerung 125 sind so angeordnet, daß deren entsprechende Leistungssteuerungsschalter in einem entsprechenden Verhältnis zu der Netzleitung der elektromotorischen Kraft zu dem Differentialverstärker 117 angeordnet sind. In ähnlicher

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Weise erfolgt eine Steuerung der Energiezuführung zu den verbleibenden Bauelementen (z.B. Gleichstromverstärker 119, Relais 12O, Motor M usw.) des Systems, und nur wenn beide Schalter geschlossen sind, wird die Steuer- und Antriebsanordnung 111-123,M für den Arm 45 wirksam werden unter Bewegen des Arms 45 in der oben beschriebenen Weise. Der Zeitgeber 124 kann so eingestellt werden, daß derselbe im geschlossenen Schalterzustand für einen spezifischen Teil der Tageslichtstunden oder für alle Tageslichtstunden vorliegt, sowie derselbe im offenen Schalterzustand für andere Zeiten vorliegt. Die Photozellensteuerung 125 kann ihrerseits so eingestellt werden, daß ein Schalten in den geschlossenen Schalterzustand lediglich dann erfolgt, wenn eine ausreichende Menge an Sonnenenergie auf das System einfällt und in wirksamer Weise das Gesamtsystem zu betätigen oder eine Wirtschaftlichkeit des Systems gegeben ist. Natürlich kann einer oder beide Zeitgeber 124 und die Photozellensteuerung 125 in Fortfall kommen, wodurch dann natürlich die entsprechenden Funktionen nicht gegeben sind.

Wenn auch die Anordnung hier so beschrieben ist, daß die Photozellenanordnung 113, 1 ^gegenüberliegend zu dem Reflektor-Konzentrator 21 vorliegt, kann auch die Photozelle oder ein anderes die Sonnenenergie feststellendes Element der Steueranordnung 125 entweder direkt der Einwirkung des Sonnenlichtes ausgesetzt sein, wie z.B. durch Anordnung auf dem Dach 21 oder einer anderen geeigneten Stelle des Gebäudes, oder auch benachbart zu dem Gebäude, und es kann eine oder es können verschiedene Photozellen oder andere die Sonnenenergie feststellenden Elemente angewandt werden, die entweder enger benachbart zueinander oder im größeren Abstandsverhältnis zueinander angeordnet sind, um so einen Durchscnittswert für die Schaltersteuerungsfunktion zu erhalten. Wahlweise kann eines oder verschiedene der die Sonnenenergie feststellenden Elemente der Photozellensteuerung 125 an der Unterseite des Kollektors 51 angeordnet werden, wodurch sich eine Gesamtmessung ergibt, die der reflektierten Energie entspricht, welche an dem Kollektor 51 empfangen wird. In diesem

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Fall werden zweckmäßiger Weise mehrere die Sonnenenergie feststellende Elemente der Steuerung 125 vorgesehen und im Abstandsverhältnis über die Länge des Kollektors 51 angeordnet, um so einen Durchschnittswert der Messung bezüglich der Sonnenenergie zu erhalten, die durch den Kollektor 51 empfangen wird.

Als spezielles Äusführungsbeispiel seien für Breitengrade von angenähert 30-40 die folgenden Verhältnisse genannt, wobei Bezug genommen wird auf die Bezugszeichen und Bauelemente nach der Figur 4A.

Radius Rl des vorderen Bogensegmentes SRI Radius R2 des hinteren Bogensegmentes SR2

Winkel B, der durch die tangentiale Radiuslinie TR gemeinsam mit den Radien Rl und R2 gebildet wird Effektive Breite CW des Kollektors Länge des Schwenkarms

Winkel A gebildet durch die Sehnenlinie, die sich zwischen den vorderen und hinteren waagerechten Linien X und Y erstreckt

Länge a Länge b Länge c Länge f Länge g Bogensegment SRI Bogensegment SR2

kleinster Sonnenwinkel MNS angestrebt für die Aufnahme des Kollektors

größter Sonnenwinkel MXS angestrebt für die Aufnahme durch den Kollektor

kleinster erforderlicher Winkel MMC für die Kollektor/Armanordnung 51,45 für die Aufnahme des größtmöglichen angestrebten Soanenwinkels (von angenähert 104°)

größter erforderlicher Winkel MXC für die Kollektor/Armandrdnung 51/45 für die Aufnahiae des kleinstmöglichen Sonnenwinkels (von angenähert 18 ) = 132

= 19,8	Einheiten	II
= 15,0	II	Il
= 75°
= 1,22	If
= 7,2	π
= 20°	II
= 3,4	Il
= 9,4	It
= 6	η
= 1,25	η
= O,45
= 4
= 6,8
= 18°
= 104°
= 46°

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Für normale praktische Zwecke kann die allgemeine angenäherte und angestrebte Winkellage der Anordnung aus Kollektor 51 und Arm 45 für einen gegebenen Sonnenwinkel dadurch bestimmt werden, daß der Winkel IR zwischen dem Arm 45 und der tangentialen Linie TR angenähert gleich dem Winkel IS gebildet wird, der sich zwischen den eintreffenden Sonnenstrahlen und der tangentialen Linie ER bildet. Gegebenenfalls kann jedoch eine genauere Bestimmung des Arms 45 für jeden Sonnenwinkel für einen gegebenen Reflektor 21 durchgeführt werden, entweder durch eine empirische Auftragung oder Computer- oder mathematische Analyse der zusammenlaufenden Linien längs der vorne- nach hinten Abmessung des Reflektors, wobei der Kollektor so angeordnet ist, daß bei den verschiedenen Sonnenwinkeln die größtmögliche Maximierung des Auffangens der reflektierten Sonnenenergie erzielt wird,wobei entsprechende Kompromisse geschlosen werden zwischen Maxima bei verschiedenen Winkeln, wie sich dies für eine gegebene örtlichkeit usw. als zweckmäßig erweist. Eine derartige Berechnung ist jedoch erfindungsgemäß nicht erforderlich, da die Anordnung aus Kollektor 51 und Arm 45 zu der Lage angetrieben wird, wo eiae optimale Sammlung der Energie für jede jeweilige Winkellage der Sonne über dem Horizont erfolgt (innerhalb der praktischen Grenzwerte einer wirksamen Nutzung der Sonnenenergie) aufgrund der die Energie feststellenden und die Anordnung nachstellende Anordnung 111-121 zusammen mit den entsprechenden Steuerungen 124,125,

Unter erneuter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 4A sind zweckmäßiger Weise Bogensegmente SRI und SR2 glatt miteinander an einem gemeinsamen tangentialen Punkt verbunden, und eine gemeinsame tangentiale Linie TR erstreckt sich durch die Mittelpunkte des Radius RlC und R2C bezüglichder Radii Rl und R2. Wie weiter oben angegebenen, und diesbezüglich einer beispielsweisen Ausführungsform, die für Breiten von 30-40° geeignet ist, bildet diese Linie TR zweckmäßiger Weise einen Winkel von 75° mit der Horizontalen H, und dieser Winkel ist angenähert dem Winkel, den die Sonne bei 40° Breite mittags zur Zeit der Sommersonnenwende einnimmt. Hierdurch ergibt sich eine Maximierung der Sonnen-

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energiekonzentration oder der Verstärkungsfaktoren während der Sommerperiode und eine geringfügige Verringerung der Sonnenenergiekonzentration oder der Verstärkungsfaktoren im Winter durch die Anordnung aus Reflektor 21 und Kollektor 51. Es können auch andere Winkel der Linie TR in geeigneter Weise bei Vorliegen entsprechend abweichender Faktoren gebildet werden.

In der Figur 4 sind verschiedene Zonen der reflektierten Sonnenenergie für die hier diskutierte Ausführungsform wiedergegeben. Die Zonen sind lediglich angenähert gezeigt und geben die mittäglichen Zeiten bei einem Breitengrad von angenähert 4O°N für die Lage der Sonne mittags wieder fürjeweils die Wintersonnenwende, die Sommersonnenwende und die Frühlings- und Herbstäquinoxen. Es wurde gefunden, daß ein gutes Verhältnis der Energiekonzentration und Energiesammlung über die hauptsächlichen Sonnenbestrahlungszeiten jedes Tages des Jahres dadurch erhalten werdednkann, daß ein schwenkbar angeordneter Kollektor angewandt wird, wobei die Schwenklinie parallel zu den Mittelpunkten des Radius des Dachreflektor-Konzentrators 21 verläuft, sowie zwei oder mehr Radien für zwei oder mehr Abschnitte des Reflektor-Koneentrators 21 angewandt werden. Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel finden in geeigneter Weise zwei Radien Anwendung und der kleinere Radius R2 definiert das Bogensegment SR2 der hinteren Reflektoroberfläche und der größere Radius R1 definiert das Bogensegment SR1 der Reflektoroberfläche, siehe die schematische Darstellung nach der Figur 4A. Unter erneuter Bezugnahme auf die Figur 4 sieht man, daß bei keinem Sonnenwinkel oder Reflektionszone der durch eine Mehrzahl an Radien gebildete Reflektor-Konzentrator 21 eine einzige Brennpunktslinie bildet, sondern vielmehr werden verschiedene Zonen des Zusammenlaufens der Sonnenstrahlen gebildet, und die Größe und Örtlichkeit der Zonen des Zusammenlaufens der Strahlen verändern sich mit dem Sonnenwinkel, der sich seinerseits sowohl während eines Jahres als auch während jedes Tages verändert. In dieser Hinsicht zeigt eine Betrachtung des Verlaufes der Sonne für 4O°N

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Breite die Bedingungen, wie sie sich für das System innerhalb eines Jahres ergeben. Zur Sommersonnenwende führt beispielsweise der scheinbare Laufweg der Sonne zu einem Auf- und Untergehen der Sonne hinter dem Reflektor-Konzentrator 21 und der Laufweg der Sonne geht zu der vorderen Zone des Reflektor-Konzentrator 21 bei etwa 8 Uhr, wobei ein Zenitwinkel von angenähert 75° um 12 Uhr vorliegt und kreuzt wiederum zu einer Zone hinter deia Reflektor-Konzentrator 21 bei etwa 16 Uhr. Zur Wintersonnenwende befindet sich die Sonne den ganzen Tag über vor dem Reflektor-Konzentrator 21, d.h. südlich hiervon, wenn auch die Sonne später aufgeht, d.h. etwa um 7,30 und später untergeht, d.h. etwa um 16,30, und die Sonne weist einen niedrigeren Zeitwinkel auf von etwa 27°, siehe die Figur 4. Andererseits ergibt sich bezüglich der Frühlings- und Herbstäquinoxen, daß die Sonne um 6 Uhr an der Ost-West-Achsenlinie des Reflektor-Konzentrator s 21 aufgeht und an der Ost-West-Achsenlinie des Reflektor-Konzentrators 21 um 18 Uhr untergeht, sowie die Sonne sich bis zu einem Zenitwinkel von etwa 50° um 12 Uhr erhebt. Mut Ausnahme der Herbst- und Frühlingsäquinoxen verändert sich an allen Tagen der Mittelpunkt der Zone des Reflektionsmaximums von dem Reflektor-Konzentrator 21 über den Tag und verändert sich an aufeinanderfolgenden Tagen ausgehend von einer niedrigen vorderen Zone zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende zu einer niedrigen hinteren Reflfektionszone zum Zeitpunkt der Wintersonnenwende. Diese Zonen sind in der Figur 4 wiedergegeben und als tägliche Bewegungszonen für den Kollektor 51 und die zugeordneten Schwenkarme 45 bezeichnet. Bei der hier wiedergegebenen Ausführungsform für angenähert 40° N Breite erstreckt sich die erforderliche tägliche Bewegung der Anordnung aus Arm und Kollektor 45,51 zur Sommersonnenwende von etwa 46° bis 77° relativ zu 0° des Horizonts, wie es an der Nord-Süd-Seite des Reflektor-Konzentrators gemessen wird, wodurch sich ein Gesamtwinkel der angestrebten Schwenkbewegung des Kollektors 51 angenähert von 31° ergibt, um so die wesentliche Sonnenbestrahlungszeit von etwa 7,30 bis 16,30 Uhr auf-

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zunehmen. Es würde eine geringere Reflektorbewegung für eine kürzere Zeitspanne der Energiesammlung erforderlich sein und umgekehrt gilt das Gleiche. Für praktische Zwecke dürften die gemachten Angaben eine gute Arbeitszeit zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende darstellen. Anhand der Figur 4 ist ersichtlich, daß der Reflektor-Konzentrator in der Lage ist, auch Sonnenwinkel im beschränkten Ausmaß hinter der 90° Senkrechten aufzunehmen, da die angegebene niedrige Zone der täglichen Bewegung zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende sich auf angenähert 46° beläuft und sich dann ergibt, wenn die Sonne bei etwa 7,30 bzw. 16,30 Uhr scheint, und dies ist, siwhe die Figur 6, in jedem Fall im wesentlichen hinter und an einer Seite des Reflektor-Konzentrators 21. Natürlich muß auch der seitliche oder endständige Neigungswinkel berücksichtigt werden und um die Sammlung der Sonnenenergie bei niedrigen Winkeln, wie sie in der Ost-West senkrechten Ebene gemessen werden, größtmöglich zu halten, sollte der Reflektor-Konzentrator 21 und der Kollektor 51 zweckmäßigerweise über seine Länge relativ lang sein, und zwar insbesondere bezüglich der Entfernung des Kollektors von dem Reflektor-Konzentrator 21.

'Hei der gezeigten Ausführungsform weist die Umhüllende der Wintersonnenwende ein Zentrum größten Zusammenlaufwinkels auf (und gleichzeitger Winkel der Anordnung aus Arm 45 und Kollektor 51) der sich von etwa 123-132° verändert oder eine Veränderung über einen Winkel von angenähert 9° bezüglich einer Veränderung des Sonnenwinkels von angenähert 18-27° über die wesentliche Sonnenbestrahlungszeit von ungefähr 9 Uhr bis 15 Uhr zu diesem Zeitpunkt des Jahres erfährt.

Bei Annäherung an die Frühlings- und Herbstäquinoxen nehmen die täglichen erforderlichen Bewegungen für die Anordnung aus Arm 45 und Kollektor 51 ab bis zum Zeitpunkt der zwei entsprechenden Äquinoxen der Arm-Kollektor Anordnung 45,51 ab, wobei keine winkelförmige Bewegung erforderlich ist bei Aufgehen und Untergehen der Sonne längs der Ost-West-Orientierungslinie der Reflektorachsen und bildet einen kosntanten Winkel über den gesamten Tag, wie es in einer Nord-Süd senkrechten Ebene gemessen wird, die sich dwrßh Jen- Ref lektor-Konzentrator 21 hin

erstreckt.

Bei der wiedergegebenen Ausführungsform verändern sich die solaren Konzentrationsfaktoren oder Verstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von dem Sonnenwinkel und dieser Konzentrations- oder Verstärkungsfaktor weist einen kleinstmöglichen Wert zum Zeitpunkt der Wintersonnenwende und einen größtmöglichen Wert mittags zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende auf, wie dies anhandder Figur 4 ersichtlich ist. Dieser größtmögliche Konzentrationsfaktor ist eine Funktion des Neigungswinkels der Sonne bezüglich der der Sehnenlinie, die sich zwischen den vorderen und hinteren Zonen X und Y erstrecken, siehe die Figur 4A und je kleiner der Neigungswinkel, um so kleiner ist der größtmögliche Konzentrations- oder Verstärkungsfaktor. Weiterhin ist der Konzentrations- oder Verstärkungsfaktor eine Funktion des Ausmaßes, mit dem die zusammenlaufenden Strahlen der reflektierten Sonnenenergie bei einem gegebenen Sonnenwinkel angefangen werden und es ist somit zweckmäßig, diesen Faktor bei den ver schiedenen Winkellagen der Sonne und der Anordnung aus dem Tragarm 45 und dem Kollektor 51 größtmöglich zu halten, insoweit dies praktisch und wirtschaftlich durchführbar ist.

Es wurde gefunden, daß die Anordnung des Arms 45 an einer Schwenkachse benachbart zu der Oberfläche des Reflektor-Konzentrators 21 oberhalb oder unter der Reflektionsebene und ein ausreichendes Auffangen der Sonnenenergie durch den Kollektor 51 erreicht werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die waagerechte Schwenklinie für den Tragarm 45 geringfügig unter der reflektierenden Oberfläche des Reflektcr-Konzentrators 21 angeordnet und befindet sich angenähert auf einer Verlängerung der tangentialen Radiuslinie TR, die in d£e Bogensegmente SR1 und SR2 verläuft. Diese Armschwenkungslinie kann jedoch auch für eine gegebene Ausführungsform in anderer Weise angeordnet werden, z.B. über oder an der Oberfläche des Reflektor-Konzentrators 21 und kann woanders als an der tangentialen Radiuslinie TR liegen. Bei der speziellen gezeigten Ausführungsform, wo die Schwenklinie des Arms 45 unter der den Reflkeotr-Konzentrator bildenden Dachoberfläche liegt, können die Schwenkträger 49

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gegebenenfalls in geeigneter Weise durch. Deckenbalken oder dgl. getragen werden oder dieselben können innerhalb oder außerhalb des Gebäudes auf anderen geeigneten Traganordnungen, wie Pfosten oder dgl. zur Befestigung gebracht werden.

Bezüglich der hier beispielsweise gegebenen Abmessungen,, siehe auch die Figuren, insbesondere die Figur 4A, können Abwandlungen und Modifizierungen zur Ausführung gebracht werden. Dies bfetrifft auch die Zonen, wo die reflektierten Sonnenstrahlen zusamiaenlaufen an dem Kollektor 51.

Erneut unter Bezggnahme auf die Figur 4 ergibt sich für die Mittagslage der Sonne zum Zeitpunkt der Wintersonnenwende angenähert 27 und bei einer Winkelstellung der Arm- und Kollektoranordnung 45,51 von 132°, daß sich der Konzentrations- und Verstärkungsfaktor auf angenähert 6 belaufen kann, während ein angestrebter hoher Konzentrations- und Verstärkungsfaktor von angenähert 2 zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende mittags und zum Zeitpunkt der Frühlings- oder Herbstäquinoxe mittags von angenähert 6,2 erreicht werden kann. Diese Werte der Konzentrationsfaktoren sind natürlich nur beispielsweise zu verstehen und können in Abhängigkeit von anderen Ausführungsformen unter Berücksichtigung entsprechender dimensionaler Verhältnisse Schwankungen unterworfen sein.

Das typische Ausfühungsbeispiel, siehe insbesondere die Figur 4A für den Erfindungsgegenstand bezieht sich auf einen Breitengradbereich von angenähert 30 bis 40°. Weiterhin ist die Ausführungsform so angeordnet, daß die Konzentrationsfaktoren für das Sammeln von Sonnenenergie im Sommer größtmöglich sind und dies erfolgt in einem gewissen Ausmaß auf Kosten der Konzentrationsfaktoren für den Winter, um so einen größtmöglichen Wärmeenergiebetrag für die Klimatisierung zur Verfügung zu haben (wobei es immer noch möglich ist, wenigstens den wesentlichen Anforderungen des Heizens im Verlaufe des Winters zu entsprechen). Bei kleineren Breitengraden von z.B. etwa 20 bis 30°, wo der Sonnenwinkel während des Winters groß ist und wo das Einfangen der Sonnenenergie im Sommer für Klima-

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zwecke von noch größerer Wichtigkeit ist, kann die gleiche Geometrie des Kollektors 51 des Arms 45 und des Reflektor-Konzentrators 21 angewandt werden bezüglich der Länge und der Anordnung der Radien und der Schwenkpunkte mit der Ausnahme, daß der gesamte Reflektor-Konzentrator, Schwenkarm und Kollektur um die Linie X in einen kleineren und geeigneteren Winkel der Sehnenlinie X-Y geschwenkt wird, wie es durch den gegebenen Breitengrad bestimmt wird. Die Verwendung der Anordnung bei größeren Breitengraden von z.B. etwa 40 bis wo die Winterheizung wichtiger als die Sommerkühlung ist, bedingt, allgemein das Anwenden der gleichen geometrischen Konfiguration mit einem größeren Schwenkwinkel für die Sehnenlinie X-Y bis zu einem Winkel von 40 in Abhängigkeit von dem speziellen Breitengrad.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich zahlreiche Abwandlungen und Modifizierungen durchführen, ohne von deren Geist und Umfang abzuweichen. So kann z.B. der Reflektor-Konzentrator 21 lediglich als ein Reflektor-Konzentrator und nicht als Dach eines Gebäudes ausgebildet sein, wenn auch das letztere normalerweise die bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform ist. Der Reflektor-Konzentrator 21 kann auf dem Dach eines Gebäudes befestigt sein, oder auch überhaupt nicht an einem Gebäude an beliebiger Stelle angeordnet werden, wo Energie erorderlich ist. Auch kann der Reflektor-Konzentrator 21 an anderen Stellen des Gebäudes angeordnet werden, we-z.B. als eine Seitenwand des Gebäudes ausgebildet sein. Wenn auch die Anordnung aus Schwenkbarm 45 bevorzugt dazu dient, den Kollektor 51 zu tragen und über die angestrebte Zone hin fau bewegen, können auch verschiedene andere Anordnungen hierfür herangezogen werden. Wenn auch hier zwei Radien R1 und R2 bei den hier angegebenen Ausführungsbeispielen Anwendung finden, insbesondere aufgrund der Einfachheit des Aufbaues und der Bauart, können auch mehr als zwei Radien zur Verwendung kommen, die sich von dem längsten an der vorderen Seite, z.B. dem dem Äquator gegenüberliegenden Teil bis zu dem kürzesten an der

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hinteren Zone des Daches erstrecken, ind dies kann praktisch vermittels eines Radius erreicht werden, der sich kontinuierlich von der Vorderseite bis zu der Rückseite des Reflektor-Konzentrators 21 erstreckt. Ein derartig sich verändernder Radius des Reflektor-Konzentrators 21 mag jedoch für normale Bauarten zu verwickelt sein und vom praktischen Standpunkt aus dürfte die Ausführungsform mit dem doppelten Radius ausreichend sein.

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Claims

Patentansprüche

j 1./Sonnenenergie-Konzentrierungs-und Sammelanordnung, g e -

kennzeichnet durch die folgenden Merkamele: einen allgemein nach oben gerichteten, konkaven, allgemein halbzylindrischen Reflektor-Konzentrator mit einer längsseitigen Achse, die in einer im wesentlichen Ost-West-Richtng angeordnet werden kann, einem Sonnenenergie Kollektor, der an einer Achse praktisch parallel zu der längsseitigen Achse des Kollektors angeordnet ist und sich über den Reflektor bewegen kann, eine in zwei Richtungen wirkende, differentielle Sonnenenergie-Feststellanordnung, die auf dem Kollektor angeordnet ist und eine differentielle Energie-Feststellrichtung aufweist, die querseitig zu der längsseitigen Achse des Reflektor-Konzentrators und Kollektors orientiert ist, und eine Anordnung für das Bewegen des Kollektors als eine Funktion der durch die differentielle Energie-Festetellanordnung festgestellten Sonnenenergie.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et , daß der Reflektor-Konzentrator eine wirksame und insgesamt gekrümmte Reflektionsoberflache aufweist, die durch eine Mehrzahl an Radien gebildet wird, wobei die kleineren der Radien die Zone der Oberfläche bilden, die sich am weitesten von dem Äquator entfernt befindet.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren sich längsseitig erstrekcenden Kanten des Reflektors eine geneigte Sehnenlinie für eine geneigte Anordnung in Richtung auf den Äquator bilden.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung für das Bewegen des Kollektors über einen Teil der Kreisbogenbreite des Reflektor-Konzentrators vorliegt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß schwenkbar angeordnete Tragarme den Kollektor für eine Bewegung über einen Teil der Kreisbogenbreite des Reflektor-Konzentrators tragen.

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6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch geke. nnzeichn e t , daß die differentielle Energiefeststellanordnung an der unteren Seite des Kollektors angeordnet ist und gegenüberliegend zu dein Reflektor-Konzentrator vo±liegt für das Feststellen der von dem Reflektor-Konzentrator reflektierten Sonnenenergie.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennz eichn e t, daß der Kollektor ofßen ist für die Aufnahme der Strahlung in einer Richtung gegenüberliegend zu dem Reflkektor-Konzentrator.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor ein isolierendes Wärmeschild an der Seite desselben aufweist, die weg von dem Reflektor-Konzentrator vorliegt.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichnet, daß die zn zwei Richtungen arbeitende differentielle Energie-Feststellanordnung mehrere photoempfindliche Anordnungen besitzt, die in einer allgemeinen Nord-Süd-Ebene orientiert sind.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei Richtungen arbeitende differentielle Energie-Feststellanordnung eine Mehrzahl nullsuchende differentielle Wärmefeststellanordnungen aufweist, die in Nullage an gegenüberliegenden Nord-Süd-Seiten der allgemeinen Brennpunktszone der durch den Reflektor-Konzentrator reflektierten Sonnenenergie angeordnet werden können.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine differentielle Verstärkeranordnung in Abbeitsverbindung mit der differentiellen Sonnenenergie-Feststellanord- · nung vorliegt, sowie eine Motoranordnung in Arbeitsverbindung zwecks Vermitteln einer Bewegung mit dem Energiekollektor und/ oder Reflektor vorliegt und auf die Ausgangsleistung der differentiellen Verstärkeranordnung anspricht und die Bewegung des Kollektors zu einer Zone kleinster Feststellung der differentiellen Energie vermittels der differentiellen Sonnenenergie-Feststellanordnung anspricht.

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12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ilotoranordnung in Arbeitsverbindung vorliegt zwecks Vermitteln einer Bewegung des Energiekollektors und auf die differentielle Energie anspricht, die durch die differentielle Energie-Feststellanordnung festgestellt wird unter Bewegen des Kollektors zu einer Zone kleinster Feststellung der differentiellen Energie vermittels der differentiellen Sonnenenergie-Feststellanordnung .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeber-Steuerschalter zwecks Anschalten und Abschalten der Motoranordnung vorliegt, so daß der Motor lediglich während bestimmter zweckmäßiger Taglichtstunden arbeitet.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Sonnenenergie ansprechender Steuerschalter vorgesehen ist, der ein die Sonnenenergie feststellendes Element aufweist, und eine Leistungsschalter vorliegt, der auf das die Sonnenenergie feststellende Element anspricht und den Motor anschalten und abschalten kann, wobei der Zeitgeber-Leistungsschalter den Motor lediglich während solcher Zeitspannen in Funktion setzt, wo die Sonnenenergie oberhalb eines entsprechenden Schwellenwertes liegt, der durch das die Sonnenenergie feststellende Element festgestellt wird.
15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Sonnenenergie ansprechender Steuerschalter vorgesehen ist, der ein die Sonnenenergie feststellendes Element aufweist, und ein Leistungsschalter vorliegt, der auf das die Sonnenenergie feststellende Element anspricht und den Motor an- und abschalten kann, um so denMotor lediglich während derjenigen Zeitspannen zu betätigen,-wo die Sonnenenergie oberhalb eines entsprechenden Schwellenwertes liegt, der durch das die Sonnennergie feststellende Element festgestellt wird.
16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei Richtungen arbeitende differentielle Sonnenenergie-FEststellanordnung zwei Sätze an Photozellen auf-

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v.eist, deren effektive Mittelzonen praktisch im gleichen Abstandsverhältnis an jeder Seite des Nord~Süd-Sonnenzentrums des Kollektors an der Zone der differentiellen Sonnenenergie-Feststellanordnung liegt.
17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et , daß die differentielle Sonnenenergie-Feststellanordnung zwei Wärmefeststellelemente aufweist/ deren effektive Mittelzonen praktisch im gleichen Abstandsverhältnis an jeder Seite des Nord-Süd-Sammelzentrums des Kollektors in der Zone der differentiellen Sonnenenergie Feststellanordnung liegen.
18. Verfahren zum Konezntrieren und Sammeln von Sonnenenergie gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Reflektieren der Sonnenenergie durch eine gekrümmte, ortsfeste Ost-West-Achse eines konzentrierenden Reflektor-Konzentrators zu einem in Nord-Süd-Richtung beweglichen Kollektor, Feststellen von zwei Anteilen der reflektierten Sonnenenergie an gegenüberliegenden Nord-Süd-Seiten der Mittelzone des Kollektors, sowie Bewegen des Kollektors in einer Nord-Süd-Richtung als eine Funktion jedes festgestellten Ungleichgewichtes oder Anteilen der reflektierten Sonnenenergie an gegenüberliegenden Nord-Süd-Seiten des Reflektors zu einer Zone wesentlichen Gleichgewichtes und Maximieren der reflektierten Anteile der Sonnenenergie.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststellen der Sonnenenergie und eiae entsprechende Bewegung des Kollektors über eine längere Zeitspanne der Sonnenbewegung während eines Tages erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichn e t , daß die Kollektorbewegung während der Nachtzeit angehalen wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichn e t , daß die Kollektor bewegung während der früheren und spaten Tageszeiten angehalten wird, jedoch die Kollektorbewegung während der Mittagszeit zur Durchführung kommt.

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22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß die Kollektorbewegung unterbrochen wird, wenn die Lichteinstrahlung unter einem vorherbestimmten Wert liegt.

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